Nickelbaserade högtemperaturlegeringar: Urval och applikationsguide för nickelbaserade legeringar
En legering som består av nickel som matrisen och andra element kallas en nickelbaserad legering. Nickel har utmärkta mekaniska, fysiska och kemiska egenskaper. Att lägga till lämpliga element kan förbättra dess oxidationsmotstånd, korrosionsbeständighet och hög temperaturstyrka och förbättra vissa fysiska egenskaper. Nickellegeringar kan användas för elektroniska rör, precisionslegeringar (magnetiska legeringar, precisionsmotståndslegeringar, elektriska värmelegeringar, etc.), nickelbaserade högtemperaturlegeringar, nickelbaserade korrosionsresistenta legeringar, formminneslegeringar, etc. Nickellegeringar är vidsträckt i energiutveckling, kemiska industri, elektriska bransch, elektronik, NAMEROPESOPACE ANDER ANDRA ANDRA AVERNA AVERNA AVERNA AVERNA AVERNA.
Nickel kan bilda olika legeringar med koppar, järn, mangan, krom, kisel och magnesium. Bland dem är nickel-koppar den berömda monellegeringen, som har hög styrka, god plasticitet och stabila kemiska egenskaper i en atmosfär under 750 grader. Det används ofta inom elektrisk industri, vakuumrör, kemisk industri, medicinsk utrustning, varvsindustri och andra områden.
Vad är en nickelbaserad legering?
Nickelbaserade legeringar kallas vanligtvis legeringar med ett Ni-innehåll på mer än 30 viktprocent. Ni -innehållet i vanliga produkter överstiger 50wt%. På grund av deras utmärkta högtemperaturmekaniska styrka och korrosionsbeständighet kallas nickelbaserade legeringar, tillsammans med järnbaserade och koboltbaserade legeringar, högtemperaturlegeringar. De används vanligtvis i högtemperaturmiljöer över 540 grader, och olika legeringsdesign väljs enligt deras användningsscenarier. De används ofta i speciella korrosionsbeständiga och högtemperaturkorrosionsmiljöer. Utrustning med hög temperatur Mekanisk styrka krävs. Vanligtvis används inom flyg-, energi, petrokemiska industrier eller specialelektronik\/optoelektronikområden.
Elementens roll i nickelbaserade legeringar
På tal om nickelbaserade legeringar, det första att prata om är elementet nickel.
Liksom järn och koppar har nickel använts som en legering sedan civilisationens tillkomst. Men jämfört med stål, mässing och brons är nickellegeringar latecomers i den kemiska industrin. Med det kontinuerliga utvecklingen av metallurgisk och tillverkningsteknik har utvecklingen av nickellegeringar främjats, vilket har främjat sin utbredda tillämpning inom kemisk industri. Nickellegeringar har utmärkt korrosionsmotstånd, styrka, seghet, metallurgisk stabilitet, bearbetningsprestanda och svetsprestanda. Många nickellegeringar har också utmärkt värmemotstånd, vilket gör dem idealiska för applikationer som kräver hög temperaturstyrka och kemisk korrosionsbeständighet vid höga temperaturer.
Nickelens huvudroll i nickelbaserade legeringar är att ändra materialets kristallstruktur. Ett viktigt värde på nickel i nickelbaserade legeringar är att bilda en austenitkristallstruktur och därigenom förbättra plasticitet, svetsbarhet och seghet.
Funktionerna för olika element i nickelbaserade legeringar utom nickel är följande:
Rollen för bor- och kiselelement: minska smältpunkten för legeringens smältpunkt avsevärt, utvidga det fasta vätsketemperaturområdet och bilda ett lågsmältande eutektiskt; deoxidationsminskning och avlägsningsfunktion; härdning och förstärkning av beläggningen; Förbättra driftsprocessens prestanda.
Kopparelementens roll: Förbättra korrosionsbeständigheten mot icke-oxiderande syror.
