Vad är nickelbaserade legeringar? Läs den här artikeln för att förstå allt!
Nickelbaserad legering avser en typ av legering som har omfattande egenskaper såsom hög hållfasthet och viss motståndskraft mot oxidation och korrosion vid höga temperaturer på 650 till 1000 grader.
Enligt huvudegenskaperna är de uppdelade i nickelbaserade värmebeständiga legeringar, nickelbaserade korrosionsbeständiga legeringar, nickelbaserade slitstarka legeringar, nickelbaserade precisionslegeringar och nickelbaserade formminneslegeringar.
Högtemperaturlegeringar delas in i järnbaserade högtemperaturlegeringar, nickelbaserade högtemperaturlegeringar och koboltbaserade högtemperaturlegeringar efter olika substrat. Bland dem kallas nickelbaserade högtemperaturlegeringar som nickelbaserade legeringar.
Representativa material av nickelbaserade legeringar inkluderar:
1. Incoloy legering, såsom Incoloy800, huvudkomponenten är; 32Ni-21Cr-Ti, Al; det är en värmebeständig legering;
2. Inconel-legering, såsom Inconel600, huvudkomponenten är; 73Ni-15Cr-Ti, Al; det är en värmebeständig legering;
3. Hastelloy-legering, såsom Hastelloy C-276, huvudkomponenten är; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; det är en korrosionsbeständig legering;
4. Monel-legering, det vill säga Monel-legering, såsom Monel 400, huvudkomponenten är; 65Ni-34Cu; det är en korrosionsbeständig legering;
Huvudlegeringselement
De viktigaste legeringselementen är krom, volfram, molybden, kobolt, aluminium, titan, bor, zirkonium, etc. Bland dem spelar Cr, Ai, etc. huvudsakligen rollen som antioxidant, och andra element har fast lösningsförstärkning, utfällningsförstärkning och korngränsförstärkning.
Den har hög hållfasthet och viss motståndskraft mot oxidation och korrosion vid höga temperaturer på 650 till 1000 grader. På grund av sin tillräckligt höga temperaturhållfasthet och motståndskraft mot oxidation och korrosion, används den ofta vid tillverkning av flygplansmotorblad, raketmotorer, kärnreaktorer och energiomvandlingsutrustning. Högtemperaturdelar.
Utvecklingshistoria
Nickelbaserade högtemperaturlegeringar (nedan kallade nickelbaserade legeringar) utvecklades i slutet av 1930-talet. Förenade kungariket producerade först den nickelbaserade legeringen Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) 1941; för att förbättra kryphållfastheten tillsattes aluminium för att utveckla Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). USA i mitten{16}}, Sovjetunionen i slutet av 1940-talet och Kina i mitten av-1950talet utvecklade också nickelbaserade legeringar. Utvecklingen av nickelbaserade legeringar innefattar två aspekter: förbättring av legeringssammansättningen och innovation av produktionsprocesser. I början av 1950-talet skapade utvecklingen av vakuumsmältningstekniken förutsättningar för att förädla nickelbaserade legeringar innehållande hög aluminium och titan. De flesta av de tidiga nickelbaserade legeringarna var deformerade legeringar. I slutet av 1950-talet, på grund av ökningen av driftstemperaturen för turbinbladen, krävdes legeringen att ha högre högtemperaturhållfasthet. Men när legeringens hållfasthet var hög skulle den vara svår eller till och med omöjlig att deformera. Därför användes investeringsgjutteknik för att utveckla en serie legeringar med bra prestanda. Högtemperaturhållfast gjutlegering. I mitten av-1960-talet utvecklades riktad kristallisation och enkristall-superlegeringar och pulvermetallurgiska superlegeringar med bättre egenskaper. För att möta behoven hos fartyg och industriella gasturbiner har sedan 1960-talet utvecklats ett antal nickelbaserade legeringar med hög kromhalt med god korrosionsbeständighet och stabil struktur. På cirka 40 år från början av 1940-talet till slutet av 1970-talet ökade driftstemperaturen för nickelbaserade legeringar från 700 grader till 1100 grader, med en genomsnittlig ökning på cirka 10 grader per år.
