Niklipõhised sulamid kõrgtemperatuuriliste sulamite jaoks
Niklipõhine sulam
Kõrgtemperatuurilised sulamid viitavad raua, nikli ja koobalti baasil valmistatud metallmaterjalidele, mis võivad töötada kõrgel temperatuuril üle 600 kraadi ja teatud pinge all pikka aega ning millel on kõrge tugevus kõrgel temperatuuril, hea oksüdatsioonikindlus ja kuuma korrosioonikindlus. , hea väsimus- ja purunemiskindlus ning muud kõikehõlmavad omadused, nimetatakse seda Euroopas ja Ameerika Ühendriikides supersulamiks. Tavaliselt kasutatakse seda komponentide jaoks, mis töötavad pikka aega kõrgel temperatuuril (600–1200 kraadi) ja keerulistes pingetingimustes.
Niklipõhine sulam on praegu kõige laialdasemalt kasutatav kõrgtemperatuuriline sulam ja seda kasutatakse peamiselt sellistes töökeskkondades nagu kõrge temperatuur, tugev hape või leelis ja tugev oksüdatsioon. Selle väljatöötamine ja kasutamine algas 1930. aastate lõpus taustal, et reaktiivlennukite ilmumine seadis kõrgemad nõuded kõrge temperatuuriga sulamite jõudlusele. See artikkel tutvustab niklipõhiseid sulameid järgmistest aspektidest.
1. Tüüp
Jagatud vastavalt jõudlusele:
Niklipõhine korrosioonikindel sulam: peamised sulamielemendid on vask, kroom ja molübdeen. Sellel on hea terviklik jõudlus ja see talub mitmesuguseid happekorrosiooni ja pingekorrosiooni. Sisaldab peamiselt nikli-vase (Ni-Cu) sulamit (Monel sulam), nikli-kroomi (Ni-Cr) sulamit (niklipõhine kuumakindel sulam, Incoloy, Inconel seeria), nikli-molübdeeni (Ni-Mo) sulamit ( Hastelloy B seeria), nikli-kroom-molübdeeni (Ni-Cr-Mo) sulam (peamiselt Hastelloy C-seeria) jne. Samas on puhas nikkel ka tüüpiline niklipõhiste korrosioonikindlate sulamite esindaja.
Niklipõhine kulumiskindel sulam: Peamised sulami elemendid on kroom, molübdeen ja volfram ning sisaldavad ka väikeses koguses nioobiumi, tantaali ja indiumi. Lisaks kulumiskindlusele on sellel ka head oksüdatsiooni-, korrosiooni- ja keevitusomadused.
Niklipõhised täppissulamid: sealhulgas niklipõhised pehmed magnetsulamid, niklipõhised täppistakistussulamid ja niklipõhised elektrotermilised sulamid 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 mälusulam: 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.
2. Tavaliselt kasutatavate niklipõhiste sulamite omadused
Inconel 600: sellel on hea kõrge temperatuuri korrosiooni- ja oksüdatsioonikindlus, suurepärased kuuma- ja külmatöötlus- ja keevitusomadused ning rahuldav termiline tugevus ja kõrge plastilisus alla 700 kraadi;
Inconel 625: suurepärane vastupidavus täppide, pragude korrosioonile, teradevahelisele korrosioonile ja erosioonile kloriidkeskkonnas; happekindel ja hea keevitatavus; Inconel 625 madala tsükliga väsimuse versioonid on tavaliselt kasutatavad lõõtsad.
Inconel 690: koobaltisisaldus on madal, sobib tuumaenergiaga seotud rakendusteks ja takistus on madal. Näiteks surveveereaktoriga tuumaelektrijaamade aurugeneraatorite soojusülekandetorud on kõik 690 materjalist.
Inconel 713C: Sadestumisega karastatud nikkel-kroom põhinev valusulam.
Inconel 718: "faasi tugevdamise faasiga, hea keevitusvõime.
Inconel 751: Suurema alumiiniumisisalduse lisamine annab sellele parema purunemistugevuse kõrgel temperatuuril 870 kraadi lähedal.
Inconel 792: Suurema alumiiniumisisalduse lisamine muudab selle kõrgetel temperatuuridel korrosioonikindlamaks, mistõttu sobib see gaasiturbiinide tootmiseks.
Inconel 939: faasi tugevdamine keevitusvõime suurendamiseks.
Incoloy 020: demonstreerib suurepärast korrosioonikindlust keemilises keskkonnas, mis sisaldab väävelhapet, kloriidi, fosforhapet ja lämmastikhapet.
Incoloy 028: vastupidav nii hapetele kui sooladele, vasesisaldus muudab selle vastupidavaks väävelhappele.
