Stopy w wysokiej temperaturze na bazie niklu: przewodnik wyboru i aplikacji dla stopów niklu
Stop złożony z niklu jako matrycy i innych elementów nazywa się stopem niklu. Nikiel ma doskonałe właściwości mechaniczne, fizyczne i chemiczne. Dodanie odpowiednich elementów może poprawić jego odporność na utlenianie, odporność na korozję i siłę wysokiej temperatury oraz poprawić pewne właściwości fizyczne. Stopy niklu mogą być stosowane do rur elektronicznych, stopów precyzyjnych (stopy magnetycznych, stopów oporności precyzyjnej, elektrycznych stopów ogrzewania itp.), Stopów wysokotemperaturowych na bazie niklu, stopu oporności na niklu, aerospace i innych stopów opornych na lotki i innych field.
Nikiel może tworzyć różne stopy z miedzią, żelazem, manganem, chromem, krzemem i magnezem. Wśród nich nikiel-copper to słynny stop Monel, który ma wysoką wytrzymałość, dobrą plastyczność i stabilne właściwości chemiczne w atmosferze poniżej 750 stopni. Jest szeroko stosowany w przemyśle elektrycznym, rurkach próżniowych, przemysłu chemicznym, sprzęcie medycznym, przemysłu stoczniowym i innych dziedzinach.
Co to jest stop na bazie niklu?
Stopy na bazie niklu są ogólnie określane jako stopy o zawartości NI ponad 30%WT. Zawartość NI wspólnych produktów przekracza 50%WT. Ze względu na ich doskonałą wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję stopy niklu, wraz z stopami na bazie żelaza i kobaltu, nazywane są stopami o wysokiej temperaturze. Są one ogólnie stosowane w środowiskach o wysokiej temperaturze powyżej 540 stopni, a różne projekty stopów są wybierane zgodnie z ich scenariuszami użytkowania. Są one często używane w specjalnych środowiskach korozji odpornych na korozję i wysokiej temperaturze. Wymagany jest sprzęt o wysokiej temperaturze wytrzymałości mechanicznej. Powszechnie stosowane w branżach lotniczych, energii, branżach petrochemicznych lub specjalnych dziedzin elektroniki\/optoelektroniki.
Rola elementów w stopach niklu
Mówiąc o stopach niklu, pierwszą rzeczą, o której należy mówić, jest nikiel.
Podobnie jak żelazo i miedź, nikiel był używany jako stop od nadejścia cywilizacji. Ale w porównaniu ze stali, mosiądzu i brązu stopy niklu są spóźnieniami w przemyśle chemicznym. Wraz z ciągłym postępem technologii metalurgicznej i produkcyjnej promowano rozwój stopów niklu, co promowało jego powszechne zastosowanie w przemyśle chemicznym. Stopy niklu mają doskonałą odporność na korozję, siłę, wytrzymałość, stabilność metalurgiczną, wydajność przetwarzania i wydajność spawania. Wiele stopów niklu ma również doskonałą odporność na ciepło, co czyni je idealnymi do zastosowań, które wymagają siły o wysokiej temperaturze i odporności na korozję chemiczną w wysokich temperaturach.
Główną rolą niklu w stopach niklu jest zmiana struktury krystalicznej materiału. Ważną wartością niklu w stopach niklu jest utworzenie struktury krystalicznej austenitu, a tym samym poprawianie plastyczności, spawania i wytrzymałości.
Funkcje różnych elementów w stopach niklu, z wyjątkiem niklu, są następujące:
Rola pierwiastków boru i krzemowego: znacznie zmniejsz temperaturę stopu stopu, rozszerzyć zakres temperatur stałych cieczy i tworzy eutektykę o niskiej oprawie; Funkcja redukcji deoksydacji i usuwania żużla; hartowanie i wzmocnienie powłoki; poprawić wydajność procesu operacyjnego.
Rola elementów miedzi: poprawa oporności na korozję na nieutoksyzujące kwasy.
Rola elementów chromu: wzmocnienie i pasywacja roztworu stałego; poprawić odporność na korozję i oporność na utlenianie w wysokiej temperaturze; Nadmierny chrom jest łatwy w tworzeniu węgliku chromu i chromu borobrody z węglem i boru, poprawiając w ten sposób twardość i odporność na zużycie stopu.
