Zlitine na osnovi niklja za visokotemperaturne zlitine
Zlitina na osnovi niklja
Visokotemperaturne zlitine se nanašajo na vrsto kovinskega materiala na osnovi železa, niklja in kobalta, ki lahko deluje pri visokih temperaturah nad 600 stopinj in pod določeno obremenitvijo dolgo časa ter ima visoko visoko temperaturno trdnost, dobro odpornost proti oksidaciji in odpornost na vročo korozijo. , dobro odpornost proti utrujenosti in lomno žilavost ter druge celovite lastnosti, se v Evropi in ZDA imenuje superzlitina. Običajno se uporablja za komponente, ki dolgo časa delujejo pri visoki temperaturi (600 ~ 1200 stopinj) in kompleksnih stresnih pogojih.
Zlitina na osnovi niklja je trenutno najpogosteje uporabljena visokotemperaturna zlitina in se uporablja predvsem v delovnih okoljih, kot so visoka temperatura, močna kislina ali alkalija in močna oksidacija. Njegov razvoj in uporaba sta se začela v poznih tridesetih letih 20. stoletja v ozadju, ko je pojav reaktivnih letal postavil višje zahteve glede zmogljivosti visokotemperaturnih zlitin. Ta članek bo predstavil zlitine na osnovi niklja z naslednjih vidikov.
1. Vrsta
Razdeljeno glede na zmogljivost:
Zlitina na osnovi niklja, odporna proti koroziji: glavni elementi zlitine so baker, krom in molibden. Ima dobro celovito delovanje in se lahko upre različni kislinski koroziji in stresni koroziji. V glavnem vključujejo zlitino nikelj-baker (Ni-Cu) (zlitina Monel), zlitino nikelj-krom (Ni-Cr) (zlitina na osnovi niklja, odporna na vročino, serije Incoloy, Inconel), zlitino nikelj-molibden (Ni-Mo) ( Hastelloy B serija), zlitina nikelj-krom-molibden (Ni-Cr-Mo) (predvsem serija Hastelloy C) itd. Hkrati je čisti nikelj tudi tipičen predstavnik korozijsko odpornih zlitin na osnovi niklja.
Zlitina na osnovi niklja, odporna proti obrabi: glavni elementi zlitine so krom, molibden in volfram, vsebujejo pa tudi majhne količine niobija, tantala in indija. Poleg odpornosti proti obrabi ima tudi dobre antioksidacijske, korozijske in varilne lastnosti.
Precizne zlitine na osnovi niklja: vključno z mehkimi magnetnimi zlitinami na osnovi niklja, preciznimi odpornimi zlitinami na osnovi niklja in elektrotermičnimi zlitinami na osnovi niklja itd. Najpogosteje uporabljena mehka magnetna zlitina je Permalloy, ki vsebuje približno 80 % niklja. Ima visoko največjo magnetno prepustnost in začetno magnetno prepustnost ter nizko koercitivno silo. Je pomemben material za železno jedro v elektronski industriji. Glavni legirni elementi natančne odporne zlitine na osnovi niklja so krom, aluminij in baker. Ta zlitina ima visoko upornost, nizek temperaturni koeficient upornosti in dobro odpornost proti koroziji ter se uporablja za izdelavo uporov. Električna grelna zlitina na osnovi niklja je nikljeva zlitina, ki vsebuje 20 % kroma. Ima dobre antioksidacijske in protikorozijske lastnosti in se lahko uporablja dolgo časa pri temperaturah od 1000 do 1100 stopinj.
Spominska zlitina na osnovi niklja: nikljeva zlitina, ki vsebuje 50 (at) % titana. Njegova obnovitvena temperatura je 70 stopinj in učinek spomina oblike je dober. Majhna sprememba deleža nikelj-titanovih komponent lahko spremeni temperaturo predelave v razponu od 30 do 100 stopinj.
2. Značilnosti običajno uporabljenih zlitin na osnovi niklja
Inconel 600: ima dobro visokotemperaturno odpornost proti koroziji in odpornost proti oksidaciji, odlične lastnosti vroče in hladne obdelave in varjenja ter ima zadovoljivo toplotno trdnost in visoko plastičnost pod 700 stopinjami;
Inconel 625: Odlična odpornost proti luknjičasti koroziji, razpokani koroziji, interkristalni koroziji in eroziji v kloridnih medijih; kislinsko odporen in dobro varljiv; Različice inconela 625 z nizkim ciklom utrujenosti so običajno uporabljeni meh.
Inconel 690: Vsebnost kobalta je nizka, primerna za aplikacije, povezane z jedrsko energijo, in nizka upornost. Na primer, cevi za prenos toplote generatorjev pare v jedrskih elektrarnah z vodnim reaktorjem so vse izdelane iz materiala 690.
Inconel 713C: Precipitacijsko utrjena livna zlitina na osnovi niklja in kroma.
