למה משמשים בדרך כלל סגסוגות על?
מהן סגסוגות בטמפרטורה גבוהה?
סגסוגות-על הן קבוצה של מתכות בעלות עמידות טובה יותר לזחילה, חמצון וקורוזיה מאשר סגסוגות מסורתיות, תוך שמירה על תכונות מכניות מצוינות גם בטמפרטורות גבוהות. במובן מסוים, הם פועלים כסגסוגות בעלות ביצועים גבוהים.
סגסוגות-על, הנפוצות ברכיבים של מנועי טורבינת גז בתעשייה האווירית, מבוססות על ניקל, קובלט או ברזל ומציעות תכונות עדיפות בהרבה מאשר סגסוגות פלדה או אלומיניום מסורתיות.
בעוד שרוב הסגסוגות הקונבנציונליות על בסיס ברזל מתחילות לאבד חוזק חומר משמעותי ב-400 מעלות צלזיוס (סגסוגות אלומיניום אפילו נמוכות יותר), סגסוגות-על רבות מפגינות למעשה עלייה בחוזק בין 750 ל-900 מעלות צלזיוס.
למה הם חשובים?
על בסיס לקילו, סגסוגות על יקרות יותר מפלדה, אלומיניום או נירוסטה; הם גם מורכבים יותר לעיבוד וליצוק לצורה הרצויה. אז למה הם נמצאים בשימוש כה נרחב ביישומים מסוימים?
התנגדות לזחילה
זחילה הוא מצב של כשל בחומר שבו רכיב מתעוות ברמות מתח הרבה מתחת לחוזק המתיחה הסופי שלו.
כשזה התגלה לראשונה, הרבה היה ידוע על חוזק מתיחה אולטימטיבי, מתח/מתח ועייפות, אבל נראה היה שהתופעה החדשה הזו מתריסה למתכות המסורתית.
לאחר בדיקה וניתוח מקיפים, התגלה כי מתח ארוך טווח (אם כי מתון יחסית) על החלק עלול לגרום למה שמכונה "זרימה קרה", כאשר החלק מתעוות פלסטית מתחת למחצית ה-UTS שלו. למידע נוסף על קריפ, עיין במאמר שלנו.
עוד נמצא כי חום מכל מקור מאיץ את הזחילה. זוהי בעיה שעלולה להיות קטסטרופלית עבור רכיבים במנועי סילון.
סגסוגות-על מאפשרות לחלקים כמו להבי טורבינה לפעול תחת כוחות צנטריפטליים וחום קיצוניים תוך שמירה על חוזקם ובעיקר, צורתם.
בדיקה ארוכת טווח של חומרים שאינם עמידים לזחילה לפני השימוש בסגסוגות העל הניבו תוצאות מעניינות, כאשר להבי טורבינה מתארכים תוך כדי סיבובם, מה שגרם להפרעה למעטפת המנוע.
עמידות בטמפרטורה גבוהה
ביישומים כגון מנועי תעופה וחלל וטורבינות גז, עמידות בטמפרטורה גבוהה היא חובה.
לא רק שסגסוגות-על מתפקדות היטב בטמפרטורות גבוהות, במקרים מסוימים ה-UTS של החומר עולה, מה שמאפשר מתחי פעולה גבוהים יותר או פחות מסה. שתי הנקודות הללו מועילות לתעשיית התעופה.
מכיוון שלסגסוגות-על יש עמידות בחום טובה יותר מסגסוגות קונבנציונליות, נעשו שיפורים רבים בתכנון מנועי טורבינת סילון.
טורבינות סילון יכולות לייצר דחף כה גבוה מכיוון שהן דוחסות את האוויר הנכנס והדלק; ככל שהדחיסה גבוהה יותר, כך המנוע מפיק יותר כוח. ככל שהלחץ וקצב הבעירה עולים, כך גם כמות החום המופקת עולה.
למרבה המזל, עמידות החום והזחילה של סגסוגות העל מאפשרות לחצי בעירה גבוהים יותר, וכתוצאה מכך יעילות גבוהה יותר באופן משמעותי. כמה? בארה"ב לבדה, עם יותר מ-760 מיליארד מיילים אוויריים של נוסעים ב-2019, יעילות קטנה יכולה לשוות חיסכון משמעותי בדלק.
