Co to są stopy na bazie niklu? Przeczytaj ten artykuł, aby wszystko zrozumieć!
Stop na bazie niklu odnosi się do rodzaju stopu, który ma kompleksowe właściwości, takie jak wysoka wytrzymałość i pewna odporność na utlenianie i korozję w wysokich temperaturach od 650 do 1000 stopni.
Według głównych właściwości dzieli się je na stopy żaroodporne na bazie niklu, stopy odporne na korozję na bazie niklu, stopy odporne na zużycie na bazie niklu, stopy precyzyjne na bazie niklu i stopy z pamięcią kształtu na bazie niklu.
Stopy wysokotemperaturowe dzielą się na stopy wysokotemperaturowe na bazie żelaza, stopy wysokotemperaturowe na bazie niklu i stopy wysokotemperaturowe na bazie kobaltu, w zależności od różnych substratów. Wśród nich stopy wysokotemperaturowe na bazie niklu nazywane są stopami na bazie niklu.
Reprezentatywne materiały stopów na bazie niklu obejmują:
1. Stop Incoloy, taki jak Incoloy800, jest głównym składnikiem; 32Ni-21Cr-Ti, Al; jest to stop żaroodporny;
2. Stop Inconel, taki jak Inconel600, jest głównym składnikiem; 73Ni-15Cr-Ti, Al; jest to stop żaroodporny;
3. Stop Hastelloy, taki jak Hastelloy C-276, którego głównym składnikiem jest; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; jest stopem odpornym na korozję;
4. Stop Monel, czyli stop Monel, taki jak Monel 400, którego głównym składnikiem jest; 65Ni-34Cu; jest stopem odpornym na korozję;
Główne pierwiastki stopowe
Głównymi pierwiastkami stopowymi są chrom, wolfram, molibden, kobalt, aluminium, tytan, bor, cyrkon itp. Wśród nich Cr, Ai itp. odgrywają głównie rolę przeciwutleniaczy, a inne pierwiastki mają właściwości wzmacniające roztwory stałe, wzmacniające wytrącanie i wzmocnienie granic ziaren.
Ma wysoką wytrzymałość i pewną odporność na utlenianie i korozję w wysokich temperaturach od 650 do 1000 stopni. Ze względu na wystarczająco wysoką wytrzymałość na wysokie temperatury oraz odporność na utlenianie i korozję, jest często stosowany w produkcji łopatek silników lotniczych, silników rakietowych, reaktorów jądrowych i sprzętu do konwersji energii. Części o wysokiej temperaturze.
Historia rozwoju
Stopy wysokotemperaturowe na bazie niklu (zwane dalej stopami na bazie niklu) zostały opracowane pod koniec lat trzydziestych XX wieku. Wielka Brytania po raz pierwszy wyprodukowała stop na bazie niklu Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) w 1941 r.; w celu poprawy wytrzymałości na pełzanie dodano aluminium w celu opracowania Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). Stany Zjednoczone w połowie-1940XX wieku, Związek Radziecki pod koniec lat czterdziestych XX wieku i Chiny w połowie-1950 również opracowały stopy na bazie niklu. Rozwój stopów na bazie niklu obejmuje dwa aspekty: poprawę składu stopu oraz innowacyjność procesów produkcyjnych. Na początku lat pięćdziesiątych rozwój technologii topienia próżniowego stworzył warunki do rafinacji stopów na bazie niklu zawierających dużą ilość aluminium i tytanu. Większość wczesnych stopów na bazie niklu to stopy odkształcone. Pod koniec lat pięćdziesiątych XX wieku, ze względu na wzrost temperatury roboczej łopatek turbin, wymagano, aby stop miał wyższą wytrzymałość w wysokich temperaturach. Jednakże, gdy wytrzymałość stopu była wysoka, odkształcenie byłoby trudne lub wręcz niemożliwe. Dlatego też do opracowania szeregu stopów o dobrych parametrach wykorzystano technologię odlewania metodą traconą. Stop odlewniczy o wysokiej wytrzymałości temperaturowej. W połowie-1960opracowano krystalizację kierunkową oraz nadstopy monokrystaliczne i nadstopy powstałe w wyniku metalurgii proszków o lepszych właściwościach. Aby sprostać potrzebom statków i przemysłowych turbin gazowych, od lat sześćdziesiątych XX wieku opracowano szereg stopów na bazie niklu o wysokiej zawartości chromu, charakteryzujących się dobrą odpornością na korozję gorącą i stabilną strukturą. W ciągu około 40 lat, od początku lat czterdziestych do końca lat siedemdziesiątych, temperatura robocza stopów na bazie niklu wzrosła z 700 stopni do 1100 stopni, przy średnim wzroście o około 10 stopni rocznie.
