Ce sunt aliajele pe bază de nichel? Citiți acest articol pentru a înțelege totul!
Aliajul pe bază de nichel se referă la un tip de aliaj care are proprietăți cuprinzătoare, cum ar fi rezistența ridicată și o anumită rezistență la oxidare și coroziune la temperaturi ridicate de 650 până la 1000 de grade.
În funcție de principalele proprietăți, acestea sunt împărțite în aliaje rezistente la căldură pe bază de nichel, aliaje rezistente la coroziune pe bază de nichel, aliaje rezistente la uzură pe bază de nichel, aliaje de precizie pe bază de nichel și aliaje cu memorie de formă pe bază de nichel.
Aliajele de temperatură înaltă sunt împărțite în aliaje de temperatură înaltă pe bază de fier, aliaje de temperatură înaltă pe bază de nichel și aliaje de temperatură înaltă pe bază de cobalt, în funcție de diferite substraturi. Printre acestea, aliajele pe bază de nichel la temperatură înaltă sunt denumite aliaje pe bază de nichel.
Materialele reprezentative ale aliajelor pe bază de nichel includ:
1. Aliajul Incoloy, cum ar fi Incoloy800, componenta principală este; 32Ni-21Cr-Ti, Al; este un aliaj rezistent la căldură;
2. Aliajul Inconel, cum ar fi Inconel600, componenta principală este; 73Ni-15Cr-Ti, Al; este un aliaj rezistent la căldură;
3. Aliaj Hastelloy, cum ar fi Hastelloy C-276, componenta principală este; 56Ni-16Cr-16Mo{-4W; este un aliaj rezistent la coroziune;
4. Aliajul Monel, adică aliajul Monel, cum ar fi Monel 400, componenta principală este; 65Ni-34Cu; este un aliaj rezistent la coroziune;
Principalele elemente de aliere
Principalele elemente de aliere sunt crom, wolfram, molibden, cobalt, aluminiu, titan, bor, zirconiu, etc. Printre acestea, Cr, Ai etc. joacă în principal rolul de antioxidant, iar alte elemente au întărirea soluției solide, întărirea precipitațiilor și întărirea limitelor de cereale.
Are o rezistență ridicată și o anumită rezistență la oxidare și coroziune la temperaturi ridicate de 650 până la 1000 de grade. Datorită rezistenței sale la temperaturi ridicate și rezistenței la oxidare și coroziune, este adesea folosit la fabricarea palelor de motoare de avioane, motoare de rachetă, reactoare nucleare și echipamente de conversie a energiei. Piese la temperaturi ridicate.
Istoricul dezvoltării
Aliajele de temperatură înaltă pe bază de nichel (denumite în continuare aliaje pe bază de nichel) au fost dezvoltate la sfârșitul anilor 1930. Regatul Unit a produs pentru prima dată aliajul pe bază de nichel Nimonic 75 (Ni-20Cr{-0.4Ti) în 1941; pentru a îmbunătăți rezistența la fluaj, s-a adăugat aluminiu pentru a dezvolta Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti{-1.3Al). Statele Unite la mijlocul-1940secului, Uniunea Sovietică la sfârșitul anilor 1940 și China la mijloc-1950s-au dezvoltat și ele aliaje pe bază de nichel. Dezvoltarea aliajelor pe bază de nichel include două aspecte: îmbunătățirea compoziției aliajului și inovarea proceselor de producție. La începutul anilor 1950, dezvoltarea tehnologiei de topire în vid a creat condiții pentru rafinarea aliajelor pe bază de nichel cu conținut ridicat de aluminiu și titan. Cele mai multe dintre aliajele timpurii pe bază de nichel au fost aliaje deformate. La sfârșitul anilor 1950, din cauza creșterii temperaturii de funcționare a palelor turbinei, aliajul a fost necesar să aibă o rezistență mai mare la temperatură înaltă. Cu toate acestea, atunci când rezistența aliajului era mare, ar fi dificil sau chiar imposibil de deformat. Prin urmare, tehnologia de turnare cu investiții a fost folosită pentru a dezvolta o serie de aliaje cu performanțe bune. Aliaj de turnare rezistent la temperaturi ridicate. La mijlocul-1960s-au dezvoltat cristalizarea direcțională și superaliajele monocristaline și superaliajele din metalurgia pulberilor cu proprietăți mai bune. Pentru a satisface nevoile navelor și turbinelor industriale cu gaz, încă din anii 1960 au fost dezvoltate o serie de aliaje pe bază de nichel cu un conținut ridicat de crom, cu rezistență bună la coroziune la cald și structură stabilă. În aproximativ 40 de ani, de la începutul anilor 1940 până la sfârșitul anilor 1970, temperatura de funcționare a aliajelor pe bază de nichel a crescut de la 700 de grade la 1100 de grade, cu o creștere medie de aproximativ 10 grade pe an.
