Duran Alloy (Hợp kim Duran)

Duran là hợp kim dùng cho những bộ phận phải chịu lực lớn và làm việc ở nhiệt độ cao, như khung tàu, động cơ hay bệ pháo. Nó giữ độ bền cơ học mà không cần điện, nhưng khối lượng lớn và yêu cầu chế tạo khắt khe khiến nó không phù hợp với mọi chi tiết.

Phân loại

Cấp tài nguyên thường gặp: R2.
Nguyên liệu nền: nickel, rhenium, tantalum, carbon và các hạt gốm chịu nhiệt kích thước nano.
Dạng sản phẩm: tấm, dầm, vòng chịu lực và chi tiết được in theo hướng chịu lực đã tính trước.

Cấu tạo và đặc tính

Các tinh thể kim loại trong Duran được tạo theo hướng mà chi tiết sẽ chịu lực. Những hạt gốm rất nhỏ nằm giữa các vùng tinh thể, giúp giữ cấu trúc ổn định và hạn chế biến dạng khi vật liệu nóng lên hoặc chịu lực lặp đi lặp lại.

Vì vậy, Duran dùng cho sống tàu và Duran dùng cho nòng pháo có cấu trúc khác nhau. Cắt một đoạn dầm rồi gia công thành nòng pháo có thể cho ra đúng hình dạng, nhưng chi tiết mới chưa chắc chịu được lực và nhiệt khi khai hỏa.

Chế tạo và nguồn cung

Quy trình cần lò chân không, công đoạn tinh lọc đồng vị, thiết bị in bồi đắp từng lớp trong môi trường trọng lực được kiểm soát và nhiều đợt xử lý nhiệt. Rhenium và tantalum chỉ chiếm một phần nhỏ khối lượng, nhưng có vai trò quan trọng trong việc giữ độ bền ở vùng nóng.

Một trong những công đoạn khó nhất là tìm khuyết tật sâu bên trong chi tiết. Dầm trông đúng kích thước nhưng có tinh thể lệch hướng vẫn có thể gãy sau vài lần chịu tải lớn.

Hợp kim nickel–tungsten thông thường có thể thay thế Duran ở công trình dân sự. Bộ phận thay thế thường nặng hơn và có tuổi thọ ngắn hơn.

Ứng dụng

Khung tàu chiến, kết cấu chịu lực của trạm và vòng động cơ.
Giá đỡ pháo điện từ, buồng phản ứng và khớp của phương tiện hạng nặng.
Phần chịu lực của vũ khí lạnh cấp cao, bên ngoài có thể phủ cạnh Adamant.
Một số phần khung giáp cá nhân; dùng cho toàn bộ vỏ giáp sẽ quá nặng.

Giới hạn và dấu hiệu hư hỏng

Duran chịu lực kéo và nhiệt tốt, nhưng khả năng chống cắt không phải ưu điểm chính. Bức xạ, thay đổi nhiệt độ đột ngột và nhiều lần chịu tải có thể tạo vết nứt mảnh giữa các vùng tinh thể. Chi tiết vẫn thẳng, bề mặt vẫn nguyên, trong khi sức chịu lực đã giảm đáng kể.

Hàn nóng ngoài chiến trường thường chỉ tạo được mối vá tạm vì nhiệt làm thay đổi cách sắp xếp tinh thể. Sửa đúng chuẩn cần loại bỏ vùng hư hại, bổ sung vật liệu theo đúng hướng chịu lực, rồi kiểm tra cả bên trong chi tiết.

Giá trị kinh tế và tranh chấp

Có đủ quặng vẫn chưa đủ để sản xuất Duran đạt chuẩn. Nhà máy còn cần kim loại phụ đủ tinh khiết, thời gian vận hành lò và dữ liệu thiết kế chính xác cho từng bộ phận.

Phong tỏa xưởng tinh luyện rhenium hoặc phá thiết bị kiểm định có thể khiến một xưởng đóng tàu đầy nguyên liệu vẫn không hoàn tất được khung chiến hạm.