Što su legure na bazi nikla? Pročitajte ovaj članak da biste razumjeli sve!
Legura na bazi nikla odnosi se na vrstu legure koja ima sveobuhvatna svojstva kao što su visoka čvrstoća i određena otpornost na oksidaciju i koroziju na visokim temperaturama od 650 do 1000 stupnjeva.
Prema glavnim svojstvima dijele se na legure na bazi nikla otporne na toplinu, legure na bazi nikla otporne na koroziju, legure na bazi nikla otporne na habanje, precizne legure na bazi nikla i legure na bazi nikla s memorijom oblika.
Visokotemperaturne legure dijele se na visokotemperaturne legure na bazi željeza, visokotemperaturne legure na bazi nikla i visokotemperaturne legure na bazi kobalta prema različitim podlogama. Među njima, visokotemperaturne legure na bazi nikla nazivaju se legure na bazi nikla.
Reprezentativni materijali legura na bazi nikla uključuju:
1. Incoloy legura, kao što je Incoloy800, glavna komponenta je; 32Ni-21Cr-Ti, Al; to je legura otporna na toplinu;
2. Inconel legura, kao što je Inconel600, glavna komponenta je; 73Ni-15Cr-Ti, Al; to je legura otporna na toplinu;
3. Hastelloy legura, kao što je Hastelloy C-276, glavna komponenta je; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; to je legura otporna na koroziju;
4. Monel legura, to jest, Monel legura, kao što je Monel 400, glavna komponenta je; 65Ni-34Cu; to je legura otporna na koroziju;
Glavni legirajući elementi
Glavni legirajući elementi su krom, volfram, molibden, kobalt, aluminij, titan, bor, cirkonij, itd. Među njima, Cr, Ai, itd. uglavnom igraju ulogu antioksidansa, a ostali elementi imaju jačanje čvrste otopine, jačanje taloženja i jačanje granica zrna.
Ima visoku čvrstoću i određenu otpornost na oksidaciju i koroziju na visokim temperaturama od 650 do 1000 stupnjeva. Zbog dovoljno visoke čvrstoće na visokim temperaturama i otpornosti na oksidaciju i koroziju, često se koristi u proizvodnji lopatica motora zrakoplova, raketnih motora, nuklearnih reaktora i opreme za pretvorbu energije. Dijelovi visoke temperature.
Povijest razvoja
Visokotemperaturne legure na bazi nikla (u daljnjem tekstu legure na bazi nikla) razvijene su kasnih 1930-ih. Ujedinjeno Kraljevstvo prvo je proizvelo leguru na bazi nikla Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) 1941.; kako bi se poboljšala otpornost na puzanje, dodan je aluminij za razvoj Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). Sjedinjene Države sredinom-1940, Sovjetski Savez kasnih 1940-ih i Kina sredinom-1950 također su razvile legure na bazi nikla. Razvoj legura na bazi nikla uključuje dva aspekta: poboljšanje sastava legura i inovaciju proizvodnih procesa. Početkom 1950-ih, razvoj tehnologije vakuumskog taljenja stvorio je uvjete za rafiniranje legura na bazi nikla koje sadrže visoku količinu aluminija i titana. Većina ranih legura na bazi nikla bile su deformirane legure. U kasnim 1950-ima, zbog povećanja radne temperature turbinskih lopatica, od legure se zahtijevala veća otpornost na visoke temperature. Međutim, kada je čvrstoća legure bila velika, bilo bi je teško ili čak nemoguće deformirati. Stoga je korištena tehnologija livenja po ulošku za razvoj niza legura s dobrim performansama. Legura za lijevanje otporna na visoke temperature. Sredinom-1960 prošlog stoljeća razvijene su usmjerena kristalizacija i monokristalne superlegure te superlegure metalurgije praha s boljim svojstvima. Kako bi se zadovoljile potrebe brodova i industrijskih plinskih turbina, od 1960-ih razvijen je niz legura na bazi nikla s visokim sadržajem kroma i dobre otpornosti na vruću koroziju i stabilnom strukturom. U otprilike 40 godina od ranih 1940-ih do kasnih 1970-ih, radna temperatura legura na bazi nikla porasla je sa 700 stupnjeva na 1100 stupnjeva, s prosječnim porastom od oko 10 stupnjeva godišnje.