Incoloy 330: sellel on hea tugevus kõrgel temperatuuril ja hea vastupidavus oksüdeerivale ja redutseerivale keskkonnale.
Incoloy 800: sellel on suurepärane vastupidavus pingekorrosioonipragunemisele kloriidis, madala kontsentratsiooniga NaOH vesilahustes ning kõrge temperatuuri ja kõrgsurve vees. See võib püsida stabiilsena ja säilitada oma austeniitse struktuuri isegi pärast pikaajalist kokkupuudet kõrgete temperatuuridega.
Incoloy 803: mõeldud kasutamiseks väävlirikastes keskkondades.
Incoloy 825: sellel on hea korrosioonikindlus redutseerivates ja oksüdeerivates hapetes, vastupidavus pingekorrosioonipragunemisele, punktkorrosioonile ja pragukorrosioonile, suurepärane korrosioonikindlus väävelhappe ja fosforhappe suhtes ning head kuum- ja külmtöötlusomadused. , lihtne külmvormida ja keevitada.
Incoloy 908: sellel on kõrge tõmbetugevus, vastupidavus väsimuspragude kasvule, hea keevitatavus, metallurgiline stabiilsus ja elastsus, kõrge murdumis- ja löögikindlus, madal soojuspaisumistegur, vastupidavus hapniku haprusele ja kuumtöötluse ajal pragude puudumine.
Incoloy 907: kõrge tugevus ja madal soojuspaisumistegur kõrgetel temperatuuridel.
Incoloy 945X: Mõeldud klooririkkasse keskkonda, suurendab molübdeen selle vastupidavust pragukorrosioonile ja punktkorrosioonile.
Incoloy MA956: valmistatud mehaanilise legeerimisega, mitte integreeritud sulatusprotsessiga, seda on raske keevitada ja moodustamiseks tuleb seda kuumutada temperatuurini 200 C.
Monel 400: sellel on kõrge tugevus ja suurepärane korrosioonikindlus happelises ja aluselises keskkonnas, mis sobib eriti hästi vähendavate tingimuste jaoks. Sellel on ka hea plastilisus ja soojusjuhtivus. Tavaliselt kasutatakse mereehituses, keemilises ja süsivesinike töötlemises, soojusvahetites, ventiilides ja pumpades.
Monel 401: sellel on kerge volframist inertgaasiga varjestatud keevitus-, takistuskeevitus- ja kõvajoodisjootmise omadused. Spetsiaalsete elektri- ja elektroonikaseadmete jaoks.
Monel 404: saab kasutada keevitamiseks ja sepistamiseks tavaliste keevitustehnikate abil, kuid seda ei saa kuumtöödelda. Sellel on madal temperatuur, madal läbilaskvus ja head jootmisomadused. Tavaliselt kasutatakse transistoride ja metalltihendite jaoks.
Monel 405: lihtne lõigata, kasutatakse peamiselt automaatsete kruvimasinate toorainena ja üldiselt ei soovitata seda kasutada muudeks rakendusteks.
Monel 450: sellel on hea väsimustugevus ja kõrge soojusjuhtivus. Tavaliselt kasutatakse kondensaatorites, destilleerijates, aurustites ja soojusvaheti torudes ning soolveetorudes.
Monel K-500: sellel on põhimõtteliselt sama jõudlus kui Monel 400-l ja seda kasutatakse tavaliselt pumbavõllides, tiivikutes, kaabitsates, õlipuuraukude kraedes, instrumentides ja elektroonilistes komponentides.
Monel 502: on hea roomamis- ja oksüdatsioonikindlusega ning seda saab töödelda ka nagu austeniitset roostevaba terast.
Hastelloy B-2: suurepärane korrosioonikindlus vähendavas keskkonnas.
Hastelloy B-3: B2 täiustatud versioon, millel on suurepärane korrosioonikindlus vesinikkloriidhappe suhtes igal temperatuuril ja kontsentratsioonil;
Hastelloy C-4: hea termiline stabiilsus, hea sitkus ja korrosioonikindlus 650–1040 kraadi juures;
Hastelloy C-22: selle vastupidavus ühtlasele korrosioonile oksüdeerivates keskkonnas on parem kui C-4 ja C-276 ning selle vastupidavus lokaalsele korrosioonile on suurepärane;
Hastelloy C-276: hea vastupidavus oksüdatiivsele ja mõõdukale redutseerivale korrosioonile ning suurepärane vastupidavus pingekorrosioonile;
Hastelloy C-2000: kõige põhjalikum korrosioonikindel sulam, millel on suurepärane ühtlane korrosioonikindlus nii oksüdeerivas kui ka redutseerivas keskkonnas;
Hastelloy G{0}}: niklipõhine sulam suure kroomisisaldusega, suurepärase jõudlusega fosforhappes ja muudes tugevalt oksüdeerivates happesegude keskkonnas;
Hastelloy X: kombineeritud kõrge tugevusega, antioksüdant ja lihtne töödelda.