Kromelementens roll: Solid lösning förstärkning och passivering; förbättra korrosionsbeständighet och hög temperaturoxidationsmotstånd; Överdriven krom är lätt att bilda kromkarbid- och kromborohydrid hårda faser med kol och bor, vilket förbättrar legeringens hårdhet och slitstyrka.
Molybden-elementens roll: Atomradie är stor, gitteret är betydligt förvrängt efter fast lösning, stärker alloymatrisen avsevärt och förbättrar matrisens högtemperaturstyrka och röda hårdhet; kan klippa av och minska nätverksstrukturen i beläggningen; Förbättra kavitation och erosionsmotstånd hos nickelbaserade precisionslegeringar.
Egenskaper hos nickelbaserade legeringar
Vanliga nickel-kromlegeringar kännetecknas i synnerhet av extremt hög värmebeständighet upp till cirka 750 grader Celsius och kan därför motstå konstant belastningar nära smältpunkten. De har också utmärkt duktilitet och draghållfasthet, låg värmeledningsförmåga, god kallformningsegenskaper och hög korrosionsmotstånd. Låg densitet, hög kemisk motstånd och hög slitstyrka gör denna legering särskilt lämplig för högtemperaturapplikationer där aluminium och stål är instabila.
Legans gynnsamma applikationsegenskaper gör behandlingen svårare: relativt låga skärhastigheter kan endast användas i områden med korta verktygsliv. Vid bearbetning av aluminium med obelagda karbidskärningsverktyg är standardverktygslivet några dagar. För bearbetning av duktilt järn reduceras verktygslivslängden till cirka en timme, medan för nickelbaserade legeringar är verktygets livslängd mellan fem och tio minuter.
Nickellegeringar är dyrare än rostfritt stål. En ekonomisk jämförelse baserad på initiala kostnader snarare än livscykelkostnader kan dock behöva vara mer exakta. Till exempel är priset på Ni-Cr-Mo-legering ungefär 8 gånger den på 5Cr -18 Ni rostfritt stål och 2 gånger det för super austenitiskt rostfritt stål. På grund av den utmärkta korrosionsmotståndet hos nickellegeringar kompenseras emellertid den initiala kostnaden ofta av långsiktiga kostnadsbesparingar från utökad utrustningsliv, minskade underhållskostnader och minimal driftstopp.
De fysikaliska egenskaperna hos nickellegeringar liknar mycket de hos 300 serie Austenitic rostfria stål. Den termiska expansionshastigheten för nickelbaserade legeringar motsvarar ungefär den för kolstål, men betydligt lägre än den för 300 serie rostfritt stål.
Medan den termiska konduktiviteten hos rent nickel är högre än för kolstål, är värmeledningsförmågan hos de flesta nickellegeringar betydligt lägre och i vissa fall ännu lägre än för austenitiska rostfritt stål.
Förutom ren nickel är styrkan hos nickellegeringar som används i den kemiska bearbetningsindustrin mycket högre än för rostfritt stål på 300 serier. Nickellegeringar har också mycket god duktilitet och seghet. De maximala tillåtna spänningarna för de flesta legeringar som används i kemisk utrustning anges i avsnitt VIII i ASME -pannan och tryckkärlkoden.
Nickellegeringar är helt austenitiska mikrostrukturer. Nästan alla nicklegeringar som används i den kemiska industrin stärks solid lösning. Ökningen i deras styrka kommer från tillsats av effektiva härdande element, såsom molybden och volfram, snarare än bildandet av karbider. Liksom austenitiska rostfritt stål kan inte fasta lösningar nickellegeringar stärkas genom värmebehandling, bara genom kallt arbete.
En annan stor klass av nickelbaserade legeringar kan stärkas genom nederbörd som härdar värmebehandlingar. De flesta av dessa legeringar är specialiserade för ultrahöga styrkapplikationer, till exempel de som används i djup olje- och gasproduktion och extremt höga tryckprocesser.
Förutom ventiler och roterande maskindelar har nederbörd som härdade nickelbaserade legeringar begränsade tillämpningar inom kemisk utrustning. Dessa legeringar inkluderar gasturbiner, förbrännare och flygplan.
