Nikel bazlı alaşımlar nelerdir? Her şeyi anlamak için bu makaleyi okuyun!
Nikel bazlı alaşım, 650 ila 1000 derece arasındaki yüksek sıcaklıklarda yüksek mukavemet ve oksidasyona ve korozyona karşı belirli bir direnç gibi kapsamlı özelliklere sahip bir alaşım türünü ifade eder.
Ana özelliklerine göre nikel bazlı ısıya dayanıklı alaşımlar, nikel bazlı korozyona dayanıklı alaşımlar, nikel bazlı aşınmaya dayanıklı alaşımlar, nikel bazlı hassas alaşımlar ve nikel bazlı şekil hafızalı alaşımlara ayrılırlar.
Yüksek sıcaklık alaşımları farklı alt katmanlara göre demir bazlı yüksek sıcaklık alaşımları, nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımları ve kobalt bazlı yüksek sıcaklık alaşımları olarak ikiye ayrılır. Bunlar arasında nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımlarına nikel bazlı alaşımlar adı verilmektedir.
Nikel bazlı alaşımların temsili malzemeleri şunları içerir:
1. Incoloy800 gibi Incoloy alaşımı, ana bileşen; 32Ni-21Cr-Ti, Al; ısıya dayanıklı bir alaşımdır;
2. Inconel600 gibi Inconel alaşımı, ana bileşen; 73Ni-15Cr-Ti, Al; ısıya dayanıklı bir alaşımdır;
3. Hastelloy C-276 gibi Hastelloy alaşımının ana bileşeni; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; korozyona dayanıklı bir alaşımdır;
4. Monel alaşımı yani Monel alaşımı, Monel 400 gibi, ana bileşeni; 65Ni-34Cu; korozyona dayanıklı bir alaşımdır;
Ana alaşım elementleri
Ana alaşım elementleri krom, tungsten, molibden, kobalt, alüminyum, titanyum, bor, zirkonyum vb.'dir. Bunların arasında Cr, Ai vb. esas olarak antioksidan rolünü oynar ve diğer elementler katı çözelti güçlendirme, çökelme güçlendirme ve diğer elementlere sahiptir. tane sınırı güçlendirmesi
650 ila 1000 derece arasındaki yüksek sıcaklıklarda oksidasyona ve korozyona karşı yüksek mukavemete ve belirli bir dirence sahiptir. Yeterince yüksek sıcaklık mukavemeti ve oksidasyon ve korozyona karşı direnci nedeniyle, genellikle uçak motoru kanatlarının, roket motorlarının, nükleer reaktörlerin ve enerji dönüşüm ekipmanlarının imalatında kullanılır. Yüksek sıcaklık parçaları.
Gelişim Tarihi
Nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımları (bundan sonra nikel bazlı alaşımlar olarak anılacaktır) 1930'ların sonlarında geliştirildi. Birleşik Krallık ilk olarak 1941'de nikel bazlı alaşım Nimonic 75'i (Ni-20Cr-0.4Ti) üretti; Sürünme mukavemetini arttırmak için Nimonic 80'i (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al) geliştirmek için alüminyum eklendi. ABD'de 1940'ların ortalarında, Sovyetler Birliği'nde 1940'ların sonlarında ve Çin'de de nikel bazlı alaşımlar geliştirildi. Nikel bazlı alaşımların geliştirilmesi iki hususu içerir: alaşım bileşiminin iyileştirilmesi ve üretim süreçlerinde yenilik. 1950'lerin başında vakumlu eritme teknolojisinin gelişmesi, yüksek alüminyum ve titanyum içeren nikel bazlı alaşımların rafine edilmesi için koşullar yarattı. İlk nikel bazlı alaşımların çoğu deforme olmuş alaşımlardı. 1950'lerin sonlarında türbin kanatlarının çalışma sıcaklığının artması nedeniyle alaşımın yüksek sıcaklık dayanımının daha yüksek olması gerekiyordu. Ancak alaşımın mukavemeti yüksek olduğunda deforme edilmesi zor, hatta imkansız olurdu. Bu nedenle, iyi performansa sahip bir dizi alaşım geliştirmek için hassas döküm teknolojisi kullanıldı. Yüksek sıcaklık dayanımı döküm alaşımı. Ortalarda, yönlü kristalizasyon ve tek kristalli süper alaşımlar ile daha iyi özelliklere sahip toz metalurjisi süper alaşımları geliştirildi. Gemilerin ve endüstriyel gaz türbinlerinin ihtiyaçlarını karşılamak amacıyla, 1960'lı yıllardan bu yana, iyi sıcak korozyon direncine ve kararlı yapıya sahip bir dizi yüksek kromlu nikel bazlı alaşımlar geliştirilmiştir. 1940'ların başından 1970'lerin sonlarına kadar geçen yaklaşık 40 yılda nikel bazlı alaşımların çalışma sıcaklığı, yılda ortalama 10 derecelik bir artışla 700 dereceden 1100 dereceye yükseldi.