Składniki i właściwości
Najpowszechniej stosowane są nadstopy na bazie niklu. Główne powody są takie, że po pierwsze stopy na bazie niklu mogą rozpuścić więcej pierwiastków stopowych i zachować lepszą stabilność strukturalną; po drugie mogą tworzyć spójne i uporządkowane związki międzymetaliczne typu A3B [Ni3(Al, Ti)] Jako faza wzmacniająca, stop można skutecznie wzmocnić i uzyskać wyższą wytrzymałość wysokotemperaturową niż nadstopy na bazie żelaza i nadstopy na bazie kobaltu; po trzecie, stopy na bazie niklu zawierające chrom mają lepsze właściwości utleniające i odporność niż nadstopy na bazie żelaza. Zdolność do korozji gazowej. Stopy na bazie niklu zawierają ponad dziesięć pierwiastków, wśród których Cr odgrywa głównie rolę przeciwutleniającą i antykorozyjną, a inne pierwiastki pełnią głównie rolę wzmacniającą. Ze względu na sposób wzmacniania można je podzielić na: pierwiastki wzmacniające w roztworach stałych, takie jak wolfram, molibden, kobalt, chrom i wanad; pierwiastki wzmacniające wydzielenia, takie jak aluminium, tytan, niob i tantal; elementy wzmacniające granice ziaren, takie jak bor, cyrkon, magnez i pierwiastki ziem rzadkich itp.
Stopy wysokotemperaturowe na bazie niklu obejmują stopy wzmacniane roztworem stałym i stopy wzmacniane wydzieleniowo, zgodnie z ich metodami wzmacniania.
Proces produkcji
W zakresie wytapiania: w celu uzyskania czystszej roztopionej stali należy zmniejszyć zawartość gazów i szkodliwych pierwiastków; jednocześnie, ze względu na obecność w niektórych stopach łatwo utlenionych pierwiastków, takich jak Al, Ti itp., wytapianie inne niż próżniowe jest trudne do kontrolowania; oraz w celu uzyskania lepszej termoplastyczności, żaroodporne stopy na bazie niklu są zwykle wytapiane w próżniowych piecach indukcyjnych, lub nawet wytwarzane przez próżniowe wytapianie indukcyjne plus próżniowe piece topialne lub metody przetapiania w piecu elektrożużlowym.
W zakresie odkształceń przyjmuje się procesy kucia i walcowania. W przypadku stopów o słabej termoplastyczności stosuje się procesy równomiernego wytłaczania, a następnie walcowania lub bezpośredniego wytłaczania z osłoną ze stali miękkiej (lub stali nierdzewnej). Celem deformacji jest rozbicie struktury odlewu i optymalizacja mikrostruktury.
Odlewanie: Do wytapiania stopu zaprawowego zwykle stosuje się próżniowy piec indukcyjny, aby zapewnić skład i kontrolę zawartości gazów i zanieczyszczeń, a części wytwarza się przy użyciu precyzyjnego odlewania z przetapianiem próżniowym.
Obróbka cieplna: Odkształcone stopy i niektóre stopy odlewnicze wymagają obróbki cieplnej, obejmującej obróbkę przesycającą, obróbkę pośrednią i obróbkę starzeniową. Biorąc za przykład stop Udmet 500, jego system obróbki cieplnej jest podzielony na cztery etapy: obróbka przesycająca, 1175 stopni, 2 godziny, chłodzenie powietrzem; obróbka pośrednia, 1080 stopni, 4 godziny, chłodzenie powietrzem; pierwotna obróbka starzenia, 843 stopnie, 24 godziny, chłodzenie powietrzem; leczenie wtórnego starzenia, 760 stopni, 16 godzin, chłodzenie powietrzem. W celu uzyskania wymaganego statusu organizacyjnego i dobrej ogólnej wydajności.