3. Üldkasutatavate kaubamärkide omaduste võrdlus
1. N5 keemiline koostis on sarnane N02201-ga ning N6 ja N7 keemiline koostis on sarnane N02200-ga. Kuna N02200 süsinikusisaldus on 0,15% või väiksem, grafitiseerub see 315 kraadi juures ja muudab materjali hapraks, seega on maksimaalne kasutatav temperatuur 315 kraadi.
2. 800, 800H ja 800HT on ASME standardis sama keemilise elemendi koostisega. 800 on madalaima süsinikusisaldusega, lõõmutamistemperatuur on 982-1038 kraadi ja kasutustemperatuur alla 600 kraadi; 800H on piiratud Al+Ti sisaldusega ja pärast spetsiaalset tahke lahusega töötlemist (1121-1177 kraadi) on kristalli terad jämedad ja terad on ASTM- 5.0, roomamisrebenemiskindlus üle 600 kraadi on oluliselt paranenud; 800HT suurendab Al+Ti sisaldust ja pärast spetsiaalset tahke lahusega töötlemist (1121-1177 kraadi) on kristalli terad jämedad ja tera suurus on ASTM-5.0, kõrgeim roomamisrebenemiskindlus üle 700 aste on oluliselt paranenud. Kui kuumtöötlemise temperatuur on liiga kõrge, paisuvad materjali terad, neil on kõrgem roomamispiir ja püsiva tugevuse piir ning väheneb tugevus. Kõrgemad kuumtöötlustemperatuurid põhjustavad kiiremat tuuma moodustumist ja kristallide arvu suurenemist. Sel ajal on terad suhteliselt peened. Kui säilivusaeg pikeneb, hakkavad terad kasvama. Kui jahutuskiirus on aeglane, muutuvad ka terad suuremaks. Üldiselt võib öelda, et mida kõrgem on temperatuur (väiksem gradient), seda suurem on tera suurus. Mida väiksemad terad, seda suurem on tugevus ja kõvadus ning parem plastilisus ja sitkus. Kõrge temperatuuriga töökeskkonnas muutuvad aga terad jämedamaks ja terade piiride kogupikkus väheneb. Paraneb piki terapiire libisemisest põhjustatud deformatsioon või kahjustus või roomevõime.
3. N06600 peamine keemiline koostis: 72Ni-15Cr-8Fe, N08800 peamine keemiline koostis: 33Ni-42Fe-21Cr, mis võrdub 72Ni sisaldus N06600-s 33Ni+45Fe-ks ja kulude vähendamine, asendades osa niklist.
4. N10675 põhiline keemiline koostis on 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr ja N10276 keemiline koostis on 54Ni-16Mo-15Cr . Seda võib ligikaudselt käsitleda nii, et N10675 29,5 Mo jagab 16 Mo{15}}Cr. Cr-sisalduse suurenemise tõttu on materjalil oksüdatsioonikindlus. Meedia võime korrodeeruda.
4. Mõistete defineerimine
Grafitiseerimine: madala süsinikusisaldusega teras läbib grafitisatsioonimuutuse pikaajalisel kokkupuutel 450 kraadiga ja tsementiidi struktuur laguneb Fe3C=3Fe+C-ks (grafiidiks).
Rooma: Metallmaterjalid purunevad piki terade piire pikaajalise kõrge temperatuuriga koormuse korral.
Tahke lahuse töötlemine: Laske sadestunud faasi Cr23C6 ühend ja σ faas (FeCr rabe faas) uuesti lahustada austeniidi struktuuris, et moodustada küllastunud austeniidi struktuur.
Sensibiliseerimisravi: püsides pikka aega vahemikus 400-800 kraadi, on austeniidi struktuur Cr23C6 moodustumise tõttu karbiidi terade piirides kroomivaene.
Teradevaheline korrosioon: Austeniidi struktuuris moodustunud Cr23C6 ühend põhjustab karbiidi tera piirides kroomi ammendumist. Materjali Cr-sisaldus on alla 12% ja materjali terad lõhenevad.
Elastsusmoodul: pinge ja deformatsiooni suhe elastse deformatsiooni etapis.
Poissoni suhe: põiki suuruse ja pikisuunalise suuruse suhteline muutumise suhe elastse deformatsiooni etapis.
Lineaarne paisumistegur: Kristalli lineaarne pikkus ja maht suurenevad temperatuuri tõustes.
