Nikkelbaserte høye temperaturlegeringer: Valg og applikasjonsguide for nikkelbaserte legeringer
En legering sammensatt av nikkel som matrisen og andre elementer kalles en nikkelbasert legering. Nikkel har utmerkede mekaniske, fysiske og kjemiske egenskaper. Å legge til passende elementer kan forbedre oksidasjonsmotstanden, korrosjonsbestandigheten og styrken med høy temperatur, og forbedre visse fysiske egenskaper. Nikkellegeringer kan brukes til elektroniske rør, presisjonslegeringer (magnetiske legeringer, presisjonsmotstandslegeringer, elektriske oppvarmingslegeringer, etc.), nikkelbaserte høye temperaturlegeringer, nikkelbaserte korrosjonsresistente legeringer, Chemics-industrien, elektrisk bransje, en energi-utvikling, en energi-bransje.
Nikkel kan danne forskjellige legeringer med kobber, jern, mangan, krom, silisium og magnesium. Blant dem er nikkel-kobber den berømte monellegeringen, som har høy styrke, god plastisitet og stabile kjemiske egenskaper i en atmosfære under 750 grader. Det er mye brukt i elektrisk industri, vakuumrør, kjemisk industri, medisinsk utstyr, skipsbyggingsindustri og andre felt.
Hva er en nikkelbasert legering?
Nikkelbaserte legeringer blir generelt referert til som legeringer med et NI-innhold på mer enn 30 wt%. NI -innholdet i vanlige produkter overstiger 50wt%. På grunn av deres utmerkede mekaniske styrke og korrosjonsbestandighet med høy temperatur, kalles nikkelbaserte legeringer sammen med jernbaserte og koboltbaserte legeringer legeringer med høy temperatur. De brukes vanligvis i miljøer med høy temperatur over 540 grader, og forskjellige legeringsdesign er valgt i henhold til bruksscenariene. De brukes ofte i spesielle korrosjonsbestandige og korrosjonsmiljøer med høy temperatur. Utstyr med mekanisk styrke med høy temperatur er nødvendig. Vanligvis brukt i romfart, energi, petrokjemiske næringer eller spesielle elektronikk\/optoelektroniske felt.
Elements rolle i nikkelbaserte legeringer
Apropos nikkelbaserte legeringer, den første tingen å snakke om er elementet nikkel.
I likhet med jern og kobber har nikkel blitt brukt som en legering siden sivilisasjonens fremkomst. Men sammenlignet med stål, messing og bronse, er nikkellegeringer latecomers i den kjemiske industrien. Med kontinuerlig fremgang av metallurgisk og produksjonsteknologi, har utviklingen av nikkellegeringer blitt fremmet, noe som har fremmet sin utbredte anvendelse i den kjemiske industrien. Nikkellegeringer har utmerket korrosjonsmotstand, styrke, seighet, metallurgisk stabilitet, prosesseringsytelse og sveiseytelse. Mange nikkellegeringer har også utmerket varmebestandighet, noe som gjør dem ideelle for applikasjoner som krever styrke med høy temperatur og kjemisk korrosjonsbestandighet ved høye temperaturer.
Hovedrollen til nikkel i nikkelbaserte legeringer er å endre krystallstrukturen til materialet. En viktig verdi av nikkel i nikkelbaserte legeringer er å danne en austenittkrystallstruktur, og dermed forbedre plastisitet, sveisbarhet og seighet.
Funksjonene til forskjellige elementer i nikkelbaserte legeringer unntatt nikkel er som følger:
Rollen til bor- og silisiumelementer: reduserer legeringspunktet betydelig, utvid det fast-væske-temperaturområdet og danner en lavsmelting eutektisk; Deoksidasjonsreduksjon og slagfjerningsfunksjon; herding og styrking av belegget; forbedre operasjonsprosessytelsen.
Kobberelementets rolle: Forbedre korrosjonsbestandighet mot ikke-oksidasjonssyrer.
Rollen til kromelementer: Solid løsning Forsterkning og passivering; forbedre korrosjonsmotstand og oksidasjonsmotstand med høy temperatur; Overdreven krom er lett å danne kromkarbid og kromborhydrid harde faser med karbon og bor, og forbedrer dermed legeringens hardhet og slitasje.
