Mis on niklipõhised sulamid? Selle kõige mõistmiseks lugege seda artiklit!
Niklipõhine sulam viitab sulamitüübile, millel on laiaulatuslikud omadused, nagu kõrge tugevus ja teatav vastupidavus oksüdatsioonile ja korrosioonile kõrgetel temperatuuridel 650–1000 kraadi.
Põhiomaduste järgi jagunevad need niklipõhisteks kuumakindlateks sulamiteks, niklipõhisteks korrosioonikindlateks sulamiteks, niklipõhisteks kulumiskindlateks sulamiteks, niklipõhisteks täppissulamiteks ja niklipõhisteks kujumälusulamiteks.
Kõrgtemperatuurilised sulamid jagunevad erinevate aluspindade järgi rauapõhisteks kõrgtemperatuurilisteks sulamiteks, niklipõhisteks kõrgtemperatuurilisteks sulamiteks ja koobaltipõhisteks kõrgtemperatuurilisteks sulamiteks. Nende hulgas nimetatakse niklipõhiseid kõrge temperatuuriga sulameid niklipõhisteks sulamiteks.
Niklipõhiste sulamite tüüpilised materjalid on järgmised:
1. Incoloy sulam, näiteks Incoloy800, põhikomponent on; 32Ni-21Cr-Ti, Al; see on kuumakindel sulam;
2. Inconel sulam, nagu Inconel600, põhikomponent on; 73Ni-15Cr-Ti, Al; see on kuumakindel sulam;
3. Hastelloy sulam, nt Hastelloy C-276, põhikomponent on; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; see on korrosioonikindel sulam;
4. Moneli sulam, see tähendab Monel sulam, näiteks Monel 400, põhikomponent on; 65Ni-34Cu; see on korrosioonikindel sulam;
Peamised legeerivad elemendid
Peamised legeerivad elemendid on kroom, volfram, molübdeen, koobalt, alumiinium, titaan, boor, tsirkoonium jne. Nende hulgas on Cr, Ai jt peamiselt antioksüdandi roll ning teistel elementidel on tahke lahuse tugevdamine, sademete tugevdamine ja teravilja piiri tugevdamine.
Sellel on kõrge tugevus ja teatav vastupidavus oksüdatsioonile ja korrosioonile kõrgetel temperatuuridel 650–1000 kraadi. Piisavalt kõrge temperatuuritugevuse ning oksüdatsiooni- ja korrosioonikindluse tõttu kasutatakse seda sageli lennukimootorite labade, rakettmootorite, tuumareaktorite ja energia muundamise seadmete valmistamisel. Kõrge temperatuuriga osad.
Arengu ajalugu
Niklipõhised kõrgtemperatuurilised sulamid (edaspidi niklipõhised sulamid) töötati välja 1930. aastate lõpus. Ühendkuningriik tootis 1941. aastal esmakordselt niklipõhise sulami Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti); roometugevuse parandamiseks lisati Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al) väljatöötamiseks alumiiniumi. Ameerika Ühendriigid -1940s, Nõukogude Liit 1940. aastate lõpus ja Hiina -1950ndate keskel töötasid samuti välja niklipõhiseid sulameid. Niklipõhiste sulamite väljatöötamine hõlmab kahte aspekti: sulami koostise parandamine ja tootmisprotsesside uuendamine. 1950. aastate alguses lõi vaakumsulatustehnoloogia areng tingimused kõrge alumiiniumi ja titaanisisaldusega niklipõhiste sulamite rafineerimiseks. Enamik varajastest niklipõhistest sulamitest olid deformeerunud sulamid. 1950. aastate lõpus nõuti turbiinilabade töötemperatuuri tõusu tõttu sulamil kõrgemat tugevust kõrgel temperatuuril. Kui aga sulami tugevus oli kõrge, oli seda raske või isegi võimatu deformeerida. Seetõttu kasutati hea jõudlusega sulamite seeria väljatöötamiseks investeerimisvalu tehnoloogiat. Kõrge temperatuuri tugevusega valusulam. Kesk-1960} töötati välja suundkristallimine ja paremate omadustega monokristallilised supersulamid ja pulbermetallurgia supersulamid. Laevade ja tööstuslike gaasiturbiinide vajaduste rahuldamiseks on alates 1960. aastatest välja töötatud mitmeid kõrge kroomisisaldusega niklipõhiseid sulameid, millel on hea kuumkorrosioonikindlus ja stabiilne struktuur. Umbes 40 aasta jooksul 1940. aastate algusest 1970. aastate lõpuni tõusis niklipõhiste sulamite töötemperatuur 700 kraadilt 1100 kraadini, kusjuures keskmine tõus on umbes 10 kraadi aastas.
