Cosa sono le leghe a base di nichel? Leggi questo articolo per capire tutto!
La lega a base di nichel si riferisce a un tipo di lega che ha proprietà complete come elevata resistenza e certa resistenza all'ossidazione e alla corrosione ad alte temperature comprese tra 650 e 1000 gradi.
In base alle proprietà principali, si dividono in leghe resistenti al calore a base di nichel, leghe resistenti alla corrosione a base di nichel, leghe resistenti all'usura a base di nichel, leghe di precisione a base di nichel e leghe a memoria di forma a base di nichel.
Le leghe ad alta temperatura sono suddivise in leghe ad alta temperatura a base di ferro, leghe ad alta temperatura a base di nichel e leghe ad alta temperatura a base di cobalto in base a diversi substrati. Tra questi, le leghe ad alta temperatura a base di nichel sono chiamate leghe a base di nichel.
I materiali rappresentativi delle leghe a base di nichel includono:
1. Lega Incoloy, come Incoloy800, il componente principale è; 32Ni-21Cr-Ti, Al; è una lega resistente al calore;
2. Lega di Inconel, come Inconel600, il componente principale è; 73Ni-15Cr-Ti, Al; è una lega resistente al calore;
3. Lega Hastelloy, come Hastelloy C-276, il componente principale è; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; è una lega resistente alla corrosione;
4. Lega Monel, ovvero lega Monel, come Monel 400, il componente principale è; 65Ni-34Cu; è una lega resistente alla corrosione;
Principali elementi di lega
I principali elementi di lega sono cromo, tungsteno, molibdeno, cobalto, alluminio, titanio, boro, zirconio, ecc. Tra questi, Cr, Ai, ecc. svolgono principalmente il ruolo di antiossidante e altri elementi hanno un rafforzamento della soluzione solida, un rafforzamento della precipitazione e rafforzamento dei bordi di grano.
Ha un'elevata robustezza e una certa resistenza all'ossidazione e alla corrosione alle alte temperature comprese tra 650 e 1000 gradi. Grazie alla sua resistenza alle temperature sufficientemente elevate e alla resistenza all'ossidazione e alla corrosione, viene spesso utilizzato nella produzione di pale di motori aeronautici, motori a razzo, reattori nucleari e apparecchiature di conversione dell'energia. Parti ad alta temperatura.
Storia dello sviluppo
Le leghe ad alta temperatura a base di nichel (di seguito denominate leghe a base di nichel) furono sviluppate alla fine degli anni '30. Il Regno Unito ha prodotto per la prima volta la lega a base di nichel Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) nel 1941; per migliorare la resistenza allo scorrimento viscoso, è stato aggiunto alluminio per sviluppare Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). Anche gli Stati Uniti a metà degli-1940 anni, l'Unione Sovietica alla fine degli anni '40 e la Cina a metà degli anni-1950 svilupparono leghe a base di nichel. Lo sviluppo delle leghe a base nichel comprende due aspetti: miglioramento della composizione delle leghe e innovazione dei processi produttivi. All'inizio degli anni '50, lo sviluppo della tecnologia di fusione sotto vuoto creò le condizioni per la raffinazione delle leghe a base di nichel contenenti alto contenuto di alluminio e titanio. La maggior parte delle prime leghe a base di nichel erano leghe deformate. Alla fine degli anni '50, a causa dell'aumento della temperatura operativa delle pale delle turbine, la lega doveva avere una maggiore resistenza alle alte temperature. Tuttavia, quando la resistenza della lega fosse elevata, sarebbe difficile o addirittura impossibile deformarla. Pertanto, la tecnologia della fusione a cera persa è stata utilizzata per sviluppare una serie di leghe con buone prestazioni. Lega per colata resistente alle alte temperature. A metà degli anni '90 furono sviluppate la cristallizzazione direzionale, le superleghe a cristallo singolo e le superleghe della metallurgia delle polveri con proprietà migliori. Per soddisfare le esigenze delle navi e delle turbine a gas industriali, a partire dagli anni '60 sono state sviluppate numerose leghe a base di nichel ad alto contenuto di cromo con buona resistenza alla corrosione a caldo e struttura stabile. In circa 40 anni, dall'inizio degli anni '40 alla fine degli anni '70, la temperatura di esercizio delle leghe a base di nichel è aumentata da 700 gradi a 1100 gradi, con un aumento medio di circa 10 gradi all'anno.
