Κράματα με βάση το νικέλιο για κράματα υψηλής θερμοκρασίας
Κράμα με βάση το νικέλιο
Τα κράματα υψηλής θερμοκρασίας αναφέρονται σε έναν τύπο μεταλλικού υλικού με βάση το σίδηρο, το νικέλιο και το κοβάλτιο που μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλές θερμοκρασίες πάνω από 600 βαθμούς και υπό ορισμένες καταπονήσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα και έχει υψηλή αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία, καλή αντοχή στην οξείδωση και αντοχή στη θερμή διάβρωση. , καλή απόδοση κόπωσης και αντοχή στη θραύση και άλλες ολοκληρωμένες ιδιότητες, ονομάζεται υπερκράμα στην Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Συνήθως χρησιμοποιείται για εξαρτήματα που λειτουργούν υπό υψηλή θερμοκρασία (600~1200 μοίρες) και πολύπλοκες συνθήκες καταπόνησης για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Το κράμα με βάση το νικέλιο είναι σήμερα το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο κράμα υψηλής θερμοκρασίας και χρησιμοποιείται κυρίως σε περιβάλλοντα εργασίας όπως υψηλή θερμοκρασία, ισχυρό οξύ ή αλκάλιο και ισχυρή οξείδωση. Η ανάπτυξη και η χρήση του ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1930 με φόντο ότι η εμφάνιση των αεριωθούμενων αεροσκαφών έθεσε υψηλότερες απαιτήσεις στην απόδοση των κραμάτων υψηλής θερμοκρασίας. Αυτό το άρθρο θα εισαγάγει κράματα με βάση το νικέλιο από τις ακόλουθες πτυχές.
1. Τύπος
Διαιρείται ανάλογα με την απόδοση:
Κράμα με βάση το νικέλιο ανθεκτικό στη διάβρωση: Τα κύρια στοιχεία του κράματος είναι ο χαλκός, το χρώμιο και το μολυβδαίνιο. Έχει καλή συνολική απόδοση και μπορεί να αντισταθεί σε διάφορες όξινες διάβρωση και διάβρωση λόγω πίεσης. Περιλαμβάνει κυρίως κράμα νικελίου-χαλκού (Ni-Cu) (κράμα Monel), κράμα νικελίου-χρωμίου (Ni-Cr) (κράμα ανθεκτικό στη θερμότητα με βάση το νικέλιο, σειρά Incoloy, σειρά Inconel), κράμα νικελίου-μολυβδαινίου (Ni-Mo) ( σειρά Hastelloy B), κράμα νικελίου-χρωμίου-μολυβδαινίου (Ni-Cr-Mo) (κυρίως σειρά Hastelloy C) κ.λπ. Ταυτόχρονα, το καθαρό νικέλιο είναι επίσης τυπικός εκπρόσωπος των ανθεκτικών στη διάβρωση κραμάτων με βάση το νικέλιο.
Κράμα ανθεκτικό στη φθορά με βάση το νικέλιο: Τα κύρια στοιχεία του κράματος είναι το χρώμιο, το μολυβδαίνιο και το βολφράμιο και περιέχουν επίσης μικρές ποσότητες νιοβίου, τανταλίου και ινδίου. Εκτός από την αντοχή του στη φθορά, έχει επίσης καλές αντιοξειδωτικές, ανθεκτικές στη διάβρωση και συγκολλητικές ιδιότητες.