Koostisosad ja omadused
Kõige laialdasemalt kasutatakse niklipõhiseid supersulameid. Peamised põhjused seisnevad selles, et esiteks võivad niklipõhised sulamid lahustada rohkem sulamielemente ja säilitada parema struktuurilise stabiilsuse; teiseks võivad need moodustada koherentseid ja järjestatud A3B-tüüpi intermetallilisi ühendeid [Ni3(Al, Ti)] Tugevdusfaasina saab sulamit tõhusalt tugevdada ja saavutada kõrgel temperatuuril kõrgema tugevuse kui rauapõhised supersulamid ja koobaltipõhised supersulamid; kolmandaks on kroomi sisaldavatel niklipõhistel sulamitel paremad oksüdatsiooni- ja vastupidavusomadused kui rauapõhistel supersulamitel. Gaasi korrosioonivõime. Niklipõhised sulamid sisaldavad enam kui kümmet elementi, mille hulgas Cr mängib peamiselt oksüdatsiooni- ja korrosioonivastast rolli ning muud elemendid peamiselt tugevdavat rolli. Tugevdusrežiimi järgi võib need jagada: tahke lahusega tugevdavateks elementideks, nagu volfram, molübdeen, koobalt, kroom ja vanaadium; sademeid tugevdavad elemendid, nagu alumiinium, titaan, nioobium ja tantaal; terade piire tugevdavad elemendid, nagu boor, tsirkoonium, magneesium ja haruldased muldmetallid jne.
Niklipõhised kõrgtemperatuurilised sulamid hõlmavad tahke lahusega tugevdatud sulamid ja sademega tugevdatud sulamid vastavalt nende tugevdamismeetoditele.
Tootmisprotsess
Sulatamise osas: puhtama sulaterase saamiseks vähendada gaasisisaldust ja kahjulike elementide sisaldust; samas, kuna mõnes sulamis on kergesti oksüdeeruvad elemendid nagu Al, Ti jne, on mittevaakuumsulatus raskesti kontrollitav; ja parema termoplastilisuse saavutamiseks sulatatakse niklipõhised kuumuskindlad sulamid tavaliselt vaakum-induktsioonahjudes või isegi toodetakse vaakum-induktsioonsulatamise pluss vaakumtarbimisega ahjude või elektriräbu ahju ümbersulatamise meetoditega.
Deformatsiooni osas: kasutatakse sepistamis- ja valtsimisprotsesse. Halva termoplastsusega sulamite puhul kasutatakse ühtlast ekstrusiooni ja seejärel valtsimist või otsepressimist pehme terasest (või roostevabast terasest) mantliga. Deformatsiooni eesmärk on lõhkuda valustruktuuri ja optimeerida mikrostruktuuri.
Valamine: põhisulami sulatamiseks kasutatakse tavaliselt vaakum-induktsioonahju, et tagada koostis ja kontrollida gaasi- ja lisandite sisaldust ning osad valmistatakse vaakum-ümbersulatamise täppisvalu abil.
Kuumtöötlus: deformeerunud sulamid ja mõned valatud sulamid vajavad kuumtöötlust, sealhulgas lahustöötlust, vahepealset töötlemist ja vananemist. Võttes näiteks sulami Udmet 500, on selle kuumtöötlussüsteem jagatud neljaks etapiks: lahustöötlus, 1175 kraadi, 2 tundi, õhkjahutus; vahetöötlus, 1080 kraadi, 4 tundi, õhkjahutus; esmane vananemistöötlus, 843 kraadi, 24 tundi, õhkjahutus; sekundaarne vananemistöötlus, 760 kraadi, 16 tundi, õhkjahutus. Nõutava organisatsioonilise staatuse ja hea üldise tulemuslikkuse saavutamiseks.