Malzemeler ve özellikler
Nikel bazlı süper alaşımlar en yaygın kullanılanlardır. Bunun ana nedenleri, öncelikle nikel bazlı alaşımların daha fazla alaşım elementini çözebilmesi ve daha iyi yapısal stabiliteyi koruyabilmesidir; ikinci olarak, tutarlı ve düzenli A3B tipi metallerarası bileşikler oluşturabilirler [Ni3(Al, Ti)] Güçlendirme fazı olarak, alaşım etkili bir şekilde güçlendirilebilir ve demir bazlı süper alaşımlardan ve kobalt bazlı süper alaşımlardan daha yüksek sıcaklık dayanımı elde edilebilir; üçüncüsü, krom içeren nikel bazlı alaşımlar, demir bazlı süper alaşımlardan daha iyi oksidasyon ve direnç özelliklerine sahiptir. Gaz korozyon yeteneği. Nikel bazlı alaşımlar ondan fazla element içerir; bunlar arasında Cr esas olarak oksidasyon ve korozyon önleyici rol oynar ve diğer elementler esas olarak güçlendirici bir rol oynar. Güçlendirme modlarına göre şu şekilde ayrılabilirler: tungsten, molibden, kobalt, krom ve vanadyum gibi katı çözelti güçlendirme elemanları; alüminyum, titanyum, niyobyum ve tantal gibi çökelmeyi güçlendiren elementler; bor, zirkonyum, Magnezyum ve nadir toprak elementleri vb. gibi tane sınırını güçlendiren elementler.
Nikel bazlı yüksek sıcaklık alaşımları, güçlendirme yöntemlerine göre katı çözeltiyle güçlendirilmiş alaşımları ve çökeltmeyle güçlendirilmiş alaşımları içerir.
Üretim süreci
Eritme açısından: Daha saf erimiş çelik elde etmek için gaz içeriğini ve zararlı element içeriğini azaltın; aynı zamanda bazı alaşımlarda Al, Ti vb. gibi kolayca oksitlenebilen elementlerin varlığından dolayı vakumsuz eritmenin kontrol edilmesi zordur; ve daha iyi termoplastisite elde etmek için, Nikel bazlı ısıya dayanıklı alaşımlar genellikle vakumlu indüksiyon fırınları tarafından eritilir veya hatta vakumlu indüksiyonlu eritme artı vakumlu sarf fırınları veya elektroslag fırını yeniden eritme yöntemleri ile üretilir.
Deformasyon açısından: dövme ve haddeleme işlemleri benimsenmiştir. Zayıf termoplastisiteye sahip alaşımlar için, yumuşak çelik (veya paslanmaz çelik) kaplamalı eşit ekstrüzyon ve ardından haddeleme veya doğrudan ekstrüzyon işlemleri kullanılır. Deformasyonun amacı döküm yapısını kırmak ve mikro yapıyı optimize etmektir.
Döküm: Bileşimi sağlamak ve gaz ve safsızlık içeriğini kontrol etmek için ana alaşımı eritmek için genellikle bir vakum indüksiyon fırını kullanılır ve parçalar, vakumlu yeniden eritme-hassas döküm kullanılarak yapılır.
Isıl işlem: Deforme olmuş alaşımlar ve bazı döküm alaşımları, çözelti işlemi, ara işlem ve yaşlandırma işlemi dahil olmak üzere ısıl işlem gerektirir. Udmet 500 alaşımını örnek alırsak, ısıl işlem sistemi dört aşamaya ayrılmıştır: çözelti işlemi, 1175 derece, 2 saat, Hava soğutma; ara işlem, 1080 derece, 4 saat, hava soğutmalı; birincil yaşlandırma işlemi, 843 derece, 24 saat, hava soğutması; ikincil yaşlandırma işlemi, 760 derece, 16 saat, hava soğutması. Gerekli organizasyonel statüyü ve iyi bir genel performansı elde etmek için.