Rollen til molybdenelementer: Atomradius er stor, gitteret er betydelig forvrengt etter fast løsning, styrker legeringsmatrisen betydelig og forbedrer matrisen med høy temperatur og rød hardhet; kan kutte av og redusere nettverksstrukturen i belegget; Forbedre kavitasjonen og erosjonsmotstanden til nikkelbaserte presisjonslegeringer.
Egenskaper til nikkelbaserte legeringer
Vanlige nikkel-kromlegeringer er spesielt preget av ekstremt høy varmebestandighet opp til rundt 750 grader Celsius og er derfor i stand til å tåle konstante belastninger nær smeltepunktet. De har også utmerket duktilitet og strekkfasthet, lav termisk ledningsevne, god forkjølelsesdannende egenskaper og høy korrosjonsmotstand. Lav tetthet, høy kjemisk motstand og høy slitestyrke gjør denne legeringen spesielt egnet for applikasjoner med høy temperatur der aluminium og stål er ustabile.
Legeringens gunstige applikasjonsegenskaper gjør behandlingen vanskeligere: relativt lave skjærehastigheter kan bare brukes i områder med korte verktøyliv. Når du maskinerer aluminium med ikke -belagte karbidskjæreverktøy, er standardverktøyets levetid noen dager. For maskinering av duktilt jern reduseres verktøyets levetid til rundt en time, mens for nikkelbaserte legeringer er verktøyets levetid mellom fem og ti minutter.
Nikkellegeringer er dyrere enn rustfritt stål. Imidlertid kan en økonomisk sammenligning basert på innledende kostnader i stedet for livssykluskostnader være mer nøyaktige. For eksempel er prisen på Ni-Cr-Mo-legeringen omtrent 8 ganger den på 5cr -18 Ni rustfritt stål og 2 ganger den av super austenittisk rustfritt stål. På grunn av den utmerkede korrosjonsmotstanden til nikkellegeringer, blir imidlertid de opprinnelige kostnadene ofte oppveid av langsiktige kostnadsbesparelser fra forlenget levetid, reduserte vedlikeholdskostnader og minimal driftsstans.
De fysiske egenskapene til nikkellegeringer ligner veldig på de av 300 serier austenittiske rustfrie stål. Den termiske ekspansjonshastigheten til nikkelbaserte legeringer tilsvarer omtrent den for karbonstål, men betydelig lavere enn den for 300-serien rustfrie stål.
Mens den termiske konduktiviteten til rent nikkel er høyere enn for karbonstål, er den termiske konduktiviteten til de fleste nikkellegeringer betydelig lavere, og i noen tilfeller enda lavere enn for austenittisk rustfrie stål.
I tillegg til rent nikkel, er styrken til nikkellegeringer som brukes i den kjemiske prosesseringsindustrien mye høyere enn den for 300 -serien rustfrie stål. Nikkellegeringer har også veldig god duktilitet og seighet. De maksimale tillatte belastningene for de fleste legeringer som brukes i kjemisk utstyr er gitt i avsnitt VIII i ASME -kjelen og trykkfartøykoden.
Nikkellegeringer er fullt austenittiske mikrostrukturer. Nesten alle nikkellegeringer som brukes i den kjemiske industrien er styrket solid løsning. Økningen i deres styrke kommer fra tilsetning av effektive herdingselementer, for eksempel molybden og wolfram, i stedet for dannelse av karbider. I likhet med austenittiske rustfrie stål, kan ikke nikkellegeringer av faste løsninger styrkes av varmebehandling, bare ved kaldt arbeid.
En annen stor klasse av nikkelbaserte legeringer kan styrkes ved nedbør herdende varmebehandlinger. De fleste av disse legeringene er spesialiserte for applikasjoner med ultrahøy styrke, for eksempel de som brukes i dyp olje- og gassproduksjon og ultrahøy trykkprosesser.
Foruten ventiler og roterende maskindeler, har nedbør herdede nikkelbaserte legeringer begrensede anvendelser innen kjemisk utstyr. Disse legeringene inkluderer gassturbiner, forbrenning og fly.
