Wat zijn legeringen op nikkelbasis? Lees dit artikel om alles te begrijpen!
Op nikkel gebaseerde legering verwijst naar een type legering dat uitgebreide eigenschappen heeft, zoals hoge sterkte en zekere weerstand tegen oxidatie en corrosie bij hoge temperaturen van 650 tot 1000 graden.
Volgens de belangrijkste eigenschappen zijn ze onderverdeeld in hittebestendige legeringen op nikkelbasis, corrosiebestendige legeringen op nikkelbasis, slijtvaste legeringen op nikkelbasis, op nikkel gebaseerde precisielegeringen en op nikkel gebaseerde legeringen met vormgeheugen.
Legeringen voor hoge temperaturen worden onderverdeeld in op ijzer gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen, op nikkel gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen en op kobalt gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen, afhankelijk van de verschillende substraten. Onder hen worden op nikkel gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen nikkelgebaseerde legeringen genoemd.
Representatieve materialen van op nikkel gebaseerde legeringen zijn onder meer:
1. Incoloy-legering, zoals Incoloy800, het hoofdbestanddeel is; 32Ni-21Cr-Ti, Al; het is een hittebestendige legering;
2. Inconel-legering, zoals Inconel600, het hoofdbestanddeel is; 73Ni-15Cr-Ti, Al; het is een hittebestendige legering;
3. Hastelloy-legering, zoals Hastelloy C-276, het hoofdbestanddeel is; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; het is een corrosiebestendige legering;
4. Monel-legering, dat wil zeggen Monel-legering, zoals Monel 400, het hoofdbestanddeel is; 65Ni-34Cu; het is een corrosiebestendige legering;
Belangrijkste legeringselementen
De belangrijkste legeringselementen zijn chroom, wolfraam, molybdeen, kobalt, aluminium, titanium, boor, zirkonium, enz. Onder hen spelen Cr, Ai, enz. voornamelijk de rol van antioxidant, en andere elementen hebben een versterking van de vaste oplossing, versterking van de neerslag en versterking van de korrelgrens.
Het heeft een hoge sterkte en een zekere weerstand tegen oxidatie en corrosie bij hoge temperaturen van 650 tot 1000 graden. Vanwege zijn voldoende hoge temperatuursterkte en weerstand tegen oxidatie en corrosie, wordt het vaak gebruikt bij de vervaardiging van vliegtuigmotorbladen, raketmotoren, kernreactoren en apparatuur voor energieconversie. Onderdelen op hoge temperatuur.
Ontwikkelingsgeschiedenis
Op nikkel gebaseerde hogetemperatuurlegeringen (hierna nikkelgebaseerde legeringen genoemd) werden eind jaren dertig ontwikkeld. Het Verenigd Koninkrijk produceerde voor het eerst de op nikkel gebaseerde legering Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) in 1941; Om de kruipsterkte te verbeteren werd aluminium toegevoegd om Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al) te ontwikkelen. De Verenigde Staten in het midden-1940, de Sovjet-Unie eind jaren veertig en China in het midden-1950 ontwikkelden ook legeringen op nikkelbasis. De ontwikkeling van legeringen op nikkelbasis omvat twee aspecten: verbetering van de legeringssamenstelling en innovatie van productieprocessen. In het begin van de jaren vijftig creëerde de ontwikkeling van de vacuümsmelttechnologie de omstandigheden voor het raffineren van legeringen op nikkelbasis die een hoog aluminium- en titaniumgehalte bevatten. De meeste vroege legeringen op nikkelbasis waren vervormde legeringen. Eind jaren vijftig moest de legering, als gevolg van de stijging van de bedrijfstemperatuur van turbinebladen, een hogere sterkte bij hoge temperaturen hebben. Wanneer de sterkte van de legering echter hoog was, zou het moeilijk of zelfs onmogelijk zijn om te vervormen. Daarom werd de investeringsgiettechnologie gebruikt om een reeks legeringen met goede prestaties te ontwikkelen. Gietlegering met hoge temperatuursterkte. Halverwege de jaren -1960 werden directionele kristallisatie en monokristallijne superlegeringen en poedermetallurgische superlegeringen met betere eigenschappen ontwikkeld. Om aan de behoeften van schepen en industriële gasturbines te voldoen, zijn sinds de jaren zestig een aantal legeringen op basis van chroomnikkel met een goede weerstand tegen hete corrosie en een stabiele structuur ontwikkeld. In ongeveer veertig jaar tijd, van begin jaren veertig tot eind jaren zeventig, steeg de bedrijfstemperatuur van legeringen op nikkelbasis van 700 graden naar 1100 graden, met een gemiddelde stijging van ongeveer 10 graden per jaar.
