Сплавы на основе никеля относятся к классу сплавов, обладающих высокой прочностью и определенной степенью устойчивости к окислению и коррозии при высоких температурах 650-1000℃.
| Классификация | Основные типы |
|---|---|
| По основным характеристикам (на основе никеля) | Жаропрочный сплав |
| Коррозионно-стойкий сплав | |
| Износостойкий сплав | |
| Прецизионный сплав | |
| Сплав с памятью формы | |
| По материалам матрицы | Суперсплав на основе железа |
| Суперсплав на основе никеля | |
| Суперсплав на основе кобальта |
Роль основных элементов в сплавах на основе никеля
Когда речь заходит о сплавах на основе никеля, в первую очередь необходимо поговорить о самом элементе - никеле.
Как железо и медь, никель использовался в сплавах еще на заре цивилизации. Но по сравнению со сталью, латунью и бронзой никелевые сплавы появились в химической промышленности позднее. Постоянный прогресс в металлургии и технологии производства стимулировал развитие никелевых сплавов и способствовал их широкому применению в химической промышленности. Никелевые сплавы сочетают в себе превосходную коррозионную стойкость, прочность, вязкость, металлургическую стабильность, обрабатываемость и свариваемость. Многие никелевые сплавы также обладают превосходной жаропрочностью, что делает их идеальными для применения в областях, требующих высокотемпературной прочности и химической стойкости при повышенных температурах.
Основная роль никеля в сплавах на основе никеля заключается в том, что он изменяет кристаллическую структуру материала. Важное значение никеля в сплавах на основе никеля заключается в формировании аустенитной кристаллической структуры, которая улучшает такие показатели, как ковкость, свариваемость и вязкость.
Роль различных элементов, кроме никеля, в сплавах на основе никеля следующая.
Понижение температуры плавления сплава, расширение температурной зоны линии твердо-жидкой фазы и образование низкоплавких эвтектических кристаллов. Раскисляющий и восстановительный эффект и функция шлакообразования. Упрочнение и укрепление покрытия. Улучшение эксплуатационных характеристик процесса.
Улучшают коррозионную стойкость к неокисляющим кислотам.
Эффект укрепления твердого раствора, эффект пассивации. Улучшение коррозионной стойкости и стойкости к высокотемпературному окислению. Образование карбида хрома, твердой фазы борида хрома для повышения твердости и износостойкости сплава.
Твердый раствор вызывает большие искажения в решетке, значительно упрочняя матрицу сплава. Улучшает высокотемпературную прочность и красную твердость матрицы. Может отсекать и уменьшать организацию сетки в покрытии. Улучшают стойкость к кавитации и эрозии прецизионных сплавов на основе никеля.
Представитель никелевого сплава
Первым никелевым сплавом, получившим промышленное значение, был Сплав 400. Он был разработан и продан в 1905 году компанией International Nickel Company (Inco Alloys) под торговой маркой MONEL.
Следующими важными вехами стали никель-молибденовый сплав B и никель-хром-молибден-вольфрамовый сплав Cкоторые появились примерно в 1930 году. Их изобретателем была компания Haynes Stellite Company (Haynes International). Два из них зарегистрированы под торговой маркой HASTELLOY.
Следующим важным этапом в развитии сплавов на основе никеля стала компания Inco. Разработка никель-хромо-железный сплав 600 в 1931 году и никель-железо-хромовый сплав в 1949 году были названы INCONEL и INCOLOY, соответственно.
Inco и Haynes воспользовались популярностью и репутацией этих первоначальных торговых марок, чтобы выпустить в общей сложности около 50 коррозионно- и жаростойких сплавов. Компания VDM была более поздним и известным разработчиком и производителем сплавов на основе никеля под торговыми марками Nicrofer, Nimofer и Nicorros.
История
Сплавы на основе никеля были разработаны в конце 1930-х годов. Nimonic 75 (Ni-20Cr-0,4Ti) был впервые произведен в Великобритании в 1941 году, а Nimonic 80 (Ni-20Cr-2,5Ti-1,3Al) был разработан для повышения прочности при ползучести и добавления алюминия. Сплавы на основе никеля также были разработаны в США в середине 1940-х годов, в СССР в конце 1940-х годов и в Китае в середине 1950-х годов.
Его разработка включала в себя усовершенствование состава сплава и инновации в производственных процессах.
В начале 1950-х годов развитие технологии вакуумной плавки создало условия для рафинирования сплавов на основе никеля с высоким содержанием алюминия и титана.
В конце 1950-х годов в связи с повышением рабочих температур лопаток турбин потребовались сплавы с повышенной высокотемпературной прочностью. Однако высокая прочность сплава затрудняет, если не исключает, его деформацию. Поэтому с помощью процесса литья по выплавляемым моделям была разработана серия литейных сплавов с хорошей высокотемпературной прочностью.
