Zliatiny na báze niklu pre vysokoteplotné zliatiny
Zliatina na báze niklu
Vysokoteplotné zliatiny označujú typ kovového materiálu na báze železa, niklu a kobaltu, ktorý môže pracovať pri vysokých teplotách nad 600 stupňov a pri určitom namáhaní po dlhú dobu a má vysokú pevnosť pri vysokých teplotách, dobrú odolnosť proti oxidácii a odolnosť proti horúcej korózii. , dobrý únavový výkon a lomová húževnatosť a ďalšie komplexné vlastnosti, sa v Európe a Spojených štátoch nazýva superzliatina. Zvyčajne sa používa pre komponenty, ktoré pracujú pri vysokej teplote (600 ~ 1200 stupňov) a zložitých podmienkach namáhania po dlhú dobu.
Zliatina na báze niklu je v súčasnosti najpoužívanejšou vysokoteplotnou zliatinou a používa sa hlavne v pracovných prostrediach, ako je vysoká teplota, silná kyselina alebo zásada a silná oxidácia. Jeho vývoj a používanie sa začalo koncom tridsiatych rokov minulého storočia na pozadí toho, že vznik prúdových lietadiel kládol vyššie požiadavky na výkon vysokoteplotných zliatin. Tento článok predstaví zliatiny na báze niklu z nasledujúcich aspektov.
1. Typ
Delené podľa výkonu:
Zliatina odolná voči korózii na báze niklu: Hlavnými zliatinovými prvkami sú meď, chróm a molybdén. Má dobrý komplexný výkon a odoláva rôznym kyslým koróziám a korózii pod napätím. Zahŕňa hlavne zliatinu niklu a medi (Ni-Cu) (zliatina Monel), zliatinu niklu a chrómu (Ni-Cr) (žiaruvzdorná zliatina na báze niklu, séria Incoloy, Inconel), zliatinu niklu a molybdénu (Ni-Mo) ( Hastelloy série B), zliatina nikel-chróm-molybdén (Ni-Cr-Mo) (hlavne séria Hastelloy C) atď. Zároveň je čistý nikel typickým predstaviteľom zliatin odolných voči korózii na báze niklu.
Zliatina na báze niklu odolná voči opotrebovaniu: Hlavnými zliatinovými prvkami sú chróm, molybdén a volfrám a tiež obsahujú malé množstvá nióbu, tantalu a india. Okrem odolnosti proti opotrebeniu má tiež dobré antioxidačné, korózne a zváracie vlastnosti.
Presné zliatiny na báze niklu: vrátane mäkkých magnetických zliatin na báze niklu, presných odporových zliatin na báze niklu a elektrotepelných zliatin na báze niklu atď. Najbežnejšie používanou mäkkou magnetickou zliatinou je Permalloy, ktorá obsahuje asi 80 % niklu. Má vysokú maximálnu magnetickú permeabilitu a počiatočnú magnetickú permeabilitu a nízku koercitívnu silu. Je to dôležitý materiál železného jadra v elektronickom priemysle. Hlavnými legovacími prvkami presnej odporovej zliatiny na báze niklu sú chróm, hliník a meď. Táto zliatina má vysoký odpor, nízky teplotný koeficient odporu a dobrú odolnosť proti korózii a používa sa na výrobu odporov. Elektrická vykurovacia zliatina na báze niklu je zliatina niklu obsahujúca 20 % chrómu. Má dobré antioxidačné a antikorózne vlastnosti a môže sa používať dlhodobo pri teplotách 1000 až 1100 stupňov.
Zliatina s pamäťou na báze niklu: zliatina niklu obsahujúca 50 (at) % titánu. Jeho regeneračná teplota je 70 stupňov a jeho efekt tvarovej pamäte je dobrý. Malá zmena podielu niklu a titánu môže zmeniť teplotu regenerácie v rozsahu 30 až 100 stupňov.
2. Charakteristika bežne používaných zliatin na báze niklu
Inconel 600: Má dobrú odolnosť proti korózii a oxidácii pri vysokej teplote, vynikajúce vlastnosti pri spracovaní a zváraní za tepla a za studena a má uspokojivú tepelnú pevnosť a vysokú plasticitu pod 700 stupňov;
Inconel 625: Vynikajúca odolnosť voči jamkovej korózii, štrbinovej korózii, medzikryštalickej korózii a erózii v chloridových médiách; odolnosť voči kyselinám a dobrá zvárateľnosť; verzie Inconel 625 s nízkym cyklom únavy sú bežne používané mechy.
Inconel 690: Obsah kobaltu je nízky, vhodný pre aplikácie súvisiace s jadrovou energiou a odpor je nízky. Napríklad teplonosné rúrky parných generátorov v jadrových elektrárňach s tlakovodným reaktorom sú všetky vyrobené z materiálu 690.
Inconel 713C: Odlievacia zliatina na báze niklu a chrómu tvrdená zrážaním.
Inconel 718: S fázou zosilnenia fázy, dobrý zvárací výkon.
Inconel 751: Pridanie väčšieho obsahu hliníka mu dáva lepšiu medzu pevnosti v rozsahu vysokých teplôt blízko 870 stupňov.