Κράματα ακριβείας με βάση το νικέλιο: συμπεριλαμβανομένων μαλακών μαγνητικών κραμάτων με βάση το νικέλιο, κραμάτων αντίστασης ακριβείας με βάση το νικέλιο και ηλεκτροθερμικών κραμάτων με βάση το νικέλιο, κ.λπ. Το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μαλακό μαγνητικό κράμα είναι το Permalloy, το οποίο περιέχει περίπου 80% νικέλιο. Έχει υψηλή μέγιστη μαγνητική διαπερατότητα και αρχική μαγνητική διαπερατότητα και χαμηλή δύναμη καταναγκασμού. Είναι ένα σημαντικό υλικό πυρήνα σιδήρου στη βιομηχανία ηλεκτρονικών. Τα κύρια στοιχεία κράματος του κράματος αντοχής ακριβείας με βάση το νικέλιο είναι το χρώμιο, το αλουμίνιο και ο χαλκός. Αυτό το κράμα έχει υψηλή αντίσταση, χαμηλό συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας και καλή αντοχή στη διάβρωση και χρησιμοποιείται για την κατασκευή αντιστάσεων. Το κράμα ηλεκτρικής θέρμανσης με βάση το νικέλιο είναι ένα κράμα νικελίου που περιέχει 20% χρώμιο. Έχει καλές αντιοξειδωτικές και αντιδιαβρωτικές ιδιότητες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα σε θερμοκρασίες από 1000 έως 1100 βαθμούς.
Κράμα μνήμης με βάση το νικέλιο: κράμα νικελίου που περιέχει 50 (at)% τιτάνιο. Η θερμοκρασία ανάκτησής του είναι 70 μοίρες και το αποτέλεσμα μνήμης σχήματος είναι καλό. Μια μικρή αλλαγή στην αναλογία των συστατικών νικελίου-τιτανίου μπορεί να αλλάξει τη θερμοκρασία ανάκτησης εντός της περιοχής από 30 έως 100 βαθμούς.
2. Χαρακτηριστικά των συνήθως χρησιμοποιούμενων κραμάτων με βάση το νικέλιο
Inconel 600: Έχει καλή αντοχή στη διάβρωση και στην οξείδωση σε υψηλές θερμοκρασίες, εξαιρετικές ιδιότητες επεξεργασίας και συγκόλλησης σε ζεστό και κρύο, και έχει ικανοποιητική θερμική αντοχή και υψηλή πλαστικότητα κάτω από 700 βαθμούς.
Inconel 625: Εξαιρετική αντοχή σε διάβρωση, διάβρωση με ρωγμές, διακοκκώδη διάβρωση και διάβρωση σε χλωριούχα μέσα. ανθεκτικό στα οξέα και καλή συγκόλληση. Οι εκδόσεις χαμηλού κύκλου κόπωσης του Inconel 625 χρησιμοποιούνται συνήθως φυσούνα.
Inconel 690: Η περιεκτικότητα σε κοβάλτιο είναι χαμηλή, κατάλληλη για εφαρμογές που σχετίζονται με την πυρηνική ενέργεια και η ειδική αντίσταση είναι χαμηλή. Για παράδειγμα, οι σωλήνες μεταφοράς θερμότητας των γεννητριών ατμού σε πυρηνικούς σταθμούς αντιδραστήρων υπό πίεση νερού είναι όλοι κατασκευασμένοι από υλικό 690.
Inconel 713C: Κράμα χύτευσης με βάση το νικέλιο-χρώμιο σκληρυμένο με καθίζηση.
Inconel 718: Με φάση ενίσχυσης φάσης, καλή απόδοση συγκόλλησης.
Inconel 751: Η προσθήκη περισσότερης περιεκτικότητας σε αλουμίνιο του δίνει καλύτερη αντοχή στη θραύση στο εύρος υψηλής θερμοκρασίας κοντά στους 870 βαθμούς.
Inconel 792: Η προσθήκη περισσότερης περιεκτικότητας σε αλουμίνιο το καθιστά πιο ανθεκτικό στη διάβρωση σε υψηλές θερμοκρασίες, καθιστώντας το κατάλληλο για την κατασκευή αεριοστροβίλων.
Inconel 939: Ενίσχυση φάσης για αύξηση της απόδοσης συγκόλλησης.
Incoloy 020: Επιδεικνύει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε χημικά περιβάλλοντα που περιέχουν θειικό οξύ, χλωρίδιο, φωσφορικό οξύ και νιτρικό οξύ.
Incoloy 028: Ανθεκτικό τόσο σε οξέα όσο και σε άλατα, η περιεκτικότητα σε χαλκό το καθιστά ανθεκτικό στο θειικό οξύ.
