Aleaciones a base de níquel son una clase de aleaciones que tienen una gran resistencia y un cierto grado de resistencia a la oxidación y la corrosión a altas temperaturas de 650-1000℃.
| Clasificación | Tipos principales |
|---|---|
| Por rendimiento principal (a base de níquel) | Aleación resistente al calor |
| Aleación resistente a la corrosión | |
| Aleación resistente al desgaste | |
| Aleación de precisión | |
| Aleación con memoria de forma | |
| Por Matrix Material | Superaleación a base de hierro |
| Superaleación a base de níquel | |
| Superaleación a base de cobalto |
Papel de los principales elementos de las aleaciones a base de níquel
Cuando se trata de aleaciones a base de níquel, primero hay que hablar del elemento níquel.
Al igual que el hierro y el cobre, el níquel se ha utilizado en aleaciones desde los albores de la civilización. Pero en comparación con el acero, el latón y el bronce, las aleaciones de níquel llegaron tarde a la industria química. Los continuos avances en metalurgia y tecnología de fabricación han impulsado el desarrollo de las aleaciones de níquel y han facilitado su uso generalizado en la industria química. Las aleaciones de níquel combinan una excelente resistencia a la corrosión, resistencia, tenacidad, estabilidad metalúrgica, trabajabilidad y soldabilidad. Muchas aleaciones de níquel también tienen una excelente resistencia al calor, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren resistencia a altas temperaturas y resistencia química a temperaturas elevadas.
El papel principal del níquel en las aleaciones a base de níquel es que altera la estructura cristalina del material. Un valor importante del níquel en las aleaciones a base de níquel es la formación de una estructura cristalina austenítica, que mejora aspectos como la maleabilidad, la soldabilidad y la tenacidad.
En las aleaciones a base de níquel intervienen otros elementos distintos del níquel.
Disminución del punto de fusión de la aleación, ampliación de la zona de temperatura de la línea de fase sólido-líquido y formación de cristales eutécticos de baja fusión. Efecto desoxidante y reductor y función escorificante. Endurecimiento y fortalecimiento del revestimiento. Mejora del rendimiento del proceso de operación.
Mejorar la resistencia a la corrosión de los ácidos no oxidantes.
Efecto de refuerzo de la solución sólida, efecto de pasivación. Mejora la resistencia a la corrosión y a la oxidación a alta temperatura. Formación de carburo de cromo, fase dura de boruro de cromo para mejorar la dureza de la aleación y la resistencia al desgaste.
La solución sólida provoca grandes distorsiones en la red, reforzando significativamente la matriz de aleación. Mejora la resistencia a altas temperaturas y la dureza al rojo de la matriz. Puede cortar y reducir la organización de reticulación en el revestimiento. Mejoran la resistencia a la cavitación y la erosión Aleaciones de precisión a base de níquel.
Representante de aleaciones de níquel
La primera aleación de níquel de importancia comercial fue Aleación 400. Fue desarrollado y comercializado en 1905 por la International Nickel Company (Inco Alloys) bajo la marca MONEL.
Los siguientes hitos importantes fueron la aleación de níquel y molibdeno B y el aleación de níquel-cromo-molibdeno-tungsteno Cque se introdujeron hacia 1930. Su inventor fue la Haynes Stellite Company (Haynes International). Dos de ellas están registradas bajo la marca HASTELLOY.
La siguiente etapa importante en el desarrollo de las aleaciones a base de níquel vino de la mano de Inco. El desarrollo de aleación de níquel, cromo y hierro 600 en 1931 y aleación de níquel, hierro y cromo en 1949 se denominaron INCONEL e INCOLOY, respectivamente.
Inco y Haynes aprovecharon la popularidad y reputación de estas marcas iniciales para introducir un total de unas 50 aleaciones resistentes a la corrosión y al calor.VDM fue un desarrollador y productor posterior y más conocido de aleaciones a base de níquel bajo las marcas Nicrofer, Nimofer y Nicorros.
Historia
Las aleaciones con base de níquel se desarrollaron a finales de la década de 1930. El Nimonic 75 (Ni-20Cr-0,4Ti) se produjo por primera vez en el Reino Unido en 1941, y el Nimonic 80 (Ni-20Cr-2,5Ti-1,3Al) se desarrolló para mejorar la resistencia a la fluencia y añadir aluminio. También se desarrollaron aleaciones con base de níquel en Estados Unidos a mediados de los años 40, en la URSS a finales de los 40 y en China a mediados de los 50.
Su desarrollo incluyó mejoras en la composición de las aleaciones e innovaciones en los procesos de producción.
A principios de la década de 1950, el desarrollo de la tecnología de fusión al vacío creó las condiciones necesarias para refinar las aleaciones a base de níquel que contienen altos niveles de aluminio y titanio.
A finales de los años 50, las elevadas temperaturas de funcionamiento de los álabes de turbina exigían aleaciones con una mayor resistencia a altas temperaturas. Sin embargo, la alta resistencia de la aleación dificulta, si no imposibilita, su deformación. Así que utilizando el proceso de fundición a la cera perdida para desarrollar una serie de aleaciones de fundición con buena resistencia a altas temperaturas.
