Leghe a base nichel per leghe ad alta temperatura
Lega a base di nichel
Le leghe ad alta temperatura si riferiscono a un tipo di materiale metallico a base di ferro, nichel e cobalto che può funzionare a temperature elevate superiori a 600 gradi e sotto determinate sollecitazioni per lungo tempo e ha un'elevata resistenza alle alte temperature, buona resistenza all'ossidazione e resistenza alla corrosione a caldo. , buone prestazioni alla fatica e tenacità alla frattura e altre proprietà complete, è chiamata superlega in Europa e negli Stati Uniti. Viene solitamente utilizzato per componenti che funzionano a temperature elevate (600~1200 gradi) e in condizioni di stress complesse per lungo tempo.
La lega a base di nichel è attualmente la lega ad alta temperatura più utilizzata e viene utilizzata principalmente in ambienti di lavoro come alte temperature, acidi o alcali forti e forte ossidazione. Il suo sviluppo e utilizzo iniziarono alla fine degli anni '30 in un contesto in cui l'avvento degli aerei a reazione imponeva requisiti più elevati in termini di prestazioni delle leghe ad alta temperatura. Questo articolo introdurrà le leghe a base di nichel dai seguenti aspetti.
1. Digita
Diviso in base alla prestazione:
Lega resistente alla corrosione a base di nichel: i principali elementi della lega sono rame, cromo e molibdeno. Ha buone prestazioni complete e può resistere a vari tipi di corrosione acida e tensocorrosione. Includono principalmente leghe di nichel-rame (Ni-Cu) (lega Monel), leghe di nichel-cromo (Ni-Cr) (lega resistente al calore a base di nichel, serie Incoloy, Inconel), leghe di nichel-molibdeno (Ni-Mo) ( Hastelloy serie B), lega di nichel-cromo-molibdeno (Ni-Cr-Mo) (principalmente serie Hastelloy C), ecc. Allo stesso tempo, il nichel puro è anche un tipico rappresentante delle leghe resistenti alla corrosione a base di nichel.
Lega resistente all'usura a base di nichel: i principali elementi della lega sono cromo, molibdeno e tungsteno e contengono anche piccole quantità di niobio, tantalio e indio. Oltre alla resistenza all'usura, ha anche buone proprietà antiossidanti, di resistenza alla corrosione e di saldatura.
Leghe di precisione a base di nichel: comprese leghe magnetiche morbide a base di nichel, leghe resistenti di precisione a base di nichel e leghe elettrotermiche a base di nichel, ecc. La lega magnetica morbida più comunemente utilizzata è Permalloy, che contiene circa l'80% di nichel. Ha un'elevata permeabilità magnetica massima, una permeabilità magnetica iniziale e una bassa forza coercitiva. È un importante materiale con nucleo di ferro nell'industria elettronica. I principali elementi di lega della lega di resistenza di precisione a base di nichel sono cromo, alluminio e rame. Questa lega ha un'elevata resistività, un basso coefficiente di resistività termica e una buona resistenza alla corrosione e viene utilizzata per realizzare resistori. La lega per riscaldamento elettrico a base di nichel è una lega di nichel contenente il 20% di cromo. Ha buone proprietà antiossidanti e anticorrosive e può essere utilizzato a lungo a temperature comprese tra 1000 e 1100 gradi.
Lega di memoria a base di nichel: una lega di nichel contenente il 50 (at)% di titanio. La sua temperatura di recupero è di 70 gradi e il suo effetto di memoria di forma è buono. Un piccolo cambiamento nella proporzione dei componenti di nichel-titanio può modificare la temperatura di recupero entro un intervallo compreso tra 30 e 100 gradi.
2. Caratteristiche delle leghe a base di nichel di uso comune
Inconel 600: ha una buona resistenza alla corrosione e all'ossidazione alle alte temperature, eccellenti proprietà di lavorazione e saldatura a caldo e freddo e ha una resistenza termica soddisfacente e un'elevata plasticità inferiore a 700 gradi;
Inconel 625: eccellente resistenza alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale, alla corrosione intergranulare e all'erosione nei mezzi clorurati; resistente agli acidi e buona saldabilità; le versioni a fatica a basso numero di cicli dell'Inconel 625 sono i soffietti comunemente utilizzati.
Inconel 690: il contenuto di cobalto è basso, adatto per applicazioni legate all'energia nucleare e la resistività è bassa. Ad esempio, i tubi di trasferimento del calore dei generatori di vapore nelle centrali nucleari con reattori ad acqua pressurizzata sono tutti realizzati in materiale 690.
Inconel 713C: lega da colata a base di nichel-cromo indurita per precipitazione.
Inconel 718: Con "fase di rinforzo di fase, buone prestazioni di saldatura.