Ingredienser och egenskaper
Nickelbaserade superlegeringar är de mest använda. De främsta anledningarna är att för det första kan nickelbaserade legeringar lösa upp fler legeringselement och bibehålla bättre strukturell stabilitet; för det andra kan de bilda koherenta och ordnade intermetalliska föreningar av A3B-typ [Ni3(Al, Ti)] Som en förstärkningsfas kan legeringen effektivt förstärkas och erhålla högre högtemperaturhållfasthet än järnbaserade superlegeringar och koboltbaserade superlegeringar; för det tredje har nickelbaserade legeringar som innehåller krom bättre oxidations- och motståndsegenskaper än järnbaserade superlegeringar. Gaskorrosionsförmåga. Nickelbaserade legeringar innehåller mer än tio grundämnen, bland vilka Cr spelar huvudsakligen en antioxidations- och korrosionsskyddande roll och andra grundämnen främst spelar en förstärkande roll. Enligt deras förstärkningssätt kan de delas in i: fast lösningsförstärkande element, såsom volfram, molybden, kobolt, krom och vanadin; fällningsförstärkande element, såsom aluminium, titan, niob och tantal; korngränsförstärkande element, såsom bor, zirkonium, magnesium och sällsynta jordartsmetaller, etc.
Nickelbaserade högtemperaturlegeringar inkluderar solida lösningsförstärkta legeringar och nederbördsförstärkta legeringar enligt deras förstärkningsmetoder.
Produktionsprocess
När det gäller smältning: för att erhålla renare smält stål, minska gashalten och innehållet av skadliga element; samtidigt, på grund av närvaron av lätt oxiderade element såsom Al, Ti, etc. i vissa legeringar, är icke-vakuumsmältning svår att kontrollera; och för att erhålla bättre termoplasticitet smälts nickelbaserade värmebeständiga legeringar vanligtvis av vakuuminduktionsugnar, eller till och med framställda genom vakuuminduktionssmältning plus vakuumförbrukbara ugnar eller metoder för omsmältning av elektroslaggugnar.
När det gäller deformation: smides- och valsningsprocesser antas. För legeringar med dålig termoplasticitet används jämn extrudering och sedan valsning eller direktextruderingsprocesser med mantel av mjukt stål (eller rostfritt stål). Syftet med deformation är att bryta gjutstrukturen och optimera mikrostrukturen.
Gjutning: En vakuuminduktionsugn används vanligtvis för att smälta huvudlegeringen för att säkerställa sammansättning och kontrollera gas- och föroreningsinnehåll, och delar tillverkas med vakuumomsmältningsprecisionsgjutning.
Värmebehandling: Deformerade legeringar och vissa gjutna legeringar kräver värmebehandling, inklusive lösningsbehandling, mellanbehandling och åldringsbehandling. Med Udmet 500-legering som ett exempel är dess värmebehandlingssystem uppdelat i fyra steg: lösningsbehandling, 1175 grader, 2 timmar, luftkylning; mellanbehandling, 1080 grader, 4 timmar, luftkylning; primär åldringsbehandling, 843 grader, 24 timmar, luftkylning; sekundär åldringsbehandling, 760 grader, 16 timmar, luftkylning. För att erhålla erforderlig organisatorisk status och god övergripande prestation.