A mediados de la década de 1960, el desarrollo de una serie de aleaciones de fundición con buena resistencia a altas temperaturas.
A mediados de la década de 1960, se desarrollaron aleaciones monocristalinas de alta temperatura y aleaciones pulvimetalúrgicas de alta temperatura con buen rendimiento. Para satisfacer las necesidades de los buques y turbinas de gas industriales, desde la década de 1960 también ha desarrollado una serie de resistencia al calor, resistencia a la corrosión, buena estabilidad organizativa de las aleaciones a base de alto contenido de cromo-níquel.
Desde principios de la década de 1940 hasta finales de la década de 1970 alrededor de 40 años, la temperatura de trabajo de aleaciones a base de níquel de 700 ℃ a 1100 ℃, un aumento anual promedio de alrededor de 10 ℃.
Aleaciones de níquel Producto
Composición y propiedades
Las aleaciones de alta temperatura a base de níquel son las más utilizadas. Las principales razones son: en primer lugar, pueden disolver más elementos de aleación y mantener una buena estabilidad organizativa. En segundo lugar, la fase γ[Ni3(Al, Ti)], compuesta intermetálica de tipo A3B ordenada en celosía, se forma como fase de refuerzo y refuerza la aleación. Por último, también pueden obtenerse resistencias a altas temperaturas superiores a las de las aleaciones de alta temperatura basadas en hierro y las aleaciones de alta temperatura basadas en cobalto. En tercer lugar, en comparación con las aleaciones de alta temperatura con base de hierro, las aleaciones con base de níquel que contienen cromo tienen mejor resistencia a la oxidación y a la corrosión por gas.
Contiene más de una docena de elementos, de los cuales el cromo desempeña principalmente el papel de antioxidante y de resistencia a la corrosión. Existen elementos reforzantes de solución sólida, elementos reforzantes de precipitación y elementos reforzantes de límite de grano en función de sus efectos reforzantes.
Según el método de refuerzo, existen aleaciones de refuerzo de solución sólida y aleaciones de refuerzo por precipitación.
Proceso de producción
Fundición con el fin de obtener más acero purificado, reducir el contenido de gas y el contenido de elementos nocivos, al mismo tiempo, debido a algunas aleaciones en los elementos oxidables tales como Al, Ti, etc, la existencia de fundición sin vacío es difícil de controlar; sino también con el fin de obtener una mejor termoplasticidad, aleaciones resistentes al calor a base de níquel, por lo general utilizando una fundición de inducción de vacío del horno. Incluso con la fundición de inducción de vacío más horno de autoconsumo de vacío o electroslag modo de refundición del horno para la producción.
Deformación de forja, proceso de laminación, para la termoplasticidad pobres de la aleación e incluso el uso de extrusión de tocho abierto después de la laminación o de acero blando (o acero inoxidable) chaqueta proceso de extrusión directa. El propósito de la deformación es romper la organización de fundición, optimizar la microestructura.
La fundición suele realizarse fundiendo la aleación maestra en un horno de inducción al vacío para garantizar la composición y controlar el contenido de gases e impurezas. Y las piezas se fabrican mediante refundición en vacío-fundición de precisión.
En el caso de la aleación Udmet 500, por ejemplo, hay cuatro etapas en el sistema de tratamiento térmico. Tratamiento de solución, 1175°C, 2 horas, enfriamiento al aire. Tratamiento intermedio, 1080°C, 4 horas, enfriamiento por aire. Tratamiento primario de envejecimiento, 843°C, 24 horas, enfriamiento por aire. Tratamiento de envejecimiento secundario, 760°C, 16 horas, refrigeración por aire.
Aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel
Los principales elementos de aleación son el cobre, el cromo y el hierro. molibdeno. Tiene un buen rendimiento integral y puede resistir a la corrosión ácida y a la corrosión bajo tensión. Las primeras aplicaciones fueron las aleaciones de níquel-cobre, también conocidas como aleaciones monel. También hay aleaciones de níquel-cromo, aleaciones de níquel-molibdeno, aleaciones de níquel-cromo-molibdeno. Al mismo tiempo, el níquel puro es también un representante típico de las aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel. Las aleaciones resistentes a la corrosión a base de níquel son indispensables para la fabricación de piezas de petróleo, productos químicos, energía eléctrica y otras piezas ambientales resistentes a la corrosión.
Categoría
La aleación Ni-Cu tiene mejor resistencia a la corrosión que el níquel en medios reductores y mejor resistencia a la corrosión que el cobre en medios oxidantes. Es el mejor material para resistir el gas flúor a alta temperatura, el fluoruro de hidrógeno y el ácido fluorhídrico en condiciones de ausencia de oxígeno y oxidante.