Nikel bazlı korozyona dayanıklı alaşım
Ana alaşım elementleri bakır, krom ve molibdendir. İyi kapsamlı bir performansa sahiptir ve çeşitli asit korozyonuna ve stres korozyonuna dayanabilir. En eski uygulama (1905'te Amerika Birleşik Devletleri'nde üretildi), Monel alaşımı (Monel alaşımı Ni 70 Cu30) olarak da bilinen nikel-bakır (Ni-Cu) alaşımıydı; ek olarak, nikel-krom (Ni-Cr) alaşımı (yani nikel bazlı ısıya dayanıklı alaşım, korozyona dayanıklı alaşımlar arasında sıcak korozyona dayanıklı alaşımlar), nikel-molibden (Ni-Mo) alaşımları (esas olarak atıfta bulunur) vardır. Hastelloy B serisine göre yerli profesyonel korozyona dayanıklı alaşım üreticileri arasında Pekin Demir ve Çelik Araştırma Enstitüsü, Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd. şirketleri, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. bulunmaktadır. , vb.), nikel-krom-molibden (Ni-Cr-Mo) alaşımı (temel olarak Hastelloy C serisini ifade eder; yerli profesyonel korozyona dayanıklı alaşım üreticileri arasında Pekin Demir ve Çelik Araştırma Enstitüsü, Pekin Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Grubu Rare Metal Materials Co., Ltd., vb.). Aynı zamanda saf nikel, nikel bazlı korozyona dayanıklı alaşımların da tipik bir temsilcisidir. Bu nikel bazlı korozyona dayanıklı alaşımlar esas olarak petrol, kimya endüstrisi, elektrik enerjisi vb. gibi çeşitli korozyona dayanıklı ortamlara yönelik parçaların üretiminde kullanılır.
Kategori Nikel bazlı korozyona dayanıklı alaşımlar çoğunlukla östenitik bir yapıya sahiptir. Katı çözelti ve yaşlandırma işlemi durumunda, alaşımın östenit matrisi ve tane sınırlarında intermetalik fazlar ve metal karbonitrürler bulunur. Korozyona dayanıklı çeşitli alaşımlar bileşimlerine göre sınıflandırılır ve özellikleri aşağıdaki gibidir:
Ni-Cu alaşımının korozyon direnci, indirgeyici ortamlarda nikelden daha iyidir ve oksitleyici ortamlarda korozyon direnci bakırdan daha iyidir. Oksijen ve oksidan yokluğunda yüksek sıcaklıktaki flor gazına, hidrojen florüre ve hidrojen florüre dayanıklıdır. Asitler için en iyi malzeme (bkz. Metal Korozyonu).
Ni-Cr alaşımı, nikel bazlı, ısıya dayanıklı bir alaşımdır; esas olarak oksitleyici ortam koşullarında kullanılır. Yüksek sıcaklıktaki oksidasyona ve kükürt, vanadyum ve diğer gazları içeren gazlardan kaynaklanan korozyona karşı dayanıklıdır, krom içeriğinin artmasıyla birlikte korozyon direnci artar. Bu tip alaşım ayrıca hidroksit (NaOH, KOH gibi) korozyonuna ve gerilimli korozyon direncine karşı iyi bir dirence sahiptir.
Ni-Mo alaşımı esas olarak orta korozyonu azaltan koşullar altında kullanılır. Hidroklorik asit korozyonuna direnen en iyi alaşımdır ancak oksijen ve oksidanların varlığında korozyon direnci önemli ölçüde azalacaktır.
Ni-Cr-Mo(W) alaşımı yukarıda bahsedilen Ni-Cr alaşımı ve Ni-Mo alaşımının özelliklerine sahiptir. Esas olarak oksidasyon-indirgeme karışık ortam koşullarında kullanılır. Bu tip alaşım, yüksek sıcaklıktaki hidrojen florür gazında, oksijen ve oksidanlar içeren hidroklorik asit ve hidroflorik asit çözeltilerinde ve oda sıcaklığında ıslak klor gazında iyi korozyon direncine sahiptir.
Ni-Cr-Mo-Cu alaşımı hem nitrik asit hem de sülfürik asit korozyonuna karşı dayanıklıdır ve ayrıca bazı oksidasyon-indirgeme karışımlı asitlerde iyi korozyon direncine sahiptir.
Nikel bazlı aşınmaya dayanıklı alaşım
Ana alaşım elementleri krom, molibden ve tungstendir ve