Inconel 751: l'aggiunta di più contenuto di alluminio conferisce una migliore resistenza alla rottura nell'intervallo di temperature elevate vicino a 870 gradi.
Inconel 792: l'aggiunta di più contenuto di alluminio lo rende più resistente alla corrosione alle alte temperature, rendendolo adatto alla produzione di turbine a gas.
Inconel 939: rafforzamento di fase per aumentare le prestazioni di saldatura.
Incoloy 020: Dimostra un'eccellente resistenza alla corrosione in ambienti chimici contenenti acido solforico, cloruro, acido fosforico e acido nitrico.
Incoloy 028: Resistente sia agli acidi che ai sali, il contenuto di rame lo rende resistente all'acido solforico.
Incoloy 330: presenta una buona resistenza alle alte temperature e una buona resistenza agli ambienti ossidanti e riducenti.
Incoloy 800: ha un'eccellente resistenza alla tensocorrosione in cloruro, soluzioni acquose di NaOH a bassa concentrazione e acqua ad alta temperatura e alta pressione. Può rimanere stabile e mantenere la sua struttura austenitica anche dopo un'esposizione prolungata ad alte temperature.
Incoloy 803: progettato per l'uso in ambienti ricchi di zolfo.
Incoloy 825: ha una buona resistenza alla corrosione negli acidi riducenti e ossidanti, resistenza alla tensocorrosione, alla corrosione per vaiolatura e alla corrosione interstiziale, eccellente resistenza alla corrosione dell'acido solforico e dell'acido fosforico e buone proprietà di lavorazione a caldo e freddo. , facile da formare e saldare a freddo.
Incoloy 908: ha elevata resistenza alla trazione, resistenza alla crescita di crepe da fatica, buona saldabilità, stabilità metallurgica e duttilità, elevata resistenza alla frattura e all'urto, basso coefficiente di dilatazione termica, resistenza all'infragilimento da ossigeno e assenza di fessurazioni durante la lavorazione a caldo.
Incoloy 907: Elevata resistenza e basso coefficiente di dilatazione termica alle alte temperature.
Incoloy 945X: progettato per ambienti ricchi di cloro, il molibdeno aumenta la sua resistenza alla corrosione interstiziale e alla vaiolatura.
Incoloy MA956: Realizzato tramite lega meccanica anziché tramite un processo di fusione integrale, è difficile da saldare e deve essere riscaldato a 200°C per formarsi.
Monel 400: ha un'elevata robustezza ed un'eccellente resistenza alla corrosione in ambienti acidi e alcalini, particolarmente adatto per condizioni riducenti. Ha anche una buona duttilità e conduttività termica. Comunemente utilizzato nell'ingegneria navale, nella lavorazione chimica e degli idrocarburi, negli scambiatori di calore, nelle valvole e nelle pompe.
Monel 401: ha le caratteristiche di una facile saldatura con gas inerte di tungsteno, saldatura a resistenza e brasatura. Per applicazioni elettriche ed elettroniche specializzate.
Monel 404: può essere utilizzato per saldatura e forgiatura utilizzando le comuni tecniche di saldatura, ma non può essere lavorato a caldo. Ha bassa temperatura, bassa permeabilità e buone proprietà di brasatura. Generalmente utilizzato per transistor e guarnizioni metalliche.
Monel 405: facile da tagliare, utilizzato principalmente come materia prima per avvitatrici automatiche e generalmente sconsigliato per altre applicazioni.
Monel 450: ha una buona resistenza alla fatica e un'elevata conduttività termica. Generalmente utilizzato in condensatori, distillatori, evaporatori e tubi di scambiatori di calore, nonché tubi della salamoia.
Monel K-500: ha sostanzialmente le stesse prestazioni del Monel 400 ed è comunemente utilizzato negli alberi delle pompe, nelle giranti, nei raschiatori, nei collari di trivellazione dei pozzi petroliferi, negli strumenti e nei componenti elettronici.
Monel 502: ha una buona resistenza al creep e all'ossidazione e può anche essere lavorato come l'acciaio inossidabile austenitico.
Hastelloy B-2: eccellente resistenza alla corrosione in ambienti riducenti.
Hastelloy B-3: una versione aggiornata di B2, ha un'eccellente resistenza alla corrosione dell'acido cloridrico a qualsiasi temperatura e concentrazione;
Hastelloy C-4: buona stabilità termica, buona tenacità e resistenza alla corrosione a 650~1040 gradi;
Hastelloy C-22: la sua resistenza alla corrosione uniforme in mezzi ossidanti è migliore di quella di C-4 e C-276 e la sua resistenza alla corrosione localizzata è eccellente;
Hastelloy C-276: ha una buona resistenza alla corrosione ossidativa e moderatamente ridotta e un'eccellente resistenza alla tensocorrosione;
Hastelloy C-2000: la lega resistente alla corrosione più completa con eccellente resistenza alla corrosione uniforme sia in ambienti ossidanti che riducenti;
Hastelloy G-30: lega a base di nichel con alto contenuto di cromo, prestazioni eccellenti in acido fosforico e altri mezzi acidi misti fortemente ossidanti;
Hastelloy X: combinazione di elevata resistenza, antiossidante e facile lavorazione.
