Nikkelbaserede høje temperaturlegeringer: Valg og applikationsvejledning til nikkelbaserede legeringer
En legering sammensat af nikkel som matrix og andre elementer kaldes en nikkelbaseret legering. Nikkel har fremragende mekaniske, fysiske og kemiske egenskaber. Tilføjelse af passende elementer kan forbedre dens oxidationsmodstand, korrosionsbestandighed og høj temperaturstyrke og forbedre visse fysiske egenskaber. Nikkelslegeringer kan bruges til elektroniske rør, præcisionslegeringer (magnetiske legeringer, præcisionsmodstandslegeringer, elektriske opvarmningslegeringer osv.), Nikkelbaserede højtemperaturlegeringer, nikkelbaseret korrosionsbestandige legeringer, formhukommer og andre pladser er bredt anvendt i energiudvikling, kemisk industri, elektroniske legeringer, Navigation, AEROSOL og andre felter.
Nikkel kan danne forskellige legeringer med kobber, jern, mangan, krom, silicium og magnesium. Blandt dem er nikkel-kobber den berømte Monel-legering, der har høj styrke, god plasticitet og stabile kemiske egenskaber i en atmosfære under 750 grader. Det er vidt brugt i elektrisk industri, vakuumrør, kemisk industri, medicinsk udstyr, skibsbygningsindustri og andre felter.
Hvad er en nikkelbaseret legering?
Nikkelbaserede legeringer omtales generelt som legeringer med et NI-indhold på mere end 30 vægt%. Ni -indholdet af almindelige produkter overstiger 50WT%. På grund af deres fremragende høj-temperatur mekanisk styrke og korrosionsbestandighed kaldes nikkelbaserede legeringer sammen med jernbaserede og koboltbaserede legeringer høje temperaturlegeringer. De bruges generelt i miljøer med høj temperatur over 540 grader, og forskellige legeringsdesign vælges i henhold til deres brugsscenarier. De bruges ofte i speciel korrosionsbestandige og høje temperatur korrosionsmiljøer. Udstyr med mekanisk styrke med høj temperatur er påkrævet. Almindeligt brugt inden for rumfart, energi, petrokemiske industrier eller specielle elektronik\/optoelektronikfelter.
Elementernes rolle i nikkelbaserede legeringer
Når vi taler om nikkelbaserede legeringer, er den første ting at tale om elementet nikkel.
Ligesom jern og kobber er nikkel blevet brugt som legering siden civilisationens fremkomst. Men sammenlignet med stål, messing og bronze er nikkellegeringer latecomers i den kemiske industri. Med den kontinuerlige fremme af metallurgisk og fremstillingsteknologi er udviklingen af nikkellegeringer blevet forfremmet, hvilket har fremmet sin udbredte anvendelse i den kemiske industri. Nikkellegeringer har fremragende korrosionsbestandighed, styrke, sejhed, metallurgisk stabilitet, behandling af ydeevne og svejsestyring. Mange nikkellegeringer har også fremragende varmemodstand, hvilket gør dem ideelle til anvendelser, der kræver styrke med høj temperatur og kemisk korrosionsbestandighed ved høje temperaturer.
Nikkelens vigtigste rolle i nikkelbaserede legeringer er at ændre krystalstrukturen af materialet. En vigtig værdi af nikkel i nikkelbaserede legeringer er at danne en austenitkrystallstruktur og derved forbedre plasticitet, svejsbarhed og sejhed.
Funktionerne i forskellige elementer i nikkelbaserede legeringer undtagen nikkel er som følger:
Rollen af bor- og siliciumelementer: reducer legeringspunktet markant af legeringen, udvid det faste væske-temperaturområde og danner en lavmeltende eutektisk; DEOXIDATION REDURERING OG SLAG FJERNINGSFUNKTION; hærdning og styrkelse af belægningen; Forbedre operationel procesydelse.
Kobberelementernes rolle: Forbedre korrosionsbestandighed mod ikke-oxiderende syrer.
Kromelementernes rolle: solid opløsningsstyrke og passivering; Forbedre korrosionsbestandighed og høj temperatur oxidationsmodstand; Overdreven krom er let at danne kromkarbid og kromborhydridhårde faser med kulstof og bor og forbedrer derved legeringens hårdhed og slidbestandighed.