Aleación Ni-Cr También conocida como aleación resistente al calor a base de níquel, se utiliza principalmente en condiciones de medios oxidantes. Resistente a la oxidación a alta temperatura y a la corrosión de gases que contienen azufre y vanadio, su resistencia a la corrosión aumenta con el contenido de cromo. Estas aleaciones también tienen una buena resistencia a la corrosión por hidróxidos (como NaOH, KOH) y a la corrosión bajo tensión.
Las aleaciones de níquel-molibdeno se utilizan principalmente en condiciones corrosivas en medios reductores. Es una de las aleaciones con mejor resistencia a la corrosión frente al ácido clorhídrico. Sin embargo, en presencia de oxígeno y agentes oxidantes, su resistencia a la corrosión se reduce considerablemente.
Aleación Ni-Cr-Mo (W) tanto la aleación Ni-Cr anterior, el rendimiento de aleación Ni-Mo. Se utiliza principalmente en la oxidación - reducción de las condiciones de los medios mixtos. Este tipo de aleación en el gas fluoruro de hidrógeno a alta temperatura, en el oxígeno y el agente oxidante que contiene ácido clorhídrico, solución de ácido fluorhídrico, así como a temperatura ambiente en la resistencia a la corrosión del gas cloro húmedo es bueno.
Las aleaciones Ni-Cr-Mo-Cu son resistentes tanto a la corrosión del ácido nítrico como a la del ácido sulfúrico y presentan una buena resistencia a la corrosión en algunos ácidos mixtos redox.
Aleaciones de níquel resistentes al desgaste
Los principales elementos de aleación son cromo, molibdeno, tungsteno, y también contiene una pequeña cantidad de niobio, tantalio e indio. Además de su resistencia al desgaste, su resistencia a la oxidación, a la corrosión y a la soldadura es también buena. Puede fabricar piezas resistentes al desgaste. También es un material de revestimiento, que actúa como revestimiento sobre otras superficies de sustrato mediante el proceso de revestimiento y pulverización.
Existen principalmente polvos de aleación autofundentes y polvos de aleación no autofundentes.
El polvo a base de níquel no autofundente se refiere al polvo de aleación a base de níquel sin B, Si o con menor contenido de B, Si. Este tipo de polvo se utiliza ampliamente en el recubrimiento por pulverización de arco de plasma, el recubrimiento por pulverización de llama y el refuerzo de superficies por plasma. Incluyen principalmente: Polvo de aleación de Ni-Cr, polvo de aleación de Ni-Cr-Mo, polvo de aleación de Ni-Cr-Fe, polvo de aleación de Ni-Cu, polvo de aleación de Ni-P y Ni-Cr-P, polvo de aleación de Ni-Cr-Mo-Fe, polvo de aleación de Ni-Cr-Mo-Si con alta resistencia a la abrasión, polvo de aleación de Ni-Cr-Fe-Al, polvo de aleación de Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, polvo de aleación de Ni-Cr-Si, polvo de aleación de Ni-Cr-W resistente al desgaste y a la corrosión, etc.
La adición de cantidades adecuadas de B y Si a los polvos de aleación de níquel da lugar a la formación de polvos de aleación autofusibles. El llamado polvo de aleación autofusible, también conocido como aleaciones de bajo punto eutéctico y aleaciones de recargue duro, se obtiene en aleaciones a base de níquel, cobalto y hierro añadiendo elementos de aleación eutéctica de bajo punto de fusión (principalmente boro, silicio) para formar una serie de materiales en polvo. Los más utilizados son el polvo de aleación Ni-B-Si, el polvo de aleación Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu, el polvo de aleación autofundente de base Ni-Cr-W-C, el polvo de aleación autofundente de alto contenido en cobre, etc.
Aleaciones de precisión a base de níquel
Se trata de aleaciones magnéticas blandas, aleaciones de resistencia de precisión y aleaciones electrotérmicas. Las aleaciones magnéticas blandas más utilizadas son las aleaciones Bomol que contienen aproximadamente 80% de níquel, que tienen una permeabilidad máxima y una permeabilidad inicial elevadas y una coercitividad baja, y son materiales básicos importantes para la industria electrónica. Los principales elementos de aleación de las aleaciones de resistencia de precisión son el cromo, el aluminio y el cobre. Esta aleación tiene alta resistividad, bajo coeficiente de temperatura de resistencia y buena resistencia a la corrosión. Se aplica a la fabricación de resistencias. La aleación electrotérmica es una aleación de níquel que contiene cromo 20%, tiene buena resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión, puede hacer uso a largo plazo bajo la temperatura de 1000 ~ 1100 ℃.
Aleaciones con memoria de forma a base de níquel
Contiene titanio 50%. Su temperatura de recuperación es de 70°C con un buen efecto de memoria de forma. Un pequeño cambio en la proporción de componentes de níquel y titanio puede hacer que la temperatura de recuperación en el rango de 30 a 100 ℃. Se utiliza principalmente en la fabricación de naves espaciales utilizados en la apertura automática de los componentes estructurales, la industria aeroespacial, sujetadores autoexcitado, el uso biomédico de motores de corazón artificial y así sucesivamente.
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