Nickelbaserad korrosionsbeständig legering
De huvudsakliga legeringsämnena är koppar, krom och molybden. Den har bra omfattande prestanda och kan motstå olika syrakorrosion och spänningskorrosion. Den tidigaste tillämpningen (tillverkad i USA 1905) var nickel-koppar (Ni-Cu) legering, även känd som Monel legering (Monel legering Ni 70 Cu30); dessutom finns nickel-krom (Ni-Cr) legering (det vill säga nickelbaserad värmebeständig legering, varma korrosionsbeständiga legeringar bland korrosionsbeständiga legeringar), nickel-molybden (Ni-Mo) legeringar (avser främst till Hastelloy B-serien, inhemska professionella tillverkare av korrosionsbeständiga legeringar inkluderar Beijing Iron and Steel Research Institute, Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd. företag, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. , etc.), nickel-krom-molybden (Ni-Cr-Mo) legering (avser huvudsakligen Hastelloy C-serien, inhemska professionella korrosionsbeständiga legeringstillverkare inkluderar Beijing Iron and Steel Research Institute, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd., etc.). Samtidigt är rent nickel också en typisk representant för nickelbaserade korrosionsbeständiga legeringar. Dessa nickelbaserade korrosionsbeständiga legeringar används främst för att tillverka delar för olika korrosionsbeständiga miljöer såsom petroleum, kemisk industri, elkraft, etc.
Kategori Nickelbaserade korrosionsbeständiga legeringar har oftast en austenitisk struktur. I tillståndet för fast lösning och åldringsbehandling finns det intermetalliska faser och metallkarbonitrider på austenitmatrisen och korngränserna för legeringen. Olika korrosionsbeständiga legeringar klassificeras enligt deras sammansättning och deras egenskaper är som följer:
Korrosionsbeständigheten hos Ni-Cu-legering är bättre än nickel i reducerande media, och dess korrosionsbeständighet är bättre än koppar i oxiderande media. Den är resistent mot högtemperaturfluorgas, vätefluorid och vätefluorid i frånvaro av syre och oxidationsmedel. Det bästa materialet för syror (se Metallkorrosion).
Ni-Cr-legering är en nickelbaserad värmebeständig legering; det används huvudsakligen under oxiderande mediaförhållanden. Motståndskraftig mot högtemperaturoxidation och korrosion från gaser som innehåller svavel, vanadin och andra gaser, dess korrosionsbeständighet ökar med ökningen av kromhalten. Denna typ av legering har också god motståndskraft mot hydroxid (såsom NaOH, KOH) korrosion och spänningskorrosionsbeständighet.
Ni-Mo-legering används huvudsakligen under förhållanden för att minska medelkorrosion. Det är den bästa legeringen för att motstå saltsyrakorrosion, men i närvaro av syre och oxidanter kommer korrosionsbeständigheten att minska avsevärt.
Ni-Cr-Mo(W)-legeringen har egenskaperna hos den ovan nämnda Ni-Cr-legeringen och Ni-Mo-legeringen. Används huvudsakligen under oxidations-reduktion blandade media förhållanden. Denna typ av legering har god korrosionsbeständighet i högtemperaturvätefluoridgas, i saltsyra- och fluorvätesyralösningar som innehåller syre och oxidanter, och i våt klorgas vid rumstemperatur.
Ni-Cr-Mo-Cu-legeringen är resistent mot korrosion av både salpetersyra och svavelsyra, och har även god korrosionsbeständighet i vissa oxidationsreducerande blandade syror.
Nickelbaserad slitstark legering
De huvudsakliga legeringsämnena är krom, molybden och volfram, och innehåller även små mängder niob, tantal och indium. Förutom sin slitstyrka har den även goda antioxidations-, korrosions- och svetsegenskaper. Det kan användas för att tillverka slitstarka delar, och kan även användas som beläggningsmaterial för att täcka ytan på andra basmaterial genom ytbeläggnings- och sprutprocesser.
Nickelbaserade legeringspulver inkluderar självfluxande legeringspulver och icke-självfluxande legeringspulver.
Icke-självfluxande nickelbaserat pulver avser nickelbaserat legeringspulver som inte innehåller B, Si eller har lågt B- och Si-innehåll. Denna typ av pulver används i stor utsträckning i plasmabågssprejbeläggningar, flamsprutbeläggningar och plasmaytförstärkning. Inkluderar huvudsakligen: Ni-Cr-legeringspulver, Ni-Cr-Mo-legeringspulver, Ni-Cr-Fe-legeringspulver, Ni-Cu-legeringspulver, Ni-P och Ni-Cr-P-legeringspulver, Ni-Cr-Mo-Fe Legeringspulver, Ni-Cr-Mo-Si högnötningsbeständigt legeringspulver, Ni-Cr-Fe-Al legeringspulver, Ni-Cr-Fe-Al-B-Si legeringspulver, Ni-Cr-Si legeringspulver, Ni - Cr-W-baserat slitstarkt och korrosionsbeständigt legeringspulver, etc.