Incoloy 330: Παρουσιάζει καλή αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες και καλή αντοχή σε οξειδωτικά και αναγωγικά περιβάλλοντα.
Incoloy 800: Έχει εξαιρετική αντοχή σε ρωγμές από διάβρωση λόγω καταπόνησης σε χλώριο, υδατικά διαλύματα NaOH χαμηλής συγκέντρωσης και νερό υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής πίεσης. Μπορεί να παραμείνει σταθερό και να διατηρήσει την ωστενιτική του δομή ακόμη και μετά από μακροχρόνια έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες.
Incoloy 803: Σχεδιασμένο για χρήση σε περιβάλλοντα πλούσια σε θείο.
Incoloy 825: Έχει καλή αντίσταση στη διάβρωση σε αναγωγικά και οξειδωτικά οξέα, αντοχή στη διάβρωση λόγω καταπόνησης, διάβρωση διάτρησης και διάβρωση ρωγμών, εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε θειικό οξύ και φωσφορικό οξύ και καλές ιδιότητες επεξεργασίας σε ζεστό και κρύο. , εύκολο στην ψυχρή μορφή και συγκόλληση.
Incoloy 908: έχει υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, αντοχή στην ανάπτυξη ρωγμών κόπωσης, καλή συγκολλησιμότητα, μεταλλουργική σταθερότητα και ολκιμότητα, υψηλή αντοχή σε θραύση και κρούση, χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής, αντοχή στην ευθραυστότητα οξυγόνου και χωρίς ρωγμές κατά τη διάρκεια της θερμής επεξεργασίας.
Incoloy 907: Υψηλή αντοχή και χαμηλός συντελεστής θερμικής διαστολής σε υψηλές θερμοκρασίες.
Incoloy 945X: Σχεδιασμένο για περιβάλλοντα πλούσια σε χλώριο, το μολυβδαίνιο αυξάνει την αντίστασή του στη διάβρωση των ρωγμών και στη διάβρωση με κοιλότητες.
Incoloy MA956: Κατασκευασμένο μέσω μηχανικής κραματοποίησης και όχι ολοκληρωμένης διαδικασίας τήξης, είναι δύσκολο να συγκολληθεί και πρέπει να θερμανθεί στους 200C για να σχηματιστεί.
Monel 400: Έχει υψηλή αντοχή και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε όξινο και αλκαλικό περιβάλλον, ιδιαίτερα κατάλληλο για συνθήκες μείωσης. Έχει επίσης καλή ολκιμότητα και θερμική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιείται συνήθως στη θαλάσσια μηχανική, τη χημική επεξεργασία και την επεξεργασία υδρογονανθράκων, τους εναλλάκτες θερμότητας, τις βαλβίδες και τις αντλίες.
Monel 401: Έχει τα χαρακτηριστικά της εύκολης συγκόλλησης θωρακισμένης με αδρανές αέριο βολφραμίου, της συγκόλλησης με αντίσταση και της συγκόλλησης. Για εξειδικευμένες ηλεκτρολογικές και ηλεκτρονικές εφαρμογές.
Monel 404: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για συγκόλληση και σφυρηλάτηση χρησιμοποιώντας κοινές τεχνικές συγκόλλησης, αλλά δεν μπορεί να υποστεί επεξεργασία εν θερμώ. Έχει χαμηλή θερμοκρασία, χαμηλή διαπερατότητα και καλές ιδιότητες συγκόλλησης. Γενικά χρησιμοποιείται για τρανζίστορ και μεταλλικές σφραγίδες.
Monel 405: εύκολο στην κοπή, χρησιμοποιείται κυρίως ως πρώτη ύλη για αυτόματες μηχανές βιδώματος και γενικά δεν συνιστάται για άλλες εφαρμογές.
Monel 450: Έχει καλή αντοχή στην κόπωση και υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιείται γενικά σε συμπυκνωτές, αποστακτήρες, εξατμιστές και σωλήνες εναλλάκτη θερμότητας καθώς και σε σωλήνες άλμης.