3. Confronto delle caratteristiche dei marchi comunemente utilizzati
1. La composizione chimica di N5 è simile a N02201 e la composizione chimica di N6 e N7 è simile a N02200. Poiché N02200 ha un contenuto di carbonio inferiore o uguale allo 0,15%, grafitizza a 315 gradi e rende il materiale fragile, quindi la temperatura massima utilizzata è di 315 gradi.
2. 800, 800H e 800HT hanno la stessa composizione di elementi chimici nello standard ASME. 800 ha il contenuto di carbonio più basso, la temperatura di ricottura è di 982-1038 gradi e la temperatura di utilizzo è inferiore a 600 gradi; 800H ha un contenuto limitato di Al+Ti e, dopo uno speciale trattamento con soluzione solida (1121-1177 gradi), i grani dei cristalli sono grossolani e i grani sono ASTM- 5.0, la resistenza alla rottura da scorrimento sopra 600 gradi è notevolmente migliorato; 800HT aumenta il contenuto di Al+Ti e, dopo uno speciale trattamento con soluzione solida (1121-1177 gradi), i grani dei cristalli sono grossolani e la dimensione dei grani è ASTM-5.0, la più alta resistenza alla rottura per scorrimento sopra 700 grado è notevolmente migliorato. Se la temperatura del trattamento termico è troppo elevata, i grani del materiale si espanderanno, avranno un limite di scorrimento e un limite di resistenza duratura più elevati e ridurranno la tenacità. Temperature di trattamento termico più elevate determinano una nucleazione più rapida e un numero maggiore di cristalli. In questo momento, i chicchi sono relativamente fini. Quando il tempo di attesa si allunga, i chicchi cresceranno. Quando la velocità di raffreddamento è lenta, anche i chicchi diventeranno più grandi. In generale, maggiore è la temperatura (gradiente minore), maggiore è la dimensione dei grani. Più piccoli sono i grani, maggiore è la resistenza e la durezza, e migliori sono la plasticità e la tenacità. Tuttavia, in un ambiente di lavoro ad alta temperatura, i grani diventano più grossolani e la lunghezza totale dei bordi dei grani si riduce. La deformazione o il danno causato dallo scorrimento lungo i bordi dei grani o le prestazioni di scorrimento viscoso risultano migliorate.
3. La composizione chimica principale di N06600: 72Ni-15Cr-8Fe, la composizione chimica principale di N08800: 33Ni-42Fe-21Cr, che equivale a dividere il Il contenuto di 72Ni dell'N06600 si trasforma in 33Ni+45Fe e riduce i costi sostituendo parte del nichel.
4. La composizione chimica principale di N10675 è 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr, mentre la composizione chimica di N10276 è 54Ni-16Mo-15Cr . Può essere considerato approssimativamente come la divisione di 29,5Mo in N10675 in 16Mo+15Cr. A causa dell'aumento del contenuto di Cr, il materiale ha resistenza all'ossidazione. La capacità dei media di corrodersi.
4. Definizione dei termini
Grafitizzazione: l'acciaio a basso tenore di carbonio subisce una trasformazione di grafitizzazione in caso di esposizione a lungo termine a 450 gradi e la struttura della cementite si decompone in Fe3C=3Fe+C (grafite).
Creep: i materiali metallici si fratturano lungo i bordi dei grani sotto carichi ad alta temperatura a lungo termine.
Trattamento della soluzione solida: lasciare che il composto Cr23C6 della fase precipitata e la fase σ (fase fragile FeCr) vengano ridisciolti nella struttura austenite per formare una struttura austenite satura.
Trattamento di sensibilizzazione: rimanendo nell'intervallo di 400-800 gradi per un lungo periodo, la struttura dell'austenite sarà impoverita di cromo nei bordi del grano di carburo a causa della formazione di Cr23C6.
Corrosione intergranulare: il composto Cr23C6 formato nella struttura dell'austenite provoca l'impoverimento del cromo nei bordi del grano del carburo. Il contenuto di Cr del materiale è inferiore al 12% e i grani del materiale si dividono.
Modulo elastico: rapporto tra sforzo e deformazione durante la fase di deformazione elastica.
Coefficiente di Poisson: il rapporto di variazione relativa della dimensione trasversale/dimensione longitudinale durante la fase di deformazione elastica.
Coefficiente di dilatazione lineare: la lunghezza lineare e il volume del cristallo aumentano all'aumentare della temperatura.