Ingrediënten en eigenschappen
Op nikkel gebaseerde superlegeringen worden het meest gebruikt. De belangrijkste redenen zijn dat ten eerste legeringen op nikkelbasis meer legeringselementen kunnen oplossen en een betere structurele stabiliteit kunnen behouden; ten tweede kunnen ze coherente en geordende intermetaalverbindingen van het A3B-type vormen [Ni3(Al, Ti)]. Als versterkingsfase kan de legering effectief worden versterkt en een hogere sterkte bij hoge temperaturen verkrijgen dan op ijzer gebaseerde superlegeringen en op kobalt gebaseerde superlegeringen; ten derde hebben legeringen op nikkelbasis die chroom bevatten betere oxidatie- en weerstandseigenschappen dan superlegeringen op ijzerbasis. Mogelijkheid tot gascorrosie. Legeringen op nikkelbasis bevatten meer dan tien elementen, waaronder Cr vooral een antioxidatie- en anticorrosierol speelt, en andere elementen spelen vooral een versterkende rol. Afhankelijk van hun versterkende modus kunnen ze worden onderverdeeld in: versterkende elementen in vaste oplossingen, zoals wolfraam, molybdeen, kobalt, chroom en vanadium; neerslagversterkende elementen, zoals aluminium, titanium, niobium en tantaal; korrelgrensversterkende elementen, zoals boor, zirkonium, magnesium en zeldzame aardelementen, enz.
Op nikkel gebaseerde legeringen voor hoge temperaturen omvatten vaste oplossingsversterkte legeringen en precipitatieversterkte legeringen, afhankelijk van hun versterkingsmethoden.
Productieproces
In termen van smelten: om zuiverder gesmolten staal te verkrijgen, verminder het gasgehalte en het gehalte aan schadelijke elementen; tegelijkertijd is het niet-vacuümsmelten moeilijk te controleren vanwege de aanwezigheid van gemakkelijk geoxideerde elementen zoals Al, Ti, enz. in sommige legeringen; en om een betere thermoplasticiteit te verkrijgen, worden op nikkel gebaseerde hittebestendige legeringen gewoonlijk gesmolten door vacuüminductieovens, of zelfs geproduceerd door vacuüminductiesmelten plus vacuümverbruiksovens of hersmeltmethoden voor elektroslakovens.
In termen van vervorming: er worden smeed- en walsprocessen toegepast. Voor legeringen met een slechte thermoplasticiteit worden zelfs extrusie en vervolgens wals- of directe extrusieprocessen met omhulsels van zacht staal (of roestvrij staal) gebruikt. Het doel van vervorming is om de gietstructuur te verbreken en de microstructuur te optimaliseren.
Gieten: Een vacuüm-inductieoven wordt meestal gebruikt om de masterlegering te smelten om de samenstelling te garanderen en het gas- en onzuiverheidsgehalte te controleren, en onderdelen worden gemaakt met behulp van vacuüm-hersmelten-precisiegieten.
Warmtebehandeling: Vervormde legeringen en sommige gietlegeringen vereisen een warmtebehandeling, inclusief oplossingsbehandeling, tussenbehandeling en verouderingsbehandeling. Als we de Udmet 500-legering als voorbeeld nemen, is het warmtebehandelingssysteem verdeeld in vier fasen: oplossingsbehandeling, 1175 graden, 2 uur, luchtkoeling; tussenbehandeling, 1080 graden, 4 uur, luchtkoeling; primaire verouderingsbehandeling, 843 graden, 24 uur, luchtkoeling; secundaire verouderingsbehandeling, 760 graden, 16 uur, luchtkoeling. Om de vereiste organisatorische status en goede algehele prestaties te verkrijgen.