Sastojci i svojstva
Najviše se koriste superlegure na bazi nikla. Glavni razlozi su da, prvo, legure na bazi nikla mogu otopiti više elemenata legure i održati bolju strukturnu stabilnost; drugo, mogu formirati koherentne i uređene intermetalne spojeve tipa A3B [Ni3(Al, Ti)] Kao faza ojačavanja, legura se može učinkovito ojačati i dobiti veću čvrstoću na visokim temperaturama od superlegura na bazi željeza i superlegura na bazi kobalta; treće, legure na bazi nikla koje sadrže krom imaju bolja svojstva oksidacije i otpornosti od superlegura na bazi željeza. Sposobnost plinske korozije. Legure na bazi nikla sadrže više od deset elemenata, među kojima Cr uglavnom ima ulogu protiv oksidacije i korozije, a ostali elementi uglavnom imaju ulogu ojačanja. Prema načinu ojačavanja, mogu se podijeliti na: čvrste otopine za ojačavanje, kao što su volfram, molibden, kobalt, krom i vanadij; elementi za jačanje taloženja, kao što su aluminij, titan, niobij i tantal; elementi za jačanje granice zrna, kao što su bor, cirkonij, magnezij i elementi rijetke zemlje, itd.
Visokotemperaturne legure na bazi nikla uključuju legure ojačane čvrstom otopinom i legure ojačane taloženjem prema njihovim metodama ojačanja.
Proces proizvodnje
Što se tiče taljenja: kako bi se dobio čišći rastaljeni čelik, smanjite sadržaj plina i sadržaj štetnih elemenata; u isto vrijeme, zbog prisutnosti lako oksidirajućih elemenata kao što su Al, Ti, itd. u nekim legurama, nevakuumsko taljenje je teško kontrolirati; a kako bi se postigla bolja termoplastičnost, legure otporne na toplinu na bazi nikla obično se tale u vakuumskim indukcijskim pećima ili se čak proizvode vakuumskim indukcijskim taljenjem plus vakuumskim potrošnim pećima ili metodama ponovnog taljenja u pećima za elektrotrosku.
U pogledu deformiranja: usvajaju se postupci kovanja i valjanja. Za legure slabe termoplastičnosti koriste se postupci ravnomjerne ekstruzije, a zatim valjanja ili izravne ekstruzije s omotačem od mekog čelika (ili nehrđajućeg čelika). Svrha deformacije je razbiti strukturu odljevka i optimizirati mikrostrukturu.
Lijevanje: Vakuumska indukcijska peć se obično koristi za taljenje glavne legure kako bi se osigurao sastav i kontrolirao sadržaj plina i nečistoća, a dijelovi se izrađuju preciznim lijevanjem u vakuumu.
Toplinska obrada: Deformirane legure i neke lijevane legure zahtijevaju toplinsku obradu, uključujući obradu otopinom, srednju obradu i obradu starenjem. Uzimajući leguru Udmet 500 kao primjer, njezin sustav toplinske obrade podijeljen je u četiri faze: obrada otopinom, 1175 stupnjeva, 2 sata, hlađenje zrakom; srednji tretman, 1080 stupnjeva, 4 sata, hlađenje zrakom; primarni tretman starenja, 843 stupnja, 24 sata, hlađenje zrakom; sekundarni tretman starenja, 760 stupnjeva, 16 sati, hlađenje zrakom. Kako bi se dobio potreban organizacijski status i dobra ukupna izvedba.