Niklipõhine korrosioonikindel sulam
Peamised legeerivad elemendid on vask, kroom ja molübdeen. Sellel on hea terviklik jõudlus ja see talub mitmesuguseid happekorrosiooni ja pingekorrosiooni. Varaseim rakendus (toodeti USA-s 1905. aastal) oli nikli-vase (Ni-Cu) sulam, tuntud ka kui Moneli sulam (Monel alloy Ni 70 Cu30); lisaks on olemas nikkel-kroom (Ni-Cr) sulam (st niklipõhine kuumakindel sulam, korrosioonikindlate sulamite hulgas kuumad korrosioonikindlad sulamid), nikli-molübdeeni (Ni-Mo) sulamid (peamiselt viitab Hastelloy B-seeria, kodumaiste professionaalsete korrosioonikindlate sulamite tootjate hulka kuuluvad Pekingi raua- ja teraseuuringute instituut, Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd., Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. jm), nikli-kroomi-molübdeeni (Ni-Cr-Mo) sulam (peamiselt viitab Hastelloy C-seeriale, kodumaiste professionaalsete korrosioonikindlate sulamite tootjate hulka kuuluvad Pekingi raua- ja teraseuuringute instituut, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. jne). Samas on puhas nikkel ka niklipõhiste korrosioonikindlate sulamite tüüpiline esindaja. Neid niklipõhiseid korrosioonikindlaid sulameid kasutatakse peamiselt erinevate korrosioonikindlate keskkondade, näiteks nafta, keemiatööstuse, elektrienergia jne jaoks mõeldud osade valmistamiseks.
Kategooria Niklipõhised korrosioonikindlad sulamid on enamasti austeniitse struktuuriga. Tahke lahuse ja vananemistöötluse olekus on sulami austeniitmaatriksil ja terapiiridel metallidevahelised faasid ja metallikarbonitriidid. Erinevad korrosioonikindlad sulamid klassifitseeritakse nende koostise järgi ja nende omadused on järgmised:
Ni-Cu sulami korrosioonikindlus on redutseerivas keskkonnas parem kui nikli oma ja selle korrosioonikindlus on parem kui vasel oksüdeerivas keskkonnas. See on vastupidav kõrge temperatuuriga gaasilise fluori, vesinikfluoriidi ja vesinikfluoriidi suhtes hapniku ja oksüdeerija puudumisel. Parim materjal hapete jaoks (vt Metalli korrosioon).
Ni-Cr sulam on niklipõhine kuumakindel sulam; seda kasutatakse peamiselt oksüdeeriva keskkonna tingimustes. Vastupidav kõrgel temperatuuril oksüdatsioonile ja korrosioonile väävlit, vanaadiumi ja muid gaase sisaldavatest gaasidest, selle korrosioonikindlus suureneb koos kroomisisalduse suurenemisega. Seda tüüpi sulamitel on ka hea vastupidavus hüdroksiidi (nagu NaOH, KOH) korrosioonile ja pingekorrosioonile.
Ni-Mo sulamit kasutatakse peamiselt keskmise korrosiooni vähendamise tingimustes. See on parim sulam, mis talub vesinikkloriidhappe korrosiooni, kuid hapniku ja oksüdeerijate juuresolekul väheneb korrosioonikindlus oluliselt.
Ni-Cr-Mo(W) sulamil on ülalmainitud Ni-Cr sulami ja Ni-Mo sulami omadused. Kasutatakse peamiselt oksüdatsiooni-redutseerimise segakeskkonna tingimustes. Seda tüüpi sulamitel on hea korrosioonikindlus kõrgel temperatuuril vesinikfluoriidi gaasis, hapnikku ja oksüdante sisaldavates vesinikkloriidhappe ja vesinikfluoriidhappe lahustes ning toatemperatuuril märjas kloorigaasis.
Ni-Cr-Mo-Cu sulam on vastupidav nii lämmastikhappe kui ka väävelhappe korrosioonile ning sellel on ka hea korrosioonikindlus mõnes oksüdatsiooni-redutseerivas segahappes.
Niklipõhine kulumiskindel sulam
Peamised legeerivad elemendid on kroom, molübdeen ja volfram ning sisaldavad väikeses koguses nioobiumi, tantaali ja indiumi. Lisaks kulumiskindlusele on sellel ka head oksüdatsiooni-, korrosiooni- ja keevitusomadused. Seda saab kasutada kulumiskindlate osade valmistamiseks ning seda saab kasutada ka kattematerjalina teiste alusmaterjalide pinna katmiseks pindamis- ja pihustusprotsesside kaudu.
Niklipõhiste sulamipulbrite hulka kuuluvad isesoostuv sulamipulber ja mitteisesulav sulamipulber.
Mitte-isesulav niklipõhine pulber viitab niklipõhisele sulamipulbrile, mis ei sisalda B-d, Si-d või on madala B- ja Si-sisaldusega. Seda tüüpi pulbrit kasutatakse laialdaselt plasmakaare pihustuskatetes, leekpihustuskatetes ja plasmapinna tugevdamisel. Sisaldab peamiselt: Ni-Cr sulami pulber, Ni-Cr-Mo sulami pulber, Ni-Cr-Fe sulami pulber, Ni-Cu sulami pulber, Ni-P ja Ni-Cr-P sulami pulber, Ni-Cr-Mo-Fe Sulami pulber, Ni-Cr-Mo-Si kõrge kulumiskindlusega sulami pulber, Ni-Cr-Fe-Al sulami pulber, Ni-Cr-Fe-Al-B-Si sulami pulber, Ni-Cr-Si sulami pulber, Ni - Cr-W-põhine kulumis- ja korrosioonikindel sulamipulber jne.