Ingrediente și proprietăți
Superaliajele pe bază de nichel sunt cele mai utilizate. Principalele motive sunt că, în primul rând, aliajele pe bază de nichel pot dizolva mai multe elemente de aliaj și pot menține o stabilitate structurală mai bună; în al doilea rând, pot forma compuși intermetalici de tip A3B coerenți și ordonați [Ni3(Al, Ti)] Ca fază de întărire, aliajul poate fi întărit eficient și poate obține o rezistență mai mare la temperatură înaltă decât superaliajele pe bază de fier și superaliajele pe bază de cobalt; în al treilea rând, aliajele pe bază de nichel care conțin crom au proprietăți de oxidare și rezistență mai bune decât superaliajele pe bază de fier. Capacitatea de coroziune a gazului. Aliajele pe bază de nichel conțin mai mult de zece elemente, printre care Cr joacă în principal un rol anti-oxidare și anticoroziune, iar alte elemente joacă în principal un rol de întărire. În funcție de modul lor de întărire, acestea pot fi împărțite în: elemente de întărire în soluție solidă, cum ar fi wolfram, molibden, cobalt, crom și vanadiu; elemente de întărire a precipitațiilor, cum ar fi aluminiu, titan, niobiu și tantal; elemente de întărire a limitelor cerealelor, cum ar fi bor, zirconiu, magneziu și elemente de pământuri rare etc.
Aliajele de temperatură înaltă pe bază de nichel includ aliajele solide întărite în soluție și aliajele întărite prin precipitare, conform metodelor lor de întărire.
Proces de producție
În ceea ce privește topirea: pentru a obține oțel topit mai pur, reduceți conținutul de gaz și conținutul de elemente nocive; în același timp, datorită prezenței unor elemente ușor oxidabile precum Al, Ti etc. în unele aliaje, topirea fără vid este greu de controlat; și pentru a obține o termoplasticitate mai bună, aliajele rezistente la căldură pe bază de nichel sunt de obicei topite prin cuptoare cu inducție în vid, sau chiar produse prin topire prin inducție în vid plus cuptoare consumabile în vid sau metode de retopire în cuptoare cu zgură electrică.
În ceea ce privește deformarea: se adoptă procese de forjare și laminare. Pentru aliajele cu termoplasticitate slabă, se folosesc procese de extrudare uniformă și apoi de laminare sau extrudare directă cu înveliș din oțel moale (sau oțel inoxidabil). Scopul deformării este de a sparge structura de turnare și de a optimiza microstructura.
Turnare: Un cuptor cu inducție în vid este de obicei folosit pentru a topi aliajul principal pentru a asigura compoziția și controlul conținutului de gaz și impurități, iar piesele sunt realizate folosind turnare de precizie prin topire în vid.
Tratament termic: Aliajele deformate și unele aliaje turnate necesită tratament termic, inclusiv tratament cu soluție, tratament intermediar și tratament de îmbătrânire. Luând ca exemplu aliajul Udmet 500, sistemul său de tratament termic este împărțit în patru etape: tratare cu soluție, 1175 grade, 2 ore, răcire cu aer; tratament intermediar, 1080 grade, 4 ore, racire cu aer; tratament primar de imbatranire, 843 grade, 24 ore, racire cu aer; tratament secundar de îmbătrânire, 760 de grade, 16 ore, răcire cu aer. Pentru a obține statutul organizatoric necesar și performanța generală bună.
