Что такое сплавы на основе никеля? Прочтите эту статью, чтобы все понять!
Сплав на основе никеля относится к типу сплава, который обладает комплексными свойствами, такими как высокая прочность и определенная устойчивость к окислению и коррозии при высоких температурах от 650 до 1000 градусов.
По основным свойствам их разделяют на жаропрочные сплавы на основе никеля, коррозионностойкие сплавы на основе никеля, износостойкие сплавы на основе никеля, прецизионные сплавы на основе никеля и сплавы на основе никеля с памятью формы.
В зависимости от подложек жаропрочные сплавы делятся на жаропрочные сплавы на основе железа, жаропрочные сплавы на основе никеля и жаропрочные сплавы на основе кобальта. Среди них жаропрочные сплавы на основе никеля называются сплавами на основе никеля.
Типичные материалы сплавов на основе никеля включают:
1. Сплав Incoloy, такой как Incoloy800, основной компонент; 32Ni-21Cr-Ti, Al; это жаропрочный сплав;
2. Сплав Инконель, такой как Инконель600, основной компонент; 73Ni-15Cr-Ti, Al; это жаропрочный сплав;
3. Сплав Hastelloy, такой как Hastelloy C-276, основным компонентом является; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; это коррозионностойкий сплав;
4. Сплав монеля, то есть сплав монеля, такой как монель 400, основным компонентом; 65Ни-34Си; это коррозионностойкий сплав;
Основные легирующие элементы
Основными легирующими элементами являются хром, вольфрам, молибден, кобальт, алюминий, титан, бор, цирконий и др. Среди них Cr, Ai и др. в основном играют роль антиоксиданта, а другие элементы обладают твердорастворным упрочнением, дисперсионным упрочнением и упрочнение границ зерен.
Он обладает высокой прочностью и определенной устойчивостью к окислению и коррозии при высоких температурах от 650 до 1000 градусов. Благодаря достаточно высокой жаропрочности и стойкости к окислению и коррозии его часто используют при изготовлении лопаток авиационных двигателей, ракетных двигателей, ядерных реакторов, оборудования для преобразования энергии. Высокотемпературные детали.
История развития
Жаропрочные сплавы на основе никеля (далее — сплавы на основе никеля) были разработаны в конце 1930-х годов. Великобритания впервые произвела сплав Nimonic 75 на основе никеля (Ni-20Cr-0.4Ti) в 1941 году; для улучшения сопротивления ползучести в Nimonic 80 был добавлен алюминий (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). США в середине-1940х годов, Советский Союз в конце 1940х годов и Китай в середине-1950х годов также разработали сплавы на основе никеля. Разработка сплавов на основе никеля включает в себя два направления: улучшение состава сплавов и инновации производственных процессов. В начале 1950-х годов развитие технологии вакуумной плавки создало условия для рафинирования сплавов на основе никеля с высоким содержанием алюминия и титана. Большинство ранних сплавов на основе никеля были деформированными. В конце 1950-х годов из-за повышения рабочей температуры лопаток турбин от сплава потребовалась более высокая жаропрочность. Однако, когда прочность сплава высока, его будет трудно или даже невозможно деформировать. Поэтому технология литья по выплавляемым моделям была использована для разработки серии сплавов с хорошими характеристиками. Высокопрочный литейный сплав. В середине-1960х годов были разработаны монокристаллические и монокристаллические суперсплавы, а также суперсплавы порошковой металлургии с лучшими свойствами. Для удовлетворения потребностей судов и промышленных газовых турбин с 1960-х годов был разработан ряд сплавов на основе никеля с высоким содержанием хрома, обладающих хорошей стойкостью к горячей коррозии и стабильной структурой. Примерно за 40 лет с начала 1940-х до конца 1970-х годов рабочая температура сплавов на основе никеля увеличилась с 700 градусов до 1100 градусов, при среднем повышении примерно на 10 градусов в год.
Ингредиенты и свойства
Наиболее широко используются суперсплавы на основе никеля. Основные причины заключаются в том, что, во-первых, сплавы на основе никеля могут растворять больше легирующих элементов и сохранять лучшую структурную стабильность; во-вторых, они могут образовывать когерентные и упорядоченные интерметаллиды типа А3В [Ni3(Al, Ti)]. В качестве упрочняющей фазы сплав можно эффективно упрочнить и получить более высокую жаропрочность, чем суперсплавы на основе железа и суперсплавы на основе кобальта; в-третьих, сплавы на основе никеля, содержащие хром, имеют лучшие свойства к окислению и стойкости, чем жаропрочные сплавы на основе железа. Способность к газовой коррозии. Сплавы на основе никеля содержат более десяти элементов, среди которых Cr в основном играет антиокислительную и антикоррозионную роль, а другие элементы играют преимущественно упрочняющую роль. По способу упрочнения их можно разделить на: твердые растворные упрочняющие элементы, такие как вольфрам, молибден, кобальт, хром и ванадий; дисперсионно-упрочняющие элементы, такие как алюминий, титан, ниобий и тантал; элементы, упрочняющие границы зерен, такие как бор, цирконий, магний и редкоземельные элементы и т. д.