Op nikkel gebaseerde corrosiebestendige legering
De belangrijkste legeringselementen zijn koper, chroom en molybdeen. Het heeft goede uitgebreide prestaties en is bestand tegen verschillende zuurcorrosie en spanningscorrosie. De vroegste toepassing (geproduceerd in de Verenigde Staten in 1905) was een nikkel-koper (Ni-Cu) legering, ook bekend als Monel-legering (Monel-legering Ni 70 Cu30); daarnaast is er nikkel-chroom (Ni-Cr) legering (dat wil zeggen, op nikkel gebaseerde hittebestendige legering, hete corrosiebestendige legeringen onder corrosiebestendige legeringen), nikkel-molybdeen (Ni-Mo) legeringen (verwijst voornamelijk naar Tot de Hastelloy B-serie omvatten binnenlandse professionele fabrikanten van corrosiebestendige legeringen het Beijing Iron and Steel Research Institute, Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd. bedrijven, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. , enz.), nikkel-chroom-molybdeen (Ni-Cr-Mo) legering (verwijst voornamelijk naar de Hastelloy C-serie, binnenlandse professionele fabrikanten van corrosiebestendige legeringen omvatten Beijing Iron and Steel Research Institute, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd., enz.). Tegelijkertijd is puur nikkel ook een typische vertegenwoordiger van corrosiebestendige legeringen op nikkelbasis. Deze corrosiebestendige legeringen op nikkelbasis worden voornamelijk gebruikt voor de vervaardiging van onderdelen voor verschillende corrosiebestendige omgevingen zoals aardolie, chemische industrie, elektriciteit, enz.
Categorie Corrosiebestendige legeringen op nikkelbasis hebben meestal een austenitische structuur. In de toestand van de vaste oplossing en de verouderingsbehandeling zijn er intermetallische fasen en metaalcarbonitriden op de austenietmatrix en korrelgrenzen van de legering. Verschillende corrosiebestendige legeringen worden geclassificeerd op basis van hun samenstelling en hun kenmerken zijn als volgt:
De corrosieweerstand van Ni-Cu-legering is beter dan die van nikkel in reducerende media, en de corrosieweerstand is beter dan die van koper in oxiderende media. Het is bestand tegen fluorgas, waterstoffluoride en waterstoffluoride op hoge temperatuur in afwezigheid van zuurstof en oxidatiemiddel. Het beste materiaal voor zuren (zie Metaalcorrosie).
Ni-Cr-legering is een hittebestendige legering op nikkelbasis; het wordt voornamelijk gebruikt onder omstandigheden van oxiderende media. Bestand tegen oxidatie en corrosie bij hoge temperaturen door gassen die zwavel, vanadium en andere gassen bevatten, en de corrosieweerstand neemt toe naarmate het chroomgehalte toeneemt. Dit type legering heeft ook een goede weerstand tegen hydroxide (zoals NaOH, KOH) corrosie en weerstand tegen spanningscorrosie.
Ni-Mo-legering wordt voornamelijk gebruikt onder omstandigheden waarbij mediumcorrosie wordt verminderd. Het is de beste legering om corrosie door zoutzuur te weerstaan, maar in aanwezigheid van zuurstof en oxidatiemiddelen zal de corrosieweerstand aanzienlijk afnemen.
Ni-Cr-Mo(W)-legering heeft de eigenschappen van de bovengenoemde Ni-Cr-legering en Ni-Mo-legering. Hoofdzakelijk gebruikt onder gemengde omstandigheden met oxidatie-reductie. Dit type legering heeft een goede corrosieweerstand in waterstoffluoridegas op hoge temperatuur, in zoutzuur en fluorwaterstofzuuroplossingen die zuurstof en oxidatiemiddelen bevatten, en in nat chloorgas bij kamertemperatuur.
Ni-Cr-Mo-Cu-legering is bestand tegen zowel salpeterzuur- als zwavelzuurcorrosie en heeft ook een goede corrosieweerstand in sommige gemengde zuren met oxidatiereductie.
Slijtvaste legering op nikkelbasis
De belangrijkste legeringselementen zijn chroom, molybdeen en wolfraam, en bevatten ook kleine hoeveelheden niobium, tantaal en indium. Naast de slijtvastheid heeft het ook goede antioxidatie-, corrosiebestendigheid en laseigenschappen. Het kan worden gebruikt om slijtvaste onderdelen te vervaardigen, maar kan ook worden gebruikt als coatingmateriaal om het oppervlak van andere basismaterialen te bedekken door middel van oppervlakte- en spuitprocessen.
Op nikkel gebaseerde legeringspoeders omvatten zelfvloeiend legeringspoeder en niet-zelfvloeiend legeringspoeder.
Niet-zelfvloeiend poeder op nikkelbasis verwijst naar legeringspoeder op nikkelbasis dat geen B, Si bevat of een laag B- en Si-gehalte heeft. Dit type poeder wordt veel gebruikt in plasmaboogspuitcoatings, vlamsproeicoatings en plasma-oppervlakteversterking. Omvat voornamelijk: Ni-Cr-legeringspoeder, Ni-Cr-Mo-legeringspoeder, Ni-Cr-Fe-legeringspoeder, Ni-Cu-legeringspoeder, Ni-P en Ni-Cr-P-legeringspoeder, Ni-Cr-Mo-Fe Legeringspoeder, Ni-Cr-Mo-Si hoog slijtvast legeringspoeder, Ni-Cr-Fe-Al legeringspoeder, Ni-Cr-Fe-Al-B-Si legeringspoeder, Ni-Cr-Si legeringspoeder, Ni - Slijtvast en corrosiebestendig legeringspoeder op Cr-W-basis, enz.