Monel K-500: Έχει βασικά την ίδια απόδοση με το Monel 400 και χρησιμοποιείται συνήθως σε άξονες αντλιών, πτερωτές, ξύστρες, κολάρα γεωτρήσεων πετρελαίου, όργανα και ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Monel 502: έχει καλή αντοχή σε ερπυσμό και αντοχή στην οξείδωση και μπορεί επίσης να υποστεί επεξεργασία όπως ο ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας.
Hastelloy B-2: Εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση σε περιβάλλοντα μείωσης.
Hastelloy B-3: μια αναβαθμισμένη έκδοση του B2, έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση στο υδροχλωρικό οξύ σε οποιαδήποτε θερμοκρασία και συγκέντρωση.
Hastelloy C-4: Καλή θερμική σταθερότητα, καλή σκληρότητα και αντοχή στη διάβρωση στους 650~1040 βαθμούς.
Hastelloy C-22: Η αντοχή του στην ομοιόμορφη διάβρωση σε οξειδωτικά μέσα είναι καλύτερη από αυτή των C-4 και C-276 και η αντοχή του στην τοπική διάβρωση είναι εξαιρετική.
Hastelloy C-276: έχει καλή αντοχή στην οξειδωτική και μέτρια αναγωγική διάβρωση και εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση λόγω τάσης.
Hastelloy C-2000: Το πιο ολοκληρωμένο ανθεκτικό στη διάβρωση κράμα με εξαιρετική ομοιόμορφη αντοχή στη διάβρωση τόσο σε οξειδωτικά όσο και σε αναγωγικά περιβάλλοντα.
Hastelloy G-30: Κράμα με βάση το νικέλιο με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο, εξαιρετική απόδοση σε φωσφορικό οξύ και άλλα έντονα οξειδωτικά μικτά μέσα οξέων.
Hastelloy X: Συνδυασμός υψηλής αντοχής, αντιοξειδωτική και εύκολη επεξεργασία.
3. Σύγκριση χαρακτηριστικών των κοινώς χρησιμοποιούμενων εμπορικών σημάτων
1. Η χημική σύνθεση του N5 είναι παρόμοια με το N02201 και η χημική σύσταση του N6 και του N7 είναι παρόμοια με το N02200. Δεδομένου ότι το N02200 έχει περιεκτικότητα άνθρακα μικρότερη ή ίση με 0,15%, γραφιτοποιείται στους 315 βαθμούς και κάνει το υλικό εύθραυστο, επομένως η μέγιστη θερμοκρασία που χρησιμοποιείται είναι 315 βαθμούς.
2. 800, 800H και 800HT έχουν την ίδια σύνθεση χημικών στοιχείων στο πρότυπο ASME. Το 800 έχει τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα, η θερμοκρασία ανόπτησης είναι 982-1038 βαθμοί και η θερμοκρασία χρήσης είναι κάτω από 600 βαθμούς. Το 800H έχει περιορισμένη περιεκτικότητα σε Al+Ti και μετά από ειδική επεξεργασία στερεού διαλύματος (1121-1177 βαθμός ), οι κόκκοι κρυστάλλου είναι χονδροειδείς και οι κόκκοι είναι ASTM- 5.0, η αντίσταση στη θραύση ερπυσμού πάνω από 600 μοίρες έχει βελτιωθεί σημαντικά· Το 800HT αυξάνει την περιεκτικότητα σε Al+Ti και μετά από ειδική επεξεργασία στερεού διαλύματος (1121-1177 βαθμός ), οι κόκκοι κρυστάλλου είναι χονδροειδείς και το μέγεθος κόκκου είναι ASTM-5.0, Η υψηλότερη αντίσταση στη θραύση ερπυσμού πάνω από 700 ο βαθμός βελτιώνεται σημαντικά. Εάν η θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας είναι πολύ υψηλή, οι κόκκοι του υλικού θα διαστέλλονται, θα έχουν υψηλότερο όριο ερπυσμού και όριο αντοχής διαρκείας και θα μειώνουν την σκληρότητα. Οι υψηλότερες θερμοκρασίες θερμικής επεξεργασίας έχουν ως αποτέλεσμα ταχύτερη πυρήνωση και αυξημένο αριθμό κρυστάλλων. Αυτή τη στιγμή, οι κόκκοι είναι σχετικά λεπτοί. Όταν επιμηκυνθεί ο χρόνος διατήρησης, οι κόκκοι θα μεγαλώσουν. Όταν ο ρυθμός ψύξης είναι αργός, οι κόκκοι θα γίνουν επίσης μεγαλύτεροι. Σε γενικές γραμμές, όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία (μικρότερη κλίση), τόσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος των κόκκων. Όσο μικρότεροι είναι οι κόκκοι, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή και η σκληρότητα και τόσο καλύτερη η πλαστικότητα και η σκληρότητα. Ωστόσο, σε περιβάλλον εργασίας υψηλής θερμοκρασίας, οι κόκκοι γίνονται πιο χονδροειδείς και το συνολικό μήκος των ορίων των κόκκων μειώνεται. Η παραμόρφωση ή η ζημιά που προκαλείται από την ολίσθηση κατά μήκος των ορίων των κόκκων ή την απόδοση ερπυσμού βελτιώνεται.