Inconel 718: s " fazo ojačitvene faze, dobra učinkovitost varjenja.
Inconel 751: Dodatek več aluminija daje boljšo pretržno trdnost v območju visokih temperatur blizu 870 stopinj.
Inconel 792: zaradi dodajanja več vsebnosti aluminija je bolj odporen proti koroziji pri visokih temperaturah, zaradi česar je primeren za proizvodnjo plinskih turbin.
Inconel 939: ' fazno ojačitev za povečanje učinkovitosti varjenja.
Incoloy 020: Dokazuje odlično odpornost proti koroziji v kemičnih okoljih, ki vsebujejo žveplovo kislino, klorid, fosforno kislino in dušikovo kislino.
Incoloy 028: Odporen je na kisline in soli, zaradi vsebnosti bakra je odporen na žveplovo kislino.
Incoloy 330: kaže dobro trdnost pri visokih temperaturah in dobro odpornost na oksidacijska in redukcijska okolja.
Incoloy 800: Ima odlično odpornost na napetostno korozijsko razpokanje v kloridu, vodnih raztopinah NaOH z nizko koncentracijo ter vodi pri visoki temperaturi in visokem tlaku. Lahko ostane stabilen in ohrani svojo avstenitno strukturo tudi po dolgotrajni izpostavljenosti visokim temperaturam.
Incoloy 803: Zasnovan za uporabo v okoljih, bogatih z žveplom.
Incoloy 825: ima dobro korozijsko odpornost v redukcijskih in oksidacijskih kislinah, odpornost proti razpokanju zaradi napetostne korozije, luknjičasti koroziji in špranjski koroziji, odlično korozijsko odpornost na žveplovo kislino in fosforno kislino ter dobre lastnosti vroče in hladne obdelave. , enostaven za hladno oblikovanje in varjenje.
Incoloy 908: ima visoko natezno trdnost, odpornost proti rasti razpok zaradi utrujenosti, dobro varljivost, metalurško stabilnost in duktilnost, visoko lomno in udarno žilavost, nizek koeficient toplotnega raztezanja, odpornost proti kisikovi krhkosti in brez razpok med vročo obdelavo.
Incoloy 907: visoka trdnost in nizek koeficient toplotnega raztezanja pri visokih temperaturah.
Incoloy 945X: zasnovan za okolja, bogata s klorom, molibden poveča svojo odpornost proti razpokani in luknjičasti koroziji.
Incoloy MA956: narejen z mehanskim legiranjem in ne z integriranim postopkom taljenja, ga je težko variti in ga je treba segreti na 200 C, da se oblikuje.
Monel 400: ima visoko trdnost in odlično odpornost proti koroziji v kislem in alkalnem okolju, še posebej primeren za redukcijske pogoje. Ima tudi dobro duktilnost in toplotno prevodnost. Običajno se uporablja v pomorskem inženirstvu, kemični in ogljikovodikovi predelavi, toplotnih izmenjevalcih, ventilih in črpalkah.
Monel 401: ima značilnosti enostavnega varjenja z volframovim inertnim plinom, zaščitenega z inertnim plinom, uporovnega varjenja in spajkanja. Za specializirane električne in elektronske aplikacije.
Monel 404: Lahko se uporablja za varjenje in kovanje z uporabo običajnih varilnih tehnik, vendar ga ni mogoče vroče obdelati. Ima nizko temperaturo, nizko prepustnost in dobre lastnosti spajkanja. Na splošno se uporablja za tranzistorje in kovinska tesnila.
Monel 405: enostaven za rezanje, večinoma se uporablja kot surovina za avtomatske vijačne stroje in se na splošno ne priporoča za druge namene.
Monel 450: ima dobro odpornost proti utrujenosti in visoko toplotno prevodnost. Na splošno se uporablja v kondenzatorjih, destilatorjih, uparjalnikih in ceveh za izmenjevalnike toplote ter ceveh za slanico.
Monel K-500: ima v bistvu enake lastnosti kot Monel 400 in se pogosto uporablja v gredi črpalk, tekačih, strgalih, obročkih vrtin za oljne vrtine, instrumentih in elektronskih komponentah.
Monel 502: ima dobro odpornost proti lezenju in oksidacijo ter se lahko obdeluje kot avstenitno nerjavno jeklo.
Hastelloy B-2: odlična odpornost proti koroziji v redukcijskih okoljih.