Door de juiste hoeveelheden B en Si aan nikkellegeringspoeder toe te voegen, ontstaat op nikkel gebaseerd zelfvloeiend legeringspoeder. Het zogenaamde zelfvloeiende legeringspoeder, ook bekend als eutectische legering en harde legering, is een reeks poeders die wordt gevormd door het toevoegen van legeringselementen (voornamelijk boor en silicium) die eutectica met een laag smeltpunt kunnen vormen voor nikkel, kobalt en ijzer. -gebaseerde legeringen. Materiaal. Veelgebruikte zelfvloeiende legeringspoeders op nikkelbasis zijn Ni-B-Si-legeringspoeder, Ni-Cr-B-Si-legeringspoeder, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu , Zelfvloeiend legeringspoeder op basis van hoog molybdeen-nikkel, zelfvloeiend legeringspoeder op basis van hoog chroom-molybdeen-nikkel, zelfvloeiend legeringspoeder op Ni-Cr-WC-basis, zelfvloeiend legeringspoeder met hoog kopergehalte, wolfraamcarbide dispersie nikkel- gebaseerd zelfvloeiend legeringspoeder Legeringspoeder, enz.
De rol van verschillende elementen in legeringen:
●De rol van boor- en siliciumelementen: verlaagt het smeltpunt van de legering aanzienlijk, vergroot de temperatuurzone van vaste stof en vloeistof en vormt een laagsmeltende eutectiek; hebben deoxidatiereductie- en slakvormingsfuncties; verhard en versterk de coating; de prestaties van het bedrijfsproces verbeteren.
●De rol van het koperelement: verbeter de corrosieweerstand tegen niet-oxiderende zuren.
●De rol van het chroomelement: versterking en passivatie van solide oplossingen; verbetering van de corrosieweerstand en oxidatieweerstand bij hoge temperaturen; overtollig chroom vormt gemakkelijk harde fasen van chroomcarbide en chroomboride met koolstof en boor om de hardheid van de legering en de slijtvastheid te verbeteren.
●De rol van het molybdeenelement: de grote atoomstraal veroorzaakt een grote vervorming van het kristalrooster na een vaste oplossing, versterkt de legeringsmatrix aanzienlijk, verbetert de sterkte bij hoge temperaturen en de rode hardheid van de matrix; kan de netwerkstructuur in de coating doorsnijden en verminderen; verbetert de gasbestendigheid Corrosie- en erosiemogelijkheden van precisielegeringen op nikkelbasis.
Inclusief op nikkel gebaseerde zachte magnetische legering, op nikkel gebaseerde precisieweerstandslegering en op nikkel gebaseerde elektrothermische legering, enz. De meest gebruikte zachte magnetische legering is Permalloy, dat ongeveer 80% nikkel bevat. Het heeft een hoge maximale magnetische permeabiliteit en initiële magnetische permeabiliteit en een lage dwangkracht. Het is een belangrijk ijzeren kernmateriaal in de elektronica-industrie. De belangrijkste legeringselementen van op nikkel gebaseerde precisieweerstandslegeringen zijn chroom, aluminium en koper. Deze legering heeft een hoge soortelijke weerstand, een lage temperatuurweerstandscoëfficiënt en een goede corrosieweerstand, en wordt gebruikt om weerstanden te maken. Nikkelgebaseerde elektrische verwarmingslegering is een nikkellegering die 20% chroom bevat. Het heeft goede antioxidatie- en anticorrosie-eigenschappen en kan lange tijd worden gebruikt bij temperaturen van 1000 tot 1100 graden.
Op nikkel gebaseerde legering met vormgeheugen
Nikkellegering met 50(at)% titanium. De hersteltemperatuur is 70 graden en het vormgeheugeneffect is goed. Een kleine verandering in het aandeel nikkel-titaniumcomponenten kan de hersteltemperatuur binnen het bereik van 30 tot 100 graden veranderen. Het wordt meestal gebruikt voor de vervaardiging van automatisch openende structurele onderdelen die worden gebruikt in ruimtevaartuigen, zelfopwekkende bevestigingsmiddelen die worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaartindustrie, kunstmatige hartmotoren die worden gebruikt in de biogeneeskunde, enz.