Inconel 792: Pridaním väčšieho obsahu hliníka je odolnejší voči korózii pri vysokých teplotách, vďaka čomu je vhodný na výrobu plynových turbín.
Inconel 939: spevnenie fázy na zvýšenie výkonu zvárania.
Incoloy 020: Preukazuje vynikajúcu odolnosť proti korózii v chemickom prostredí obsahujúcom kyselinu sírovú, chlorid, kyselinu fosforečnú a kyselinu dusičnú.
Incoloy 028: Odolný voči kyselinám a soliam, vďaka obsahu medi je odolný voči kyseline sírovej.
Incoloy 330: Vykazuje dobrú pevnosť pri vysokých teplotách a dobrú odolnosť voči oxidačnému a redukčnému prostrediu.
Incoloy 800: Má vynikajúcu odolnosť proti koróznemu praskaniu v chloridoch, nízkokoncentrovaných vodných roztokoch NaOH a vysokoteplotnej a vysokotlakovej vode. Môže zostať stabilný a zachovať si svoju austenitickú štruktúru aj po dlhodobom vystavení vysokým teplotám.
Incoloy 803: Navrhnuté na použitie v prostrediach bohatých na síru.
Incoloy 825: Má dobrú odolnosť proti korózii pri redukčných a oxidačných kyselinách, odolnosť proti koróznemu praskaniu pod napätím, jamkovej korózii a štrbinovej korózii, vynikajúcu odolnosť proti korózii voči kyseline sírovej a kyseline fosforečnej a dobré vlastnosti pri spracovaní za tepla a za studena. , ľahké tvarovanie a zváranie za studena.
Incoloy 908: má vysokú pevnosť v ťahu, odolnosť proti rastu únavových trhlín, dobrú zvárateľnosť, metalurgickú stabilitu a ťažnosť, vysokú lomovú a rázovú húževnatosť, nízky koeficient tepelnej rozťažnosti, odolnosť proti krehnutiu kyslíkom a žiadne praskanie počas spracovania za tepla.
Incoloy 907: Vysoká pevnosť a nízky koeficient tepelnej rozťažnosti pri vysokých teplotách.
Incoloy 945X: Molybdén navrhnutý pre prostredia bohaté na chlór zvyšuje jeho odolnosť proti štrbinovej korózii a bodovej korózii.
Incoloy MA956: Vyrobené skôr mechanickým legovaním ako integrálnym taviacim procesom, je ťažké ho zvárať a na vytvorenie je potrebné ho zahriať na 200 °C.
Monel 400: Má vysokú pevnosť a vynikajúcu odolnosť proti korózii v kyslom a alkalickom prostredí, zvlášť vhodný pre redukčné podmienky. Má tiež dobrú ťažnosť a tepelnú vodivosť. Bežne sa používa v námornom inžinierstve, chemickom a uhľovodíkovom spracovaní, výmenníkoch tepla, ventiloch a čerpadlách.
Monel 401: Má vlastnosti ľahkého zvárania v ochrannej atmosfére volfrámového inertného plynu, odporového zvárania a tvrdého spájkovania. Pre špecializované elektrické a elektronické aplikácie.
Monel 404: Môže byť použitý na zváranie a kovanie pomocou bežných zváracích techník, ale nemôže byť spracovaný za tepla. Má nízku teplotu, nízku priepustnosť a dobré spájkovacie vlastnosti. Všeobecne sa používa pre tranzistory a kovové tesnenia.
Monel 405: ľahko sa reže, používa sa hlavne ako surovina pre automatické skrutkovacie stroje a vo všeobecnosti sa neodporúča pre iné aplikácie.
Monel 450: Má dobrú únavovú pevnosť a vysokú tepelnú vodivosť. Všeobecne sa používa v kondenzátoroch, destilátoroch, výparníkoch a rúrkach výmenníkov tepla, ako aj v potrubiach soľanky.
Monel K-500: Má v podstate rovnaký výkon ako Monel 400 a bežne sa používa v hriadeľoch čerpadiel, obežných kolesách, škrabkách, objímkach ropných vrtov, prístrojoch a elektronických súčiastkach.
Monel 502: má dobrú odolnosť proti tečeniu a odolnosť proti oxidácii a môže byť tiež spracovaný ako austenitická nehrdzavejúca oceľ.
Hastelloy B-2: Vynikajúca odolnosť proti korózii v redukčných prostrediach.
Hastelloy B-3: vylepšená verzia B2, má vynikajúcu odolnosť proti korózii voči kyseline chlorovodíkovej pri akejkoľvek teplote a koncentrácii;
Hastelloy C-4: Dobrá tepelná stabilita, dobrá húževnatosť a odolnosť proti korózii pri 650~1040 stupňoch ;
Hastelloy C-22: Jeho odolnosť voči rovnomernej korózii v oxidačnom médiu je lepšia ako odolnosť C-4 a C-276 a jeho odolnosť voči lokalizovanej korózii je vynikajúca;
Hastelloy C-276: má dobrú odolnosť voči oxidačnej a stredne redukčnej korózii a vynikajúcu odolnosť voči korózii pod napätím;
Hastelloy C-2000: Najkomplexnejšia zliatina odolná voči korózii s vynikajúcou rovnomernou odolnosťou proti korózii v oxidačnom aj redukčnom prostredí;
Hastelloy G-30: Zliatina na báze niklu s vysokým obsahom chrómu, vynikajúci výkon v kyseline fosforečnej a iných silne oxidujúcich zmesných kyslých médiách;
Hastelloy X: Kombinovaná vysoká pevnosť, antioxidant a jednoduché spracovanie.