В середине 1960-х годов была разработана серия литейных сплавов с хорошей высокотемпературной прочностью.
В середине 1960-х годов были разработаны монокристаллические высокотемпературные сплавы и высокотемпературные сплавы порошковой металлургии с хорошими эксплуатационными характеристиками. Для удовлетворения потребностей морских судов и промышленных газовых турбин с 1960-х годов был также разработан ряд жаропрочных, коррозионностойких, обладающих хорошей организационной стабильностью сплавов на основе хрома и никеля.
С начала 1940-х годов до конца 1970-х годов около 40 лет, сплав на основе никеля рабочей температуры от 700 ℃ до 1100 ℃, среднегодовой прирост около 10 ℃.
Никелевые сплавы Продукт
Состав и свойства
Наиболее широко используются высокотемпературные сплавы на основе никеля. Основными причинами этого являются: во-первых, способность растворять большее количество легирующих элементов и сохранять хорошую организационную стабильность. Во-вторых, в качестве упрочняющей фазы образуется ко-решетчато-упорядоченное интерметаллическое соединение типа A3B γ[Ni3(Al, Ti)], которое усиливает сплав. Наконец, достигается более высокая высокотемпературная прочность, чем у высокотемпературных сплавов на основе железа и высокотемпературных сплавов на основе кобальта. В-третьих, по сравнению с высокотемпературными сплавами на основе железа, хромсодержащие сплавы на основе никеля обладают лучшей стойкостью к окислению и газовой коррозии.
В его состав входит более десятка элементов, из которых хром в основном играет роль антиоксиданта и обеспечивает коррозионную стойкость. В соответствии с эффектом упрочнения существуют элементы, упрочняющие твердый раствор, элементы, упрочняющие осадки, и элементы, упрочняющие границы зерен.
По способу упрочнения различают упрочняющие сплавы на основе твердых растворов и упрочняющие сплавы на основе осадков.
Производственный процесс
Выплавка для того, чтобы получить более очищенную сталь, уменьшить содержание газов и вредных элементов, в то же время, из-за некоторых сплавов в окисляемых элементов, таких как Al, Ti и т.д., существование невакуумной плавки трудно контролировать; но и для того, чтобы получить лучшую термопластичность, никелевые жаропрочные сплавы, обычно используют вакуумную индукционную печь плавки. Даже с вакуумной индукционной плавки плюс вакуумной печи самопотребления или электрошлаковой печи переплава режим для производства.
Деформация в процессе ковки, прокатки, при плохой термопластичности сплава и даже при использовании экструзии открытой заготовки после прокатки или мягкой стальной (или нержавеющей) оболочки методом прямой экструзии. Цель деформации - нарушить организацию литья, оптимизировать микроструктуру.
Литье обычно осуществляется путем плавки основного сплава в вакуумной индукционной печи для обеспечения состава и контроля содержания газов и примесей. А детали изготавливаются методом вакуумного переплава - точного литья.
Например, в случае сплава Udmet 500 система термообработки состоит из четырех этапов. Обработка раствором, 1175°C, 2 часа, охлаждение на воздухе. Промежуточная обработка, 1080°C, 4 часа, охлаждение на воздухе. Первичное старение, 843°C, 24 часа, охлаждение на воздухе. Вторичное старение, 760°C, 16 часов, воздушное охлаждение. Для получения требуемого состояния организации и хороших общих характеристик.
Коррозионно-стойкие сплавы на основе никеля
Основными легирующими элементами являются медь, хром и молибден. Он обладает хорошими комплексными характеристиками и может противостоять различным видам кислотной коррозии и коррозии под напряжением. Вначале применялись сплавы никеля с медью, также известные как сплавы монель. Существуют также сплавы никель-хром, сплавы никель-молибден, сплавы никель-хром-молибден. В то же время, чистый никель также является типичным представителем коррозионно-стойких сплавов на основе никеля. Коррозионно-стойкие сплавы на основе никеля незаменимы для производства деталей нефтяной, химической, электроэнергетической и других отраслей промышленности, устойчивых к коррозии.
Категория
Сплав Ni-Cu обладает лучшей коррозионной стойкостью, чем никель, в восстановительной среде и лучшей коррозионной стойкостью, чем медь, в окислительной среде. Это лучший материал для противостояния высокотемпературному фторсодержащему газу, фтористому водороду и плавиковой кислоте в условиях отсутствия кислорода и окислителя.