Tillsats av lämpliga mängder av B och Si till nickellegeringspulver bildar nickelbaserat självfluxande legeringspulver. Det så kallade självfluxande legeringspulvret, även känt som eutektisk legering och hårdbeläggningslegering, är en serie pulver som bildas genom att tillsätta legeringselement (främst bor och kisel) som kan bilda eutektik med låg smältpunkt till nickel, kobolt och järn -baserade legeringar. Material. Vanligt använda nickelbaserade självfluxande legeringspulver inkluderar Ni-B-Si-legeringspulver, Ni-Cr-B-Si-legeringspulver, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu , Högmolybden nickelbaserat självflödeslegeringspulver, högkrommolybden nickelbaserat självflödeslegeringspulver, Ni-Cr-WC-baserat självflödeslegeringspulver, högkopparsjälvflödeslegeringspulver, volframkarbiddispersion nickel- baserat självfluxande legeringspulver Legeringspulver, etc.
Olika elements roll i legeringar:
●Bor- och kiselelementens roll: sänk legeringens smältpunkt avsevärt, expandera fast-vätsketemperaturzonen och bildar ett lågsmältande eutektikum; har deoxidationsreduktion och slaggbildningsfunktioner; härda och stärka beläggningen; förbättra driftprocessens prestanda.
● Kopparelementets roll: förbättra korrosionsbeständigheten mot icke-oxiderande syror.
●Kromelementets roll: förstärkning och passivering av fast lösning; förbättra korrosionsbeständigheten och oxidationsbeständigheten vid hög temperatur; överskott av krom bildar lätt kromkarbid och kromborid hårda faser med kol och bor för att förbättra legeringens hårdhet och slitstyrka sex.
●Molybdenelementets roll: dess stora atomradie orsakar stor förvrängning av kristallgittret efter fast lösning, stärker avsevärt legeringsmatrisen, förbättrar högtemperaturstyrkan och rödhårdheten hos matrisen; kan skära och minska nätverksstrukturen i beläggningen; förbättrar gasbeständigheten Korrosions- och erosionsförmåga hos nickelbaserade precisionslegeringar.
Inklusive nickelbaserad mjukmagnetisk legering, nickelbaserad precisionsmotståndslegering och nickelbaserad elektrotermisk legering etc. Den vanligaste mjukmagnetiska legeringen är Permalloy som innehåller cirka 80 % nickel. Den har hög maximal magnetisk permeabilitet och initial magnetisk permeabilitet och låg koercitivkraft. Det är ett viktigt järnkärnmaterial inom elektronikindustrin. De huvudsakliga legeringselementen i nickelbaserad precisionsmotståndslegering är krom, aluminium och koppar. Denna legering har hög resistivitet, låg temperaturresistivitetskoefficient och god korrosionsbeständighet och används för att tillverka motstånd. Nickelbaserad elvärmelegering är en nickellegering som innehåller 20 % krom. Den har goda antioxidations- och anti-korrosionsegenskaper och kan användas under lång tid vid temperaturer på 1000 till 1100 grader.
Nickelbaserad formminneslegering
Nickellegering innehållande 50(at)% titan. Dess återhämtningstemperatur är 70 grader och dess formminneseffekt är bra. En liten förändring i andelen nickel-titankomponenter kan ändra återvinningstemperaturen inom intervallet 30 till 100 grader. Det används mest för att tillverka automatiskt öppnande strukturella delar som används i rymdfarkoster, självspännande fästelement som används inom flygindustrin, artificiella hjärtmotorer som används inom biomedicin, etc.