Legura otporna na koroziju na bazi nikla
Glavni legirajući elementi su bakar, krom i molibden. Ima dobre sveobuhvatne performanse i može se oduprijeti raznim kiselim korozijama i koroziji naprezanja. Najranija primjena (proizvedena u Sjedinjenim Državama 1905.) bila je legura nikal-bakar (Ni-Cu), također poznata kao legura Monel (legura Monel Ni 70 Cu30); osim toga, postoji legura nikal-kroma (Ni-Cr) (to jest legura otporna na toplinu na bazi nikla, vruće legure otporne na koroziju među legurama otpornim na koroziju), legure nikal-molibden (Ni-Mo) (uglavnom se odnosi za Hastelloy B seriju, domaći profesionalni proizvođači legura otpornih na koroziju uključuju Beijing Iron and Steel Research Institute, Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd. tvrtke, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. , itd.), legura nikal-krom-molibden (Ni-Cr-Mo) (uglavnom se odnosi na seriju Hastelloy C, domaći profesionalni proizvođači legura otpornih na koroziju uključuju Pekinški institut za istraživanje željeza i čelika, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. itd.). U isto vrijeme, čisti nikal je i tipičan predstavnik korozijski otpornih legura na bazi nikla. Ove legure otporne na koroziju na bazi nikla uglavnom se koriste za proizvodnju dijelova za različita okruženja otporna na koroziju kao što su nafta, kemijska industrija, električna energija itd.
Kategorija Legure otporne na koroziju na bazi nikla većinom imaju austenitnu strukturu. U stanju čvrste otopine i obrade starenjem postoje intermetalne faze i metalni karbonitridi na austenitnoj matrici i granicama zrna legure. Različite legure otporne na koroziju klasificiraju se prema svom sastavu, a njihove karakteristike su sljedeće:
Otpornost na koroziju Ni-Cu legure bolja je od otpornosti nikla u redukcijskim medijima, a otpornost na koroziju bolja je od bakra u oksidirajućim medijima. Otporan je na visoke temperature plina fluora, vodikovog fluorida i vodikovog fluorida u odsutnosti kisika i oksidansa. Najbolji materijal za kiseline (vidi Korozija metala).
Ni-Cr legura je legura otporna na toplinu na bazi nikla; uglavnom se koristi u uvjetima oksidirajućeg medija. Otporan na visokotemperaturnu oksidaciju i koroziju od plinova koji sadrže sumpor, vanadij i druge plinove, njegova otpornost na koroziju raste s povećanjem udjela kroma. Ova vrsta legure također ima dobru otpornost na koroziju hidroksida (kao što je NaOH, KOH) i otpornost na koroziju na napon.
Ni-Mo legura se uglavnom koristi u uvjetima smanjenja srednje korozije. To je najbolja legura za otpornost na koroziju klorovodične kiseline, ali u prisutnosti kisika i oksidansa otpornost na koroziju značajno će se smanjiti.
Ni-Cr-Mo(W) legura ima svojstva gore spomenute Ni-Cr legure i Ni-Mo legure. Uglavnom se koristi u uvjetima miješanih medija za oksidaciju i redukciju. Ova vrsta legure ima dobru otpornost na koroziju u visokotemperaturnom plinu fluorovodika, u klorovodičnoj kiselini i otopinama fluorovodične kiseline koje sadrže kisik i oksidanse, te u vlažnom plinovitom kloru na sobnoj temperaturi.
Legura Ni-Cr-Mo-Cu otporna je na koroziju i na dušičnu i na sumpornu kiselinu, a također ima dobru otpornost na koroziju u nekim oksidacijsko-redukcijskim miješanim kiselinama.
Legura otporna na habanje na bazi nikla
Glavni legirajući elementi su krom, molibden i volfram, a također sadrže male količine niobija, tantala i indija. Osim otpornosti na habanje, također ima dobru antioksidacijsku sposobnost, otpornost na koroziju i svojstva zavarivanja. Može se koristiti za proizvodnju dijelova otpornih na habanje, a također se može koristiti kao materijal za premazivanje za pokrivanje površine drugih osnovnih materijala kroz postupke nanošenja i prskanja.
Prah legura na bazi nikla uključuje prah samotopive legure i prah nesamotopive legure.