Aliaj rezistent la coroziune pe baza de nichel
Principalele elemente de aliere sunt cuprul, cromul și molibdenul. Are o performanță cuprinzătoare bună și poate rezista la diferite coroziune acidă și coroziune prin stres. Cea mai veche aplicație (produsă în Statele Unite în 1905) a fost aliajul nichel-cupru (Ni-Cu), cunoscut și sub numele de aliaj Monel (aliaj Monel Ni 70 Cu30); în plus, există aliaj de nichel-crom (Ni-Cr) (adică aliaj rezistent la căldură pe bază de nichel, aliaje rezistente la coroziune la cald printre aliajele rezistente la coroziune), aliaje de nichel-molibden (Ni-Mo) (se referă în principal la seria Hastelloy B, producătorii autohtoni profesioniști de aliaje rezistente la coroziune includ Beijing Iron and Steel Research Institute, Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd. companii, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. etc.), aliaj de nichel-crom-molibden (Ni-Cr-Mo) (se referă în principal la seria Hastelloy C, producătorii profesioniști de aliaje rezistente la coroziune includ Institutul de Cercetare a Fierului și Oțelului Beijing, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd., etc.). În același timp, nichelul pur este, de asemenea, un reprezentant tipic al aliajelor rezistente la coroziune pe bază de nichel. Aceste aliaje rezistente la coroziune pe bază de nichel sunt utilizate în principal pentru fabricarea de piese pentru diverse medii rezistente la coroziune, cum ar fi petrolul, industria chimică, energia electrică etc.
Categoria Aliajele rezistente la coroziune pe bază de nichel au în mare parte o structură austenitică. În starea de tratare a soluției solide și a îmbătrânirii, există faze intermetalice și carbonitruri metalice pe matricea de austenită și limitele de granule ale aliajului. Diverse aliaje rezistente la coroziune sunt clasificate în funcție de compoziția lor, iar caracteristicile lor sunt următoarele:
Rezistența la coroziune a aliajului Ni-Cu este mai bună decât cea a nichelului în mediile reducătoare, iar rezistența sa la coroziune este mai bună decât cuprul în mediile oxidante. Este rezistent la gaz fluor la temperaturi înalte, fluorură de hidrogen și fluorură de hidrogen în absența oxigenului și a oxidantului. Cel mai bun material pentru acizi (vezi Coroziunea metalelor).
Aliajul Ni-Cr este un aliaj rezistent la căldură pe bază de nichel; este utilizat în principal în condiții de mediu oxidant. Rezistent la oxidarea la temperaturi înalte și la coroziune de la gazele care conțin sulf, vanadiu și alte gaze, rezistența sa la coroziune crește odată cu creșterea conținutului de crom. Acest tip de aliaj are, de asemenea, o bună rezistență la coroziune la hidroxid (cum ar fi NaOH, KOH) și rezistență la coroziune prin stres.
Aliajul Ni-Mo este utilizat în principal în condiții de reducere a coroziunii medii. Este cel mai bun aliaj pentru a rezista coroziunii acidului clorhidric, dar în prezența oxigenului și a oxidanților, rezistența la coroziune va scădea semnificativ.
Aliajul Ni-Cr-Mo(W) are proprietățile aliajului Ni-Cr și aliajului Ni-Mo menționate mai sus. Utilizat în principal în condiții de mediu mixt de oxidare-reducere. Acest tip de aliaj are o rezistență bună la coroziune în gazul fluorhidric la temperatură înaltă, în soluțiile de acid clorhidric și acid fluorhidric care conțin oxigen și oxidanți și în gazul de clor umed la temperatura camerei.
Aliajul Ni-Cr-Mo-Cu este rezistent atât la acidul azotic, cât și la coroziunea acidului sulfuric și are, de asemenea, o rezistență bună la coroziune în unii acizi amestecați de oxidare-reducere.
Aliaj rezistent la uzură pe bază de nichel
Principalele elemente de aliere sunt cromul, molibdenul și wolfram și, de asemenea, conțin cantități mici de niobiu, tantal și indiu. Pe lângă rezistența la uzură, are și proprietăți bune de antioxidare, rezistență la coroziune și sudare. Poate fi folosit pentru fabricarea pieselor rezistente la uzură și poate fi folosit și ca material de acoperire pentru a acoperi suprafața altor materiale de bază prin procese de suprafață și pulverizare.
Pulberile de aliaj pe bază de nichel includ pulbere de aliaj cu autofluxare și pulbere de aliaj fără autofluxare.
Pulberea pe bază de nichel fără autoflux se referă la pulberea de aliaj pe bază de nichel care nu conține B, Si sau are un conținut scăzut de B și Si. Acest tip de pulbere este utilizat pe scară largă în acoperiri cu pulverizare cu arc cu plasmă, acoperiri cu pulverizare cu flacără și întărirea suprafeței cu plasmă. Include în principal: pulbere de aliaj Ni-Cr, pulbere de aliaj Ni-Cr-Mo, pulbere de aliaj Ni-Cr-Fe, pulbere de aliaj Ni-Cu, pulbere de aliaj Ni-P și Ni-Cr-P, Ni-Cr-Mo-Fe Pulbere de aliaj, pulbere de aliaj Ni-Cr-Mo-Si rezistentă la uzură, pulbere de aliaj Ni-Cr-Fe-Al, pulbere de aliaj Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, pulbere de aliaj Ni-Cr-Si, Ni - Pulbere de aliaj pe bază de Cr-W rezistentă la uzură și la coroziune etc.
