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 ten eerste dat 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.