Жаропрочные сплавы на основе никеля по способам упрочнения включают сплавы, упрочненные твердым раствором, и сплавы, упрочненные дисперсионным способом.
Производственный процесс
По выплавке: для получения более чистой расплавленной стали снизить газосодержание и содержание вредных элементов; в то же время из-за наличия в некоторых сплавах легкоокисляемых элементов, таких как Al, Ti и др., безвакуумную плавку трудно контролировать; и чтобы получить лучшую термопластичность, жаропрочные сплавы на основе никеля обычно выплавляют в вакуумных индукционных печах или даже производят методами вакуумной индукционной плавки плюс вакуумные расходуемые печи или методами электрошлакового переплава.
Что касается деформации: применяются процессы ковки и прокатки. Для сплавов с плохой термопластичностью используются даже процессы экструзии, а затем прокатки или прямой экструзии с оболочкой из мягкой стали (или нержавеющей стали). Целью деформации является разрушение структуры отливки и оптимизация микроструктуры.
Литье: для выплавки лигатуры обычно используется вакуумная индукционная печь для обеспечения состава и контроля содержания газа и примесей, а детали изготавливаются с использованием вакуумного переплава - прецизионного литья.
Термическая обработка: деформированные сплавы и некоторые литые сплавы требуют термической обработки, включая обработку на раствор, промежуточную обработку и обработку старением. На примере сплава Удмет 500 система его термообработки разделена на четыре этапа: обработка раствором, 1175 градусов, 2 часа, воздушное охлаждение; промежуточная обработка, 1080 градусов, 4 часа, воздушное охлаждение; первичная обработка старением, 843 степени, 24 часа, воздушное охлаждение; обработка вторичного старения, 760 градусов, 16 часов, воздушное охлаждение. Для получения необходимого организационного статуса и хороших результатов работы.
Коррозионностойкий сплав на основе никеля
Основными легирующими элементами являются медь, хром и молибден. Он имеет хорошие комплексные характеристики и может противостоять различной кислотной коррозии и коррозии под напряжением. Самым ранним применением (произведенным в США в 1905 году) был сплав никель-медь (Ni-Cu), также известный как сплав монель (сплав монель Ni 70 Cu30); Кроме того, среди коррозионностойких сплавов существуют никель-хромовые (Ni-Cr) сплавы (то есть жаропрочные сплавы на основе никеля, жаропрочные сплавы), никель-молибденовые (Ni-Mo) сплавы (в основном относятся до серии Hastelloy B, отечественные профессиональные производители коррозионностойких сплавов включают Пекинский научно-исследовательский институт железа и стали, компании Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd., Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. и т. д.), сплав никель-хром-молибден (Ni-Cr-Mo) (в основном относится к серии Hastelloy C, отечественные профессиональные производители коррозионностойких сплавов включают Пекинский научно-исследовательский институт железа и стали, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. и т. д.). В то же время чистый никель также является типичным представителем коррозионностойких сплавов на его основе. Эти коррозионностойкие сплавы на основе никеля в основном используются для изготовления деталей для различных коррозионностойких сред, таких как нефтяная, химическая промышленность, электроэнергетика и т. д.
Категория Коррозионностойкие сплавы на основе никеля преимущественно имеют аустенитную структуру. В состоянии твердого раствора и старения на аустенитной матрице и границах зерен сплава присутствуют интерметаллические фазы и карбонитриды металлов. Различные коррозионностойкие сплавы классифицируются по составу и характеристикам:
Коррозионная стойкость сплава Ni-Cu лучше, чем у никеля в восстановительных средах, а его коррозионная стойкость лучше, чем у меди в окислительных средах. Он устойчив к высокотемпературному газообразному фтору, фториду и фториду водорода в отсутствие кислорода и окислителя. Лучший материал для кислот (см. Коррозия металлов).
Сплав Ni-Cr — жаропрочный сплав на основе никеля; в основном используется в условиях окислительных сред. Устойчив к высокотемпературному окислению и коррозии со стороны газов, содержащих серу, ванадий и другие газы, его коррозионная стойкость возрастает с увеличением содержания хрома. Этот тип сплава также обладает хорошей стойкостью к гидроксидной (например, NaOH, КОН) коррозии и коррозионной стойкости под напряжением.
Сплав Ni-Mo в основном используется в условиях снижения коррозии в среде. Это лучший сплав, противостоящий коррозии соляной кислоты, но в присутствии кислорода и окислителей коррозионная стойкость значительно снижается.
Сплав Ni-Cr-Mo(W) обладает свойствами вышеупомянутых сплавов Ni-Cr и Ni-Mo. В основном используется в условиях окислительно-восстановительной смешанной среды. Этот тип сплава обладает хорошей коррозионной стойкостью в высокотемпературном газообразном фтористом водороде, в растворах соляной кислоты и плавиковой кислоты, содержащих кислород и окислители, а также во влажном газообразном хлоре при комнатной температуре.