Ingredienti e proprietà
Le superleghe a base di nichel sono le più utilizzate. Le ragioni principali sono che, in primo luogo, le leghe a base di nichel possono dissolvere più elementi di lega e mantenere una migliore stabilità strutturale; in secondo luogo, possono formare composti intermetallici coerenti e ordinati di tipo A3B [Ni3(Al, Ti)] Come fase di rafforzamento, la lega può essere efficacemente rinforzata e ottenere una resistenza alle alte temperature più elevata rispetto alle superleghe a base di ferro e alle superleghe a base di cobalto; in terzo luogo, le leghe a base di nichel contenenti cromo hanno proprietà di ossidazione e resistenza migliori rispetto alle superleghe a base di ferro. Capacità di corrosione del gas. Le leghe a base di nichel contengono più di dieci elementi, tra cui il Cr svolge principalmente un ruolo antiossidante e anticorrosivo, mentre altri elementi svolgono principalmente un ruolo rinforzante. In base alla loro modalità di potenziamento si possono dividere in: elementi rinforzanti in soluzione solida, quali tungsteno, molibdeno, cobalto, cromo e vanadio; elementi che rinforzano le precipitazioni, come alluminio, titanio, niobio e tantalio; elementi di rinforzo dei bordi del grano, come boro, zirconio, magnesio ed elementi di terre rare, ecc.
Le leghe ad alta temperatura a base di nichel comprendono leghe rinforzate con soluzioni solide e leghe rinforzate con precipitazione in base ai loro metodi di rafforzamento.
Processo produttivo
In termini di fusione: per ottenere acciaio fuso più puro, ridurre il contenuto di gas e il contenuto di elementi nocivi; allo stesso tempo, a causa della presenza di elementi facilmente ossidabili come Al, Ti, ecc. in alcune leghe, la fusione non sotto vuoto è difficilmente controllabile; e per ottenere una migliore termoplasticità, le leghe resistenti al calore a base di nichel vengono solitamente fuse mediante forni ad induzione sotto vuoto, o anche prodotte mediante fusione ad induzione sotto vuoto più forni consumabili sotto vuoto o metodi di rifusione in forni elettroslag.
In termini di deformazione: vengono adottati processi di forgiatura e laminazione. Per le leghe con scarsa termoplasticità si utilizzano anche processi di estrusione e successiva laminazione o estrusione diretta con guaina di acciaio dolce (o acciaio inossidabile). Lo scopo della deformazione è rompere la struttura del getto e ottimizzare la microstruttura.
Colata: un forno a induzione sotto vuoto viene solitamente utilizzato per fondere la lega madre per garantire la composizione e controllare il contenuto di gas e impurità, e le parti vengono realizzate utilizzando la fusione di precisione con rifusione sotto vuoto.
Trattamento termico: le leghe deformate e alcune leghe fuse richiedono un trattamento termico, compreso il trattamento della solubilizzazione, il trattamento intermedio e il trattamento di invecchiamento. Prendendo come esempio la lega Udmet 500, il suo sistema di trattamento termico è diviso in quattro fasi: trattamento della soluzione, 1175 gradi, 2 ore, raffreddamento ad aria; trattamento intermedio, 1080 gradi, 4 ore, raffreddamento ad aria; trattamento di invecchiamento primario, 843 gradi, 24 ore, raffreddamento ad aria; trattamento di invecchiamento secondario, 760 gradi, 16 ore, raffreddamento ad aria. Al fine di ottenere lo status organizzativo richiesto e buone prestazioni complessive.