Molybdænelementernes rolle: Atomradius er stor, gitteret er markant forvrænget efter fast opløsning, styrker matrixens legeringsmatrix markant og forbedrer matrixens høj temperatur og rød hårdhed; kan afskære og reducere netværksstrukturen i belægningen; Forbedre kavitation og erosionsbestandighed for nikkelbaserede præcisionslegeringer.
Egenskaber ved nikkelbaserede legeringer
Almindelige nikkel-kromlegeringer er især kendetegnet ved ekstremt høj varmebestandighed op til omkring 750 grader Celsius og er derfor i stand til at modstå konstante belastninger tæt på smeltepunktet. De har også fremragende duktilitet og trækstyrke, lav termisk ledningsevne, gode kolde dannende egenskaber og høj korrosionsbestandighed. Lav densitet, høj kemisk resistens og høj slidstyrke gør denne legering særlig velegnet til applikationer med høj temperatur, hvor aluminium og stål er ustabile.
Alloy's gunstige applikationsegenskaber gør behandlingen vanskeligere: relativt lave skærehastigheder kan kun bruges i områder med korte værktøjsliv. Ved bearbejdning af aluminium med ikke -overtrukne carbidskæreværktøjer er standardværktøjets levetid et par dage. Til bearbejdning af duktilt jern reduceres værktøjets levetid til ca. en time, mens værktøjets levetid for nikkelbaserede legeringer er mellem fem og ti minutter.
Nikkellegeringer er dyrere end rustfrit stål. Imidlertid kan en økonomisk sammenligning baseret på indledende omkostninger snarere end livscyklusomkostninger muligvis være mere nøjagtige. For eksempel er prisen på Ni-CR-MO-legering ca. 8 gange den af 5Cr -18 Ni rustfrit stål og 2 gange prisen for super austenitisk rustfrit stål. På grund af den fremragende korrosionsbestandighed af nikkellegeringer opvejes de oprindelige omkostninger imidlertid ofte af langsigtede omkostningsbesparelser fra levetid for udvidet udstyr, reducerede vedligeholdelsesomkostninger og minimal nedetid.
De fysiske egenskaber ved nikkellegeringer ligner meget dem i 300 -serien austenitiske rustfrie stål. Den termiske ekspansionshastighed for nikkelbaserede legeringer svarer omtrent med kulstofstål, men signifikant lavere end i 300-seriens rustfrie stål.
Mens den termiske ledningsevne for rent nikkel er højere end kulstofstål, er den termiske ledningsevne for de fleste nikkellegeringer markant lavere og i nogle tilfælde endnu lavere end for austenitiske rustfrie stål.
Foruden rent nikkel er styrken af nikkellegeringer, der bruges i den kemiske forarbejdningsindustri, meget højere end i 300 -seriens rustfrie stål. Nikkellegeringer har også meget god duktilitet og sejhed. De maksimale tilladte spændinger for de fleste legeringer, der bruges i kemisk udstyr, er angivet i afsnit VIII i ASME -kedel- og trykbeholderkoden.
Nikkellegeringer er fuldt ud austenitiske mikrostrukturer. Næsten alle nikkellegeringer, der bruges i den kemiske industri, er solid opløsning styrket. Stigningen i deres styrke stammer fra tilsætning af effektive hærdningselementer, såsom molybdæn og wolfram, snarere end dannelsen af carbider. Ligesom austenitiske rustfrie stål kan nikkellegeringer af fast opløsning ikke styrkes ved varmebehandling, kun ved koldt arbejde.
En anden stor klasse af nikkelbaserede legeringer kan styrkes ved nedbørshærdning af varmebehandlinger. De fleste af disse legeringer er specialiserede til applikationer med ultrahøj styrke, såsom dem, der bruges i dyb olie- og gasproduktion og ultrahøjt trykprocesser.
Udover ventiler og roterende maskindele har nedbørshærdet nikkelbaserede legeringer begrænsede anvendelser i kemisk udstyr. Disse legeringer inkluderer gasturbiner, forbrændinger og fly.