Nesamofluksirajući prah na bazi nikla odnosi se na prah legure na bazi nikla koji ne sadrži B, Si ili ima nizak sadržaj B i Si. Ova vrsta praha naširoko se koristi u premazima raspršivanjem plazma lukom, premazima raspršivanjem plamenom i površinskom ojačavanju plazmom. Uglavnom uključuje: prah legure Ni-Cr, prah legure Ni-Cr-Mo, prah legure Ni-Cr-Fe, prah legure Ni-Cu, prah legure Ni-P i Ni-Cr-P, Ni-Cr-Mo-Fe Prah legure, prah legure Ni-Cr-Mo-Si visoke otpornosti na habanje, prah legure Ni-Cr-Fe-Al, prah legure Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, prah legure Ni-Cr-Si, Ni - prah legure otporne na habanje i koroziju na bazi Cr-W, itd.
Dodavanjem odgovarajućih količina B i Si prahu legure nikla nastaje prah samotopive legure na bazi nikla. Takozvani prah samofluksirajuće legure, poznat i kao eutektička legura i legura za tvrdo navarivanje, niz je prahova formiranih dodavanjem elemenata legure (uglavnom bora i silicija) koji mogu formirati eutektiku niske točke taljenja za nikal, kobalt i željezo legure na bazi. Materijal. Uobičajeno korišteni prahovi samotopivih legura na bazi nikla uključuju prah legure Ni-B-Si, prah legure Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu , prah samotopive legure na bazi molibdena nikla, prah samotopive legure na bazi molibdena i nikla s visokim udjelom kroma, prah samotopive legure na bazi Ni-Cr-WC, prah samotopive legure bakra, disperzija nikla od volfram karbida praškaste legure na bazi samotopive legure u prahu itd.
Uloga raznih elemenata u legurama:
●Uloga elemenata bora i silicija: značajno sniziti talište legure, proširiti temperaturnu zonu kruto-tekuće i stvoriti eutektik s niskim talištem; imaju funkcije smanjenja deoksidacije i šljakanja; očvrsnuti i ojačati premaz; poboljšati performanse operativnog procesa.
●Uloga elementa bakra: poboljšati otpornost na koroziju na neoksidirajuće kiseline.
●Uloga elementa kroma: jačanje i pasivizacija čvrste otopine; poboljšanje otpornosti na koroziju i otpornost na oksidaciju pri visokim temperaturama; višak kroma lako stvara tvrde faze krom karbida i krom borida s ugljikom i borom kako bi se poboljšala tvrdoća legure i spol otpornosti na trošenje.
●Uloga elementa molibdena: njegov veliki atomski radijus uzrokuje veliko izobličenje kristalne rešetke nakon čvrste otopine, značajno ojačava matricu legure, poboljšava čvrstoću na visokim temperaturama i crvenu tvrdoću matrice; može rezati i smanjiti mrežnu strukturu u premazu; poboljšava otpornost na plin. Mogućnosti korozije i erozije preciznih legura na bazi nikla.
Uključujući meke magnetske legure na bazi nikla, precizne otporne legure na bazi nikla i elektrotermalne legure na bazi nikla, itd. Najčešće korištena meka magnetska legura je Permalloy, koja sadrži oko 80% nikla. Ima visoku maksimalnu magnetsku permeabilnost i početnu magnetsku permeabilnost i nisku koercitivnu silu. To je važan materijal željezne jezgre u elektroničkoj industriji. Glavni legirajući elementi precizne otporne legure na bazi nikla su krom, aluminij i bakar. Ova legura ima visoku otpornost, niski temperaturni koeficijent otpornosti i dobru otpornost na koroziju, a koristi se za izradu otpornika. Električna grijaća legura na bazi nikla je legura nikla koja sadrži 20% kroma. Ima dobra antioksidacijska i antikorozivna svojstva i može se koristiti dugo vremena na temperaturama od 1000 do 1100 stupnjeva.
Legura s pamćenjem oblika na bazi nikla
Legura nikla koja sadrži 50(at)% titana. Njegova temperatura oporavka je 70 stupnjeva i njegov učinak pamćenja oblika je dobar. Mala promjena u udjelu komponenti nikal-titan može promijeniti temperaturu oporavka u rasponu od 30 do 100 stupnjeva. Uglavnom se koristi za proizvodnju strukturnih dijelova s automatskim otvaranjem koji se koriste u svemirskim letjelicama, samopobuđujućih zatvarača koji se koriste u zrakoplovnoj industriji, umjetnih srčanih motora koji se koriste u biomedicini itd.