3. Porovnanie charakteristík bežne používaných značiek
1. Chemické zloženie N5 je podobné ako N02201 a chemické zloženie N6 a N7 je podobné ako N02200. Keďže N02200 má obsah uhlíka menší alebo rovný 0,15 %, grafitizuje pri 315 stupňoch a robí materiál krehkým, takže maximálna použitá teplota je 315 stupňov.
2. 800, 800H a 800HT majú rovnaké chemické zloženie prvkov v norme ASME. 800 má najnižší obsah uhlíka, teplota žíhania je 982-1038 stupňov a teplota použitia je nižšia ako 600 stupňov; 800H má obmedzený obsah Al+Ti a po špeciálnej úprave tuhým roztokom (1121-1177 stupeň) sú zrná kryštálu hrubé a zrná sú ASTM- 5.0, odolnosť proti pretrhnutiu pri tečení nad 600 stupňov sa výrazne zlepšuje; 800HT zvyšuje obsah Al+Ti a po špeciálnej úprave tuhým roztokom (1121-1177 stupeň) sú kryštálové zrná hrubé a veľkosť zrna je ASTM-5.0, Najvyššia odolnosť proti pretrhnutiu pri tečení nad 700 stupňa sa výrazne zlepšuje. Ak je teplota tepelného spracovania príliš vysoká, zrná materiálu sa roztiahnu, budú mať vyššiu medzu tečenia a medzu trvalej pevnosti a znížia húževnatosť. Vyššie teploty tepelného spracovania vedú k rýchlejšej nukleácii a zvýšenému počtu kryštálov. V tomto čase sú zrná pomerne jemné. Keď sa doba držania predĺži, zrná budú rásť. Keď je rýchlosť chladenia pomalá, zrná sa tiež zväčšia. Vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je teplota (menší gradient), tým väčšia je veľkosť zrna. Čím menšie zrná, tým vyššia pevnosť a tvrdosť a lepšia plasticita a húževnatosť. Vo vysokoteplotnom pracovnom prostredí však zrná zhrubnú a celková dĺžka hraníc zŕn sa zníži. Zlepšuje sa deformácia alebo poškodenie spôsobené kĺzaním pozdĺž hraníc zŕn alebo tečenie.
3. Hlavné chemické zloženie N06600: 72Ni-15Cr-8Fe, hlavné chemické zloženie N08800: 33Ni-42Fe-21Cr, čo je ekvivalentné deleniu Obsah 72Ni v N06600 na 33Ni{12}}Fe a zníženie nákladov výmenou časti niklu.
4. Hlavné chemické zloženie N10675 je 65Ni-29,5Mo-2Fe-2Cr a chemické zloženie N10276 je 54Ni-16Mo-15Cr . Dá sa to približne považovať za rozdelenie 29,5 Mo v N10675 na 16 Mo+15Cr. Vďaka zvýšeniu obsahu Cr má materiál odolnosť proti oxidácii. Schopnosť média korodovať.
4. Definícia pojmov
Grafitizácia: Nízkouhlíková oceľ prechádza pri dlhodobom vystavení 450 stupňom grafitizačnej transformácii a štruktúra cementitu sa rozkladá na Fe3C=3Fe+C (grafit).
Creep: Kovové materiály sa lámu pozdĺž hraníc zŕn pri dlhodobom zaťažení vysokou teplotou.
Ošetrenie tuhým roztokom: Nechajte vyzrážanú fázu Cr23C6 zlúčeninu a σ fázu (FeCr krehká fáza) znovu rozpustiť do austenitickej štruktúry, aby sa vytvorila nasýtená austenitová štruktúra.
Senzibilizačná úprava: Pri dlhodobom zotrvaní v rozsahu 400-800 stupňov bude štruktúra austenitu v hraniciach karbidových zŕn ochudobnená o chróm v dôsledku tvorby Cr23C6.
Medzikryštalická korózia: Zlúčenina Cr23C6 vytvorená v štruktúre austenitu spôsobuje ochudobnenie chrómu na hraniciach karbidových zŕn. Obsah Cr v materiáli je menší ako 12 % a zrná materiálu sa štiepia.
Modul pružnosti: pomer napätia k deformácii počas štádia elastickej deformácie.
Poissonov pomer: pomer relatívnej zmeny priečnej veľkosti/pozdĺžnej veľkosti počas štádia elastickej deformácie.
Lineárny koeficient rozťažnosti: Lineárna dĺžka a objem kryštálu sa zväčšujú so zvyšujúcou sa teplotou.