Hastelloy B-3: nadgrajena različica B2, ima odlično korozijsko odpornost na klorovodikovo kislino pri kateri koli temperaturi in koncentraciji;
Hastelloy C-4: dobra toplotna stabilnost, dobra žilavost in odpornost proti koroziji pri 650~1040 stopinjah;
Hastelloy C-22: njegova odpornost na enakomerno korozijo v oksidativnih medijih je boljša kot pri C-4 in C-276, njegova odpornost na lokalno korozijo pa je odlična;
Hastelloy C-276: ima dobro odpornost proti oksidativni in zmerni redukcijski koroziji ter odlično odpornost proti napetostni koroziji;
Hastelloy C-2000: najobsežnejša zlitina, odporna proti koroziji, z odlično enotno odpornostjo proti koroziji v oksidacijskih in redukcijskih okoljih;
Hastelloy G-30: zlitina na osnovi niklja z visoko vsebnostjo kroma, odlična zmogljivost v fosforni kislini in drugih močno oksidativnih mešanih kislinskih medijih;
Hastelloy X: Kombinacija visoke trdnosti, antioksidantov in enostavne obdelave.
3. Primerjava značilnosti pogosto uporabljenih blagovnih znamk
1. Kemična sestava N5 je podobna N02201, kemična sestava N6 in N7 pa je podobna N02200. Ker ima N02200 vsebnost ogljika manj kot ali enako 0,15 %, grafitizira pri 315 stopinjah in naredi material krhek, zato je najvišja uporabljena temperatura 315 stopinj.
2. 800, 800H in 800HT imajo enako sestavo kemičnih elementov v standardu ASME. 800 ima najnižjo vsebnost ogljika, temperatura žarjenja je 982-1038 stopinj, temperatura uporabe pa je pod 600 stopinj; 800H ima omejeno vsebnost Al+Ti in po posebni obdelavi s trdno raztopino (1121-1177 stopinj) so kristalna zrna groba in zrna so ASTM- 5.0, odpornost proti zlomu pri lezenju nad 600 stopinj se znatno izboljša; 800HT poveča vsebnost Al+Ti in po posebni obdelavi s trdno raztopino (1121-1177 stopinj) so kristalna zrna groba, velikost zrn pa je ASTM-5.0, Najvišja odpornost proti lezenju nad 700 stopnja se bistveno izboljša. Če je temperatura toplotne obdelave previsoka, se zrna materiala razširijo, imajo višjo mejo lezenja in mejo trajne trdnosti ter zmanjšajo žilavost. Višje temperature toplotne obdelave povzročijo hitrejšo nukleacijo in povečano število kristalov. V tem času so zrna razmeroma fina. Ko se čas zadrževanja podaljša, bodo zrna zrasla. Ko je hitrost ohlajanja počasna, bodo tudi zrna postala večja. Na splošno velja, da višja kot je temperatura (manjši gradient), večja je velikost zrn. Manjša kot so zrna, večja je trdnost in trdota ter boljša plastičnost in žilavost. Vendar pa v visokotemperaturnem delovnem okolju postanejo zrna bolj groba in skupna dolžina meja zrn se zmanjša. Izboljša se deformacija ali poškodba zaradi drsenja vzdolž meja zrn ali učinkovitost lezenja.
3. Glavna kemična sestava N06600: 72Ni-15Cr-8Fe, glavna kemična sestava N08800: 33Ni-42Fe-21Cr, kar je enakovredno delitvi Vsebnost 72Ni v N06600 v 33Ni+45Fe in zmanjšanje stroškov z zamenjavo dela niklja.
4. Glavna kemična sestava N10675 je 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr, kemična sestava N10276 pa je 54Ni-16Mo-15Cr . Približno se lahko šteje, da deli 29,5Mo v N10675 na 16Mo+15Cr. Zaradi povečane vsebnosti Cr je material odporen proti oksidaciji. Sposobnost medijev za korozijo.
4. Opredelitev pojmov
Grafitizacija: Jeklo z nizko vsebnostjo ogljika se pri dolgotrajni izpostavljenosti 450 stopinjam grafitizira in struktura cementita razpade v Fe3C=3Fe+C (grafit).
Lezenje: kovinski materiali se lomijo vzdolž meja zrn pod dolgotrajno visokotemperaturno obremenitvijo.
Obdelava s trdno raztopino: pustimo, da se oborjena faza spojine Cr23C6 in σ faza (krhka faza FeCr) ponovno raztopita v avstenitni strukturi, da nastane nasičena avstenitna struktura.
Obdelava za preobčutljivost: dolgo časa v območju 400-800 stopinj bo struktura avstenita osiromašena s kromom na mejah karbidnih zrn zaradi tvorbe Cr23C6.
Interkristalna korozija: Spojina Cr23C6, ki nastane v strukturi avstenita, povzroči zmanjšanje količine kroma na mejah karbidnih zrn. Vsebnost Cr v materialu je manjša od 12 %, zrna materiala pa se razcepijo.
Modul elastičnosti: razmerje med napetostjo in deformacijo v fazi elastične deformacije.
Poissonovo razmerje: razmerje relativne spremembe prečne/vzdolžne velikosti med fazo elastične deformacije.
Koeficient linearne razteznosti: linearna dolžina in prostornina kristala se povečujeta z naraščanjem temperature.
