Nikkellegeringer er kategorisert basert på deres sammensetning, egenskaper og applikasjoner. Hovedtypene inkluderer:
Nikkel-jernlegeringer: Inneholder 30–70% nikkel med jern som sekundærelement, ofte med tilsetninger som krom, molybden eller kobber. Eksempler inkluderer Invar (64% Ni, 36% Fe), kjent for lav termisk ekspansjon, og permalloy (78% Ni, 22% Fe), brukt i magnetiske applikasjoner.
Nikkel-kobberlegeringer: Vanligvis sammensatt av 60–70% nikkel og 20–30% kobber, med mindre elementer som jern eller mangan. Monel 400 (67% Ni, 30% Cu) er et godt eksempel, verdsatt for korrosjonsmotstand i marine og kjemiske miljøer.
Nikkel-kromlegeringer: Har høyt krom (10–30%) for oksidasjonsresistens, med nikkel som base. Inconel 600 (76% Ni, 16% Cr, 8% Fe) er mye brukt i høye temperaturinnstillinger som ovner og varmevekslere.
Nikkel-molybden-legeringer: Rik på molybden (15–30%) for å motstå korrosjon ved syrer (f.eks. Saltsyre). Hastelloy B-2 (62% Ni, 28% MO) er et sentralt eksempel, brukt i kjemisk prosessering.
Nikkel-krom-molybden-legeringer: Kombiner krom og molybden for balansert oksidasjon og korrosjonsresistens. Hastelloy C-276 (57% Ni, 16% cr, 16% mo) utmerker seg i tøffe miljøer som kloridrike løsninger.
Nikkel-titan-legeringer (form-minneleger): Slik som nitinol (55% Ni, 45% Ti), som viser formminneffekter og superelastisitet, brukt i medisinsk utstyr (stenter) og romfartskomponenter.
Nickel Superalloys: Høyytelseslegeringer med nikkel som base (30–70%), forbedret av elementer som krom, kobolt, aluminium og titan for ekstrem høye temperaturstyrke. Eksempler inkluderer Inconel 718 og enkeltkrystalllegeringer som CMSX-4.
De magnetiske egenskapene til nikkel -superlegeringer er avhengige av deres sammensetning, spesielt nikkelinnholdet og legeringselementene.
Nikkel i seg selv er ferromagnetisk(tiltrukket av magneter) ved romtemperatur. Imidlertid er det mange nikkel superlegerikke-magnetisk eller svakt magnetiskPå grunn av legeringsadsetninger som forstyrrer den ferromagnetiske ordenen.
For eksempel:
Inconel 718, som inneholder ~ 52% Ni sammen med krom, niobium og molybden, er generelt ikke-magnetisk i sin glødede eller alderen tilstand.
Alloys with higher nickel content (e.g., >80%) kan beholde svak ferromagnetisme, men dette er sjelden i superlegeringer, der krom og andre elementer ofte undertrykker magnetisk oppførsel.
Den viktigste årsaken er at elementer som krom, molybden og kobolt kan redusere den ferromagnetiske curietemperaturen til nikkel, noe som gjør legeringene ikke-magnetiske ved romtemperatur. Denne egenskapen er fordelaktig i luftfart og elektriske anvendelser der magnetisk interferens må minimeres.
Karbider er viktige utfellinger i nikkel superlegeringer, dannet av karbon som reagerer med ildfaste metaller. De forbedrer styrken med høy temperatur, kryp motstand og korngrensestabilitet. Vanlige karbider inkluderer:
MC -karbider: Kubikk karbider med en NaCl-type struktur, der "M" representerer metaller som titan (TIC), Tantal (TAC), Niobium (NBC) eller Hafnium (HFC). Disse former seg under størkning og blir ofte funnet som diskrete partikler, styrker matrisen og hemmer kornvekst.
M₂₃c₆ karbider: Komplekse karbider (f.eks. Cr₂₃c₆, (Cr, MO) ₂₃c₆) som utfeller ved korngrenser. De forbedrer korngrensestyrken, og reduserer intergranulær sprekker under stress med høy temperatur. Krom er det primære metallet i M₂₃C₆, med molybden eller wolfram som erstatter i noen tilfeller.
M₆C -karbider: Sekskantet eller kubikk karbider (f.eks. (Mo, W, Ni) ₆C) som dannes ved mellomtemperaturer. De finnes ofte i legeringer rike på molybden eller wolfram (f.eks. Hastelloy X) og bidrar til krypresistens ved å feste dislokasjoner.