Adăugarea cantităților adecvate de B și Si la pulberea de aliaj de nichel formează o pulbere de aliaj cu autofluxare pe bază de nichel. Așa-numita pulbere de aliaj cu autofluxare, cunoscută și sub denumirea de aliaj eutectic și aliaj de acoperire dur, este o serie de pulberi formate prin adăugarea de elemente de aliaj (în principal bor și siliciu) care pot forma eutectici cu punct de topire scăzut la nichel, cobalt și fier. aliaje pe bază. Material. Pulberile de aliaj cu autofluxare pe bază de nichel utilizate în mod obișnuit includ pulbere de aliaj Ni-B-Si, pulbere de aliaj Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu , Pulbere de aliaj autofluxant pe bază de nichel cu conținut ridicat de molibden, pulbere de aliaj autofluxant pe bază de crom molibden nichel, pulbere de aliaj autofluxant pe bază de Ni-Cr-WC, pulbere de aliaj cu autofluxare cu conținut ridicat de cupru, nichel cu dispersie de carbură de tungsten- pulbere de aliaj cu autofluxare pe bază de pulbere de aliaj, etc.
Rolul diferitelor elemente în aliaje:
●Rolul elementelor de bor și siliciu: scade semnificativ punctul de topire al aliajului, extinde zona de temperatură solid-lichid și formează un eutectic cu punct de topire scăzut; au funcții de reducere a deoxidării și de zgură; întărește și întărește stratul; îmbunătățirea performanței procesului de operare.
●Rolul elementului de cupru: îmbunătățirea rezistenței la coroziune la acizii neoxidanți.
●Rolul elementului de crom: consolidarea soluției solide și pasivarea; îmbunătățirea rezistenței la coroziune și a rezistenței la oxidare la temperaturi ridicate; excesul de crom formează cu ușurință faze dure de carbură de crom și borură de crom cu carbon și bor pentru a îmbunătăți duritatea aliajului și rezistența la uzură sex.
●Rolul elementului de molibden: raza sa atomică mare provoacă o distorsiune mare a rețelei cristaline după soluție solidă, întărește semnificativ matricea aliajului, îmbunătățește rezistența la temperatură ridicată și duritatea roșie a matricei; poate tăia și reduce structura rețelei în acoperire; îmbunătățește rezistența la gaze Capacitatea de coroziune și eroziune a aliajelor de precizie pe bază de nichel.
Inclusiv aliaj magnetic moale pe bază de nichel, aliaj de rezistență de precizie pe bază de nichel și aliaj electrotermic pe bază de nichel etc. Cel mai frecvent utilizat aliaj magnetic moale este Permalloy, care conține aproximativ 80% nichel. Are permeabilitate magnetică maximă ridicată și permeabilitate magnetică inițială și forță coercitivă scăzută. Este un material important de miez de fier în industria electronică. Principalele elemente de aliere ale aliajului de rezistență de precizie pe bază de nichel sunt cromul, aluminiul și cuprul. Acest aliaj are rezistivitate ridicată, coeficient de rezistivitate la temperatură scăzută și rezistență bună la coroziune și este utilizat pentru a face rezistențe. Aliajul de încălzire electrică pe bază de nichel este un aliaj de nichel care conține 20% crom. Are proprietăți bune anti-oxidare și anticoroziune și poate fi folosit pentru o lungă perioadă de timp la temperaturi de 1000 până la 1100 de grade.
Aliaj cu memorie de formă pe bază de nichel
Aliaj de nichel care conține 50(at)% titan. Temperatura sa de recuperare este de 70 de grade, iar efectul de memorie a formei este bun. O mică modificare a proporției componentelor de nichel-titan poate modifica temperatura de recuperare în intervalul de la 30 la 100 de grade. Este folosit mai ales pentru fabricarea pieselor structurale cu deschidere automată utilizate în nave spațiale, elemente de fixare autoexcitante utilizate în industria aerospațială, motoare de inimă artificială utilizate în biomedicină etc.