Stop odporny na korozję na bazie niklu
Głównymi pierwiastkami stopowymi są miedź, chrom i molibden. Ma dobrą wszechstronną wydajność i jest odporny na różne korozję kwasową i korozję naprężeniową. Najwcześniejszym zastosowaniem (wyprodukowanym w Stanach Zjednoczonych w 1905 r.) był stop niklowo-miedziany (Ni-Cu), znany również jako stop Monel (stop Monel Ni 70 Cu30); ponadto istnieje stop niklowo-chromowy (Ni-Cr) (czyli stop żaroodporny na bazie niklu, stopy odporne na korozję na gorąco wśród stopów odpornych na korozję), stopy niklowo-molibdenowe (Ni-Mo) (głównie dotyczy do serii Hastelloy B, krajowi profesjonalni producenci stopów odpornych na korozję obejmują Pekiński Instytut Badań Żelaza i Stali, firmy Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd., Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. itp.), stop niklowo-chromowo-molibdenowy (Ni-Cr-Mo) (głównie odnosi się do serii Hastelloy C, krajowi profesjonalni producenci stopów odpornych na korozję to między innymi Pekiński Instytut Badań nad Żelazem i Stalą, Pekin Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. itp.). Jednocześnie czysty nikiel jest również typowym przedstawicielem odpornych na korozję stopów na bazie niklu. Te odporne na korozję stopy na bazie niklu są wykorzystywane głównie do produkcji części dla różnych środowisk odpornych na korozję, takich jak ropa naftowa, przemysł chemiczny, energia elektryczna itp.
Kategoria Stopy odporne na korozję na bazie niklu mają przeważnie strukturę austenityczną. W roztworze stałym i stanie obróbki starzeniowej na osnowie austenitu i na granicach ziaren stopu występują fazy międzymetaliczne i węgloazotki metali. Różne stopy odporne na korozję są klasyfikowane według ich składu, a ich właściwości są następujące:
Odporność na korozję stopu Ni-Cu jest lepsza niż niklu w mediach redukujących, a jego odporność na korozję jest lepsza niż miedzi w mediach utleniających. Jest odporny na wysokotemperaturowy gazowy fluor, fluorowodór i fluorowodór przy braku tlenu i utleniacza. Najlepszy materiał na kwasy (patrz Korozja metali).
Stop Ni-Cr jest żaroodpornym stopem na bazie niklu; stosuje się go głównie w warunkach środowiska utleniającego. Odporny na utlenianie w wysokiej temperaturze i korozję powodowaną przez gazy zawierające siarkę, wanad i inne gazy, jego odporność na korozję wzrasta wraz ze wzrostem zawartości chromu. Ten typ stopu ma również dobrą odporność na korozję wodorotlenkową (taką jak NaOH, KOH) i korozję naprężeniową.
Stop Ni-Mo stosowany jest głównie w warunkach ograniczających korozję średnią. Jest to najlepszy stop odporny na korozję wywołaną kwasem solnym, ale w obecności tlenu i utleniaczy odporność na korozję znacznie się zmniejszy.
Stop Ni-Cr-Mo(W) posiada właściwości wspomnianego wyżej stopu Ni-Cr i stopu Ni-Mo. Stosowany głównie w warunkach mieszanych mediów utleniająco-redukcyjnych. Ten typ stopu ma dobrą odporność na korozję w wysokotemperaturowym gazowym fluorowodorze, w roztworach kwasu solnego i fluorowodorowego zawierających tlen i utleniacze oraz w wilgotnym gazowym chlorze w temperaturze pokojowej.
Stop Ni-Cr-Mo-Cu jest odporny na korozję wywołaną kwasem azotowym i siarkowym, a także ma dobrą odporność na korozję w przypadku niektórych mieszanych kwasów utleniająco-redukujących.
Odporny na zużycie stop na bazie niklu
Głównymi pierwiastkami stopowymi są chrom, molibden i wolfram, a także zawierają niewielkie ilości niobu, tantalu i indu. Oprócz odporności na zużycie ma również dobre właściwości przeciwutleniające, odporne na korozję i spawalnicze. Można go stosować do produkcji części odpornych na zużycie, a także jako materiał powłokowy do pokrywania powierzchni innych materiałów podstawowych w procesach napawania i natryskiwania.
Proszki stopów na bazie niklu obejmują samotopliwy proszek stopowy i niesamotopliwy proszek stopowy.
Niesamotopliwy proszek na bazie niklu oznacza proszek stopu na bazie niklu, który nie zawiera B, Si lub ma niską zawartość B i Si. Ten rodzaj proszku jest szeroko stosowany w powłokach natryskowych za pomocą łuku plazmowego, powłokach natryskowych płomieniowych i wzmacnianiu powierzchni plazmą. Obejmują głównie: proszek stopu Ni-Cr, proszek stopu Ni-Cr-Mo, proszek stopu Ni-Cr-Fe, proszek stopu Ni-Cu, proszek stopu Ni-P i Ni-Cr-P, Ni-Cr-Mo-Fe Proszek stopowy, proszek stopowy Ni-Cr-Mo-Si o wysokiej odporności na zużycie, proszek stopowy Ni-Cr-Fe-Al, proszek stopowy Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, proszek stopowy Ni-Cr-Si, Ni - Odporny na zużycie i korozję proszek stopowy na bazie Cr-W itp.