Сплав Ni-Cr Также известный как жаропрочный сплав на основе никеля, он в основном используется в условиях окислительной среды. Устойчивы к высокотемпературному окислению и коррозии в газах, содержащих серу и ванадий, их коррозионная стойкость повышается с увеличением содержания хрома. Эти сплавы также обладают хорошей стойкостью к гидроксидной коррозии (например, NaOH, KOH) и коррозионной стойкостью под напряжением.
Никель-молибденовые сплавы в основном используются в коррозионных условиях в восстановительных средах. Это один из сплавов с наилучшей коррозионной стойкостью к соляной кислоте. Однако в присутствии кислорода и окислителей его коррозионная стойкость значительно снижается.
Сплав Ni-Cr-Mo (W) одновременно обладает вышеуказанными характеристиками сплава Ni-Cr, сплава Ni-Mo. В основном используется в окислительно-восстановительных условиях смешанной среды. Этот тип сплава в высокотемпературном фтористо-водородном газе, в кислороде и окислителе, содержащем соляную кислоту, растворе плавиковой кислоты, а также при комнатной температуре во влажном хлорном газе коррозионная стойкость хорошая.
Сплавы Ni-Cr-Mo-Cu устойчивы к коррозии как в азотной, так и в серной кислоте, а также обладают хорошей коррозионной стойкостью в некоторых окислительно-восстановительных смешанных кислотах.
Износостойкие сплавы на основе никеля
Основными легирующими элементами являются хром, молибден, вольфрам, а также содержится небольшое количество ниобия, тантала и индия. В дополнение к износостойким характеристикам, его сопротивление окислению, коррозионная стойкость, сварочные характеристики также хороши. Из него можно изготавливать износостойкие детали. Это также плакирующий материал, который действует как накладка на другие поверхности подложки через процесс плакирования и напыления.
В основном существуют самоплавкие порошки сплавов и несамоплавкие порошки сплавов.
Несамоплавкий порошок на основе никеля относится к порошку сплава на основе никеля без B, Si или с более низким содержанием B, Si. Этот тип порошка широко используется в плазменно-дуговом напылении, плазменном напылении и плазменном упрочнении поверхности. В основном они включают в себя: Порошок сплава Ni-Cr, порошок сплава Ni-Cr-Mo, порошок сплава Ni-Cr-Fe, порошок сплава Ni-Cu, порошок сплава Ni-P и Ni-Cr-P, порошок сплава Ni-Cr-Mo-Fe, порошок сплава Ni-Cr-Mo-Si с высокой износостойкостью, порошок сплава Ni-Cr-Fe-Al, порошок сплава Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, порошок сплава Ni-Cr-Si, порошок сплава на основе Ni-Cr-W, износостойкий и коррозионностойкий сплав и так далее.
Добавление соответствующих количеств B и Si в порошки никелевых сплавов приводит к образованию порошков самоплавких сплавов. Так называемые порошки самоплавких сплавов, также известные как сплавы с низкой эвтектикой и наплавочные сплавы, получают в сплавах на основе никеля, кобальта и железа путем добавления эвтектических легирующих элементов с низкой температурой плавления (в основном бора, кремния) для получения серии порошковых материалов. Обычно используется порошок сплава Ni-B-Si, порошок сплава Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu, порошок самоплавкого сплава на основе Ni-Cr-W-C, порошок самоплавкого сплава с высоким содержанием меди и т.д.
Прецизионные сплавы на основе никеля
К ним относятся магнитомягкие сплавы, сплавы с прецизионным сопротивлением и электротермические сплавы. Наиболее часто используемые магнитомягкие сплавы - это сплавы Бомола, содержащие около 80% никеля, которые обладают высокой максимальной и начальной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой и являются важными основными материалами для электронной промышленности. Основными легирующими элементами прецизионных сплавов сопротивления являются хром, алюминий и медь. Этот сплав обладает высоким удельным сопротивлением, низким температурным коэффициентом сопротивления и хорошей коррозионной стойкостью. Он применяется для изготовления резисторов. Электротермический сплав представляет собой никелевый сплав, содержащий хром 20%, обладает хорошей устойчивостью к окислению и коррозии, может длительно использоваться при температуре 1000 ~ 1100 ℃.
Сплавы с памятью формы на основе никеля
Он содержит титан 50%. Его температура восстановления составляет 70°C с хорошим эффектом памяти формы. Небольшое изменение в пропорции никеля и титановых компонентов может сделать температуру восстановления в диапазоне от 30 до 100 ℃. В основном используется в производстве космических аппаратов, используемых в автоматическом открытии структурных компонентов, аэрокосмической промышленности, самовозбуждающихся крепежных элементов, биомедицинском использовании искусственных сердечных двигателей и так далее.
RU 
EN 
ES 
PT 
FR 