Сплав Ni-Cr-Mo-Cu устойчив к коррозии как в азотной, так и в серной кислоте, а также обладает хорошей коррозионной стойкостью в некоторых окислительно-восстановительных смесях кислот.
Износостойкий сплав на основе никеля
Основными легирующими элементами являются хром, молибден и вольфрам, а также в небольших количествах содержатся ниобий, тантал и индий. Помимо износостойкости, он также обладает хорошими антиокислительными, коррозионными и сварочными свойствами. Его можно использовать для изготовления износостойких деталей, а также в качестве материала покрытия для покрытия поверхности других основных материалов посредством процессов наплавки и напыления.
Порошки сплавов на основе никеля включают порошок самофлюсующегося сплава и порошок несамофлюсующегося сплава.
Несамофлюсующийся порошок на основе никеля относится к порошку сплава на основе никеля, который не содержит B, Si или имеет низкое содержание B и Si. Этот тип порошка широко используется для плазменно-дугового напыления, газопламенного напыления и плазменного упрочнения поверхности. В основном это: порошок сплава Ni-Cr, порошок сплава Ni-Cr-Mo, порошок сплава Ni-Cr-Fe, порошок сплава Ni-Cu, порошок сплава Ni-P и Ni-Cr-P, Ni-Cr-Mo-Fe. Порошок сплава, порошок сплава высокой износостойкости Ni-Cr-Mo-Si, порошок сплава Ni-Cr-Fe-Al, порошок сплава Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, порошок сплава Ni-Cr-Si, Ni - Порошок износостойкого и коррозионностойкого сплава на основе Cr-W и др.
Добавление соответствующих количеств B и Si к порошку никелевого сплава приводит к образованию порошка самофлюсующегося сплава на основе никеля. Так называемый порошок самофлюсующегося сплава, также известный как эвтектический сплав и сплав с твердым покрытием, представляет собой серию порошков, образованных путем добавления легирующих элементов (в основном бора и кремния), которые могут образовывать эвтектику с низкой температурой плавления для никеля, кобальта и железа. сплавы на основе. Материал. Обычно используемые порошки самофлюсующихся сплавов на основе никеля включают порошок сплава Ni-B-Si, порошок сплава Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu. , Порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля с высоким содержанием молибдена, порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля с высоким содержанием хрома и молибдена, порошок самофлюсующегося сплава на основе Ni-Cr-WC, порошок самофлюсующегося сплава с высоким содержанием меди, дисперсия карбида вольфрама никель- на основе порошка самофлюсующегося сплава. Порошок сплава и т. д.
Роль различных элементов в сплавах:
●Роль элементов бора и кремния: существенно снизить температуру плавления сплава, расширить температурную зону твердого тела-ликвидуса, сформировать легкоплавкую эвтектику; обладают раскисляюще-восстановительной и шлакующей функциями; затвердеть и укрепить покрытие; повысить производительность операционного процесса.
●Роль элемента меди: повысить коррозионную стойкость к неокисляющим кислотам.
●Роль элемента хрома: упрочнение и пассивация твердого раствора; улучшение коррозионной стойкости и стойкости к высокотемпературному окислению; Избыток хрома легко образует твердые фазы карбида хрома и борида хрома с углеродом и бором для повышения твердости сплава и износостойкости пола.
●Роль элемента молибдена: его большой атомный радиус вызывает большие искажения кристаллической решетки после твердого раствора, значительно укрепляет матрицу сплава, улучшает жаропрочность и красную твердость матрицы; может разрезать и уменьшать сетчатую структуру покрытия; повышает устойчивость к газу. Коррозионно-эрозионные свойства прецизионных сплавов на основе никеля.
Включая магнитомягкий сплав на основе никеля, прецизионный резистивный сплав на основе никеля, электротермический сплав на основе никеля и т. д. Наиболее часто используемым магнитомягким сплавом является пермаллой, который содержит около 80% никеля. Он имеет высокую максимальную магнитную проницаемость и начальную магнитную проницаемость и низкую коэрцитивную силу. Это важный материал с железным сердечником в электронной промышленности. Основными легирующими элементами прецизионного стойкого сплава на основе никеля являются хром, алюминий и медь. Этот сплав имеет высокое удельное сопротивление, низкий температурный коэффициент удельного сопротивления и хорошую коррозионную стойкость и используется для изготовления резисторов. Электронагревательный сплав на основе никеля представляет собой никелевый сплав, содержащий 20% хрома. Он обладает хорошими антиокислительными и антикоррозионными свойствами и может использоваться в течение длительного времени при температурах от 1000 до 1100 градусов.
Сплав с памятью формы на основе никеля
Никелевый сплав, содержащий 50(ат)% титана. Температура восстановления составляет 70 градусов, а эффект памяти формы хороший. Небольшое изменение пропорции никель-титановых компонентов может изменить температуру восстановления в пределах от 30 до 100 градусов. В основном его используют для изготовления автоматически открывающихся конструктивных деталей, используемых в космических кораблях, самовозбуждающихся креплений, используемых в аэрокосмической промышленности, двигателей с искусственным сердцем, используемых в биомедицине и т. д.