Dodanie odpowiednich ilości B i Si do proszku stopu niklu tworzy samotopliwy proszek stopu na bazie niklu. Tak zwany samotopliwy proszek stopowy, znany również jako stop eutektyczny i stop do utwardzania, to seria proszków utworzonych przez dodanie pierwiastków stopowych (głównie boru i krzemu), które mogą tworzyć eutektyki o niskiej temperaturze topnienia do niklu, kobaltu i żelaza stopy na bazie. Materiał. Powszechnie stosowane samotopliwe proszki stopowe na bazie niklu obejmują proszek stopowy Ni-B-Si, proszek stopowy Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu , Proszek samotopnikującego stopu na bazie niklu o wysokiej zawartości chromu, proszek samotopącego stopu na bazie niklu i molibdenu o wysokiej zawartości chromu, Proszek samotopącego stopu na bazie Ni-Cr-WC, Proszek samotopącego stopu o wysokiej zawartości miedzi, nikiel z dyspersją węglika wolframu na bazie samotopliwego proszku stopowego Proszek stopowy itp.
Rola różnych pierwiastków w stopach:
●Rola pierwiastków boru i krzemu: znacznie obniża temperaturę topnienia stopu, rozszerza strefę temperaturową ciało stałe-ciecz i tworzy niskotopliwą eutektykę; mają funkcje redukcji odtleniania i żużlowania; utwardzić i wzmocnić powłokę; poprawić wydajność procesów operacyjnych.
●Rola pierwiastka miedziowego: poprawa odporności na korozję wobec kwasów nieutleniających.
●Rola pierwiastka chromu: wzmacnianie i pasywacja roztworem stałym; poprawa odporności na korozję i odporność na utlenianie w wysokiej temperaturze; nadmiar chromu z łatwością tworzy twarde fazy węglika chromu i borku chromu z węglem i borem, aby poprawić twardość stopu i odporność na zużycie.
●Rola pierwiastka molibdenu: jego duży promień atomowy powoduje duże odkształcenie sieci krystalicznej po roztworze stałym, znacznie wzmacnia osnowę stopu, poprawia wytrzymałość wysokotemperaturową i twardość czerwoną osnowy; może przeciąć i zmniejszyć strukturę sieci w powłoce; poprawia odporność na gaz Zdolność korozyjną i erozyjną stopów precyzyjnych na bazie niklu.
Obejmuje to miękki stop magnetyczny na bazie niklu, precyzyjny stop oporowy na bazie niklu i stop elektrotermiczny na bazie niklu itp. Najczęściej stosowanym miękkim stopem magnetycznym jest Permalloy, który zawiera około 80% niklu. Ma wysoką maksymalną przenikalność magnetyczną i początkową przenikalność magnetyczną oraz niską siłę koercji. Jest ważnym materiałem na rdzeń żelazny w przemyśle elektronicznym. Głównymi pierwiastkami stopowymi precyzyjnego stopu oporowego na bazie niklu są chrom, aluminium i miedź. Stop ten ma wysoką rezystywność, niski współczynnik temperaturowy rezystywności i dobrą odporność na korozję i jest używany do produkcji rezystorów. Stop do ogrzewania elektrycznego na bazie niklu to stop niklu zawierający 20% chromu. Ma dobre właściwości przeciwutleniające i antykorozyjne i może być stosowany przez długi czas w temperaturach od 1000 do 1100 stopni.
Stop z pamięcią kształtu na bazie niklu
Stop niklu zawierający 50(at)% tytanu. Temperatura odzyskiwania wynosi 70 stopni, a efekt pamięci kształtu jest dobry. Niewielka zmiana proporcji składników niklowo-tytanowych może zmienić temperaturę odzysku w zakresie od 30 do 100 stopni. Stosowany jest głównie do produkcji automatycznie otwieranych części konstrukcyjnych stosowanych w statkach kosmicznych, samowzbudnych elementów złącznych stosowanych w przemyśle lotniczym, silników sztucznego serca stosowanych w biomedycynie itp.