M₇c₃ karbider: Mindre vanlig, men observert i noen legeringer, kan disse karbidene (f.eks. CR₇C₃) dannes under varmebehandling og kan transformere seg til M₂₃C₆ ved høyere temperaturer.
Distribusjonen og typen karbider styres via varmebehandling, og sikrer optimale mekaniske egenskaper for høye temperaturtjenester.
Nikkelbaserte superlegeringer har relativt lav termisk konduktivitet sammenlignet med metaller som kobber eller aluminium, en eiendom som balanserer varmeoppbevaring og strukturell integritet i applikasjoner med høy temperatur.
Typiske verdier: Termisk konduktivitet varierer fra10 til 25 w/(m · k)Ved romtemperatur, synker du litt ved forhøyede temperaturer. For eksempel:
Inconel 718: ~ 11 w/(m · k) ved 20 grader, ~ 16 w/(m · k) ved 800 grader.
CMSX-4 (enkeltkrystallsuperalloy): ~ 12 w/(m · k) ved 20 grader, ~ 18 w/(m · k) ved 1000 grader.
Hastelloy X: ~ 14 w/(m · k) ved 20 grader, ~ 20 w/(m · k) ved 800 grader.
Faktorer som påvirker konduktivitet: Legeringselementer (f.eks. Molybden og wolfram reduserer konduktivitet), mikrostrukturelle trekk (f.eks. Utfeller spredningsfononer, senker termisk transport) og temperatur (konduktivitet øker litt med temperaturen på grunn av forbedret fononbevegelse).
Ingeniør betydning: Lav termisk ledningsevne hjelper til med å beholde varmen i varme seksjoner av gassturbiner, redusere termiske gradienter og forbedre effektiviteten. Det minimerer også varmeoverføring til kjøligere komponenter, og beskytter dem mot overoppheting.
Nikkelbaserte superlegeringer er kritiske i luftfart på grunn av deres evne til å motstå ekstreme temperaturer, mekanisk stress og korrosjon. Viktige legeringer og deres applikasjoner inkluderer:
Inconel 718:
Sammensetning: ~ 52% Ni, 19% Cr, 18,5% Fe, 5% NB, 3% mo, 1% Ti, 0,6% Al.
Applikasjoner: Turbin disker, kniver og foringsrør i jetmotorer (f.eks. Lavtrykksturbiner) og rakettmotorer. Den utmerkede sveisbarheten og høye styrken ved 650–700 grader gjør den allsidig for strukturelle komponenter.
Inconel 625:
Sammensetning: ~ 61% Ni, 21,5% Cr, 9% mo, 3,6% NB, 2,5% Fe.
Applikasjoner: Forbrenningskamre, eksosanlegg og kanal. Dens overlegne oksidasjonsmotstand (opptil 1.093 grader) og korrosjonsmotstand dresser harde motormiljøer.
Waspaloy:
Sammensetning: ~ 58% Ni, 19% cr, 13% CO, 4,3% mo, 3% Ti, 1,4% al.
Applikasjoner: Turbin disker og kniver med høyt trykk i militære og kommersielle jetmotorer. Det tilbyr utmerket krypmotstand ved 760–815 grader.
Enkeltkrystale superlegering (f.eks. CMSX-4, PWA 1484):
Sammensetning: ~ 60–65% Ni, 10–20% Cr, 5–10% CO, 5–8% Al, 5–10% W, med TA, TI eller RE -tillegg.
Applikasjoner: Turbinblader med høyt trykk i avanserte jetmotorer (f.eks. Boeing 787, Airbus A350). Deres enkeltkrystallstruktur eliminerer korngrenser, drastisk reduserer kryp og forbedrer styrken på 1000–1 100 grader.
Haynes 282:
Sammensetning: ~ 57% Ni, 20% cr, 10% CO, 8,5% mo, 2,1% Ti, 1,5% Al.
Applikasjoner: Turbin disker og foringsrør i neste generasjons motorer. Den kombinerer styrke med høy temperatur med forbedret fabrikbarhet sammenlignet med eldre legeringer.
Disse legeringene gjør det mulig for luftfartsmotorer å fungere ved høyere temperaturer, øke drivstoffeffektiviteten og skyve samtidig som den sikrer langsiktig pålitelighet.