3. Η κύρια χημική σύνθεση του N06600: 72Ni-15Cr-8Fe, η κύρια χημική σύνθεση του N08800: 33Ni-42Fe-21Cr, που ισοδυναμεί με τη διαίρεση του Μετατρέψτε το περιεχόμενο 72Ni στο N06600 σε 33Ni+45Fe και μειώστε το κόστος αντικαθιστώντας μέρος του νικελίου.
4. Η κύρια χημική σύνθεση του N10675 είναι 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr και η χημική σύνθεση του N10276 είναι 54Ni-16Mo-15Cr . Μπορεί περίπου να θεωρηθεί ότι διαιρεί τα 29,5 Mo στο N10675 σε 16Mo+15Cr. Λόγω της αύξησης της περιεκτικότητας σε Cr, το υλικό έχει αντοχή στην οξείδωση. Η ικανότητα των μέσων να διαβρώνονται.
4. Ορισμός όρων
Γραφιτοποίηση: Ο χάλυβας χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα υφίσταται μετασχηματισμό γραφιτοποίησης υπό μακροχρόνια έκθεση σε 450 μοίρες και η δομή του τσιμενίτη αποσυντίθεται σε Fe3C=3Fe+C (γραφίτης).
Ερπυσμός: Τα μεταλλικά υλικά θραύονται κατά μήκος των ορίων των κόκκων υπό μακροχρόνια φόρτιση σε υψηλή θερμοκρασία.
Επεξεργασία στερεού διαλύματος: Αφήστε την ένωση της καταβυθισμένης φάσης Cr23C6 και τη φάση σ (εύθραυστη φάση FeCr) να επαναδιαλυθούν στη δομή ωστενίτη για να σχηματιστεί μια κορεσμένη δομή ωστενίτη.
Θεραπεία ευαισθητοποίησης: Παραμένοντας στο εύρος των 400-800 μοιρών για μεγάλο χρονικό διάστημα, η δομή του ωστενίτη θα εξαντληθεί σε χρώμιο στα όρια των κόκκων καρβιδίου λόγω του σχηματισμού του Cr23C6.
Διακοκκώδης διάβρωση: Η ένωση Cr23C6 που σχηματίζεται στη δομή του ωστενίτη προκαλεί εξάντληση χρωμίου στα όρια των κόκκων καρβιδίου. Η περιεκτικότητα σε Cr του υλικού είναι μικρότερη από 12%, και οι κόκκοι του υλικού χωρίζονται.
Συντελεστής ελαστικότητας: ο λόγος της τάσης προς την καταπόνηση κατά το στάδιο της ελαστικής παραμόρφωσης.
Λόγος Poisson: ο σχετικός λόγος μεταβολής του εγκάρσιου μεγέθους/διαμήκους μεγέθους κατά το στάδιο της ελαστικής παραμόρφωσης.
Γραμμικός συντελεστής διαστολής: Το γραμμικό μήκος και ο όγκος του κρυστάλλου αυξάνονται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία.