Rola elementów molibdenu: promień atomowy jest duży, sieć jest znacznie zniekształcona po roztworze stałym, znacznie wzmacnia macierz stopowa i poprawia wytrzymałość wysokotemperaturową i twardość czerwonej matrycy; może odciąć i zmniejszyć strukturę sieci w powładzie; Popraw odporność na kawitację i erozję stopów precyzyjnych niklu.
Właściwości stopów niklu
Zwykle zwykłe stopy niklowo-chromowe charakteryzują się wyjątkowo dużą odpornością na ciepło do około 750 stopni Celsjusza i dlatego są w stanie wytrzymać stałe obciążenia w pobliżu temperatury topnienia. Mają również doskonałą plastyczność i wytrzymałość na rozciąganie, niską przewodność cieplną, dobre właściwości w kształcie zimna i wysoką odporność na korozję. Niska gęstość, wysoka odporność chemiczna i wysoka odporność na zużycie sprawiają, że ten stop jest szczególnie odpowiedni do zastosowań w wysokiej temperaturze, w których aluminium i stal są niestabilne.
Korzystne właściwości aplikacji stopu utrudniają przetwarzanie: stosunkowo niskie prędkości cięcia można stosować tylko w obszarach o krótkim narzędziu. Podczas obróbki aluminium za pomocą niepryszionych narzędzi do cięcia węglika standardowy narzędzia wynosi kilka dni. W przypadku obróbki żelaza plastycznego żywotność narzędzia jest zmniejszona do około godziny, podczas gdy w przypadku stopów niklu żywotność narzędzia wynosi od pięciu do dziesięciu minut.
Stopy niklu są droższe niż stal nierdzewna. Jednak porównanie ekonomiczne oparte na kosztach początkowych, a nie kosztów cyklu życia może być wymagane, aby być dokładniejsze. Na przykład cena stopu NI-CR-Mo jest około 8 razy większa niż w przypadku stali nierdzewnej 5Cr -18 Ni i 2 razy większej niż super austenityczna stal nierdzewna. Jednak ze względu na doskonałą odporność na korozję stopów niklu, początkowy koszt jest często kompensowany długoterminowymi oszczędnościami kosztów z długotrwałego żywotności sprzętu, obniżonymi kosztami konserwacji i minimalnymi przestojami.
Fizyczne właściwości stopów niklu są bardzo podobne do właściwości austenitycznych stali nierdzewnych z serii 300. Szybkość rozszerzania termicznych stopów niklu jest w przybliżeniu równoważna szybkości stali węglowej, ale znacznie niższa niż w przypadku stali nierdzewnej z serii 300.
Podczas gdy przewodność cieplna czystego niklu jest wyższa niż stali węglowej, przewodność cieplna większości stopów niklu jest znacznie niższa, aw niektórych przypadkach nawet niższa niż w przypadku austenitycznej stali nierdzewnej.
Oprócz czystego niklu, siła stopów niklu stosowanych w przemyśle chemicznym jest znacznie wyższa niż w przypadku stali nierdzewnej z serii 300. Stopy niklu mają również bardzo dobrą plastyczność i wytrzymałość. Maksymalne dopuszczalne naprężenia dla większości stopów stosowanych w sprzęcie chemicznym podano w sekcji VIII kotła ASME i kodu naczynia ciśnieniowego.
Stopy niklu to w pełni austenityczne mikrostruktury. Prawie wszystkie stopy niklu stosowane w przemyśle chemicznym są wzmocnione roztworem stałym. Wzrost ich siły wynika z dodania skutecznych elementów hartowania, takich jak molibdenum i wolfram, a nie tworzenie się węglików. Podobnie jak austenityczne stale nierdzewne, stopy niklu stałego roztworu nie mogą być wzmocnione przez obróbkę cieplną, tylko poprzez pracę na zimno.
Kolejną dużą klasę stopów niklu można wzmocnić poprzez obróbkę cieplną stwardnienia. Większość tych stopów specjalizuje się w zastosowaniach o ultra wysokiej wytrzymałości, takich jak te stosowane w głębokiej produkcji ropy i gazu oraz ultra-wysokie procesy ciśnienia.
Oprócz zaworów i obrotowych części maszyn, stopy stwardniały niklu mają ograniczone zastosowania w urządzeniach chemicznych. Stopy te obejmują turbiny gazowe, spalanie i samoloty.