Sobivate koguste B ja Si lisamine niklisulami pulbrile moodustab niklipõhise isevoolava sulamipulbri. Niinimetatud isevalguv sulamipulber, tuntud ka kui eutektiline sulam ja kõvakattega sulam, on pulbrite sari, mis on moodustatud sulamielementide (peamiselt boori ja räni) lisamisel, mis võivad moodustada niklile, koobaltile ja rauale madala sulamistemperatuuriga eutektika -põhised sulamid. Materjal. Tavaliselt kasutatavad niklipõhised isevoolavad sulamipulbrid hõlmavad Ni-B-Si sulamipulbrit, Ni-Cr-B-Si sulamipulbrit, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu , Kõrge molübdeeni nikli sisaldusega iselustuv sulami pulber, kõrge kroomisisaldusega molübdeeni nikli sisaldusega isevoolnev sulami pulber, Ni-Cr-WC-põhine isevooliv sulami pulber, kõrge vasesisaldusega iselustuv sulami pulber, volframkarbiidi dispersioonnikkel- põhinev isesoostuv sulamipulber Sulamipulber jne.
Erinevate elementide roll sulamites:
●Boori ja räni elementide roll: alandage oluliselt sulami sulamistemperatuuri, laiendage tahke-vedeliku temperatuuritsooni ja moodustavad madala sulamistemperatuuriga eutektika; omavad deoksüdatsiooni vähendamise ja räbu tekitamise funktsioone; kõvastada ja tugevdada katet; parandada tööprotsessi jõudlust.
● Vaseelemendi roll: parandada korrosioonikindlust mitteoksüdeerivate hapete suhtes.
●Kroomelemendi roll: tahke lahuse tugevdamine ja passiveerimine; korrosioonikindluse ja kõrge temperatuuriga oksüdatsioonikindluse parandamine; liigne kroom moodustab kergesti kroomkarbiidi ja kroomboriidi kõvad faasid süsiniku ja booriga, et parandada sulami kõvadust ja kulumiskindlust sugu.
●Molübdeeni elemendi roll: selle suur aatomiraadius põhjustab pärast tahket lahust kristallvõre suuri moonutusi, tugevdab oluliselt sulamimaatriksit, parandab maatriksi tugevust kõrgel temperatuuril ja punast kõvadust; saab lõigata ja vähendada katte võrgustruktuuri; parandab gaasikindlust Niklipõhiste täppissulamite korrosiooni- ja erosioonivõime.
Sealhulgas niklipõhine pehme magnetsulam, niklipõhine täppistakistussulam ja niklipõhine elektrotermiline sulam jne. Kõige sagedamini kasutatav pehme magnetsulam on Permalloy, mis sisaldab umbes 80% niklit. Sellel on kõrge maksimaalne magnetiline läbilaskvus ja esialgne magnetiline läbilaskvus ning madal sundjõud. See on elektroonikatööstuses oluline rauast südamikumaterjal. Niklipõhise täppiskindlussulami peamised legeerivad elemendid on kroom, alumiinium ja vask. Sellel sulamil on kõrge eritakistus, madala temperatuuri koefitsient ja hea korrosioonikindlus ning seda kasutatakse takistite valmistamiseks. Niklipõhine elektriline küttesulam on niklisulam, mis sisaldab 20% kroomi. Sellel on head oksüdatsiooni- ja korrosioonivastased omadused ning seda saab pikka aega kasutada temperatuuril 1000–1100 kraadi.
Niklipõhine kujumälusulam
Niklisulam, mis sisaldab 50(at)% titaani. Selle taastumistemperatuur on 70 kraadi ja selle kuju mäluefekt on hea. Nikkel-titaankomponentide osakaalu väike muutus võib muuta taastumistemperatuuri vahemikus 30 kuni 100 kraadi. Enamasti kasutatakse seda kosmoselaevades kasutatavate automaatsete avanevate konstruktsiooniosade, kosmosetööstuses kasutatavate iseergastavate kinnitusdetailide, biomeditsiinis kasutatavate tehissüdamemootorite jms valmistamiseks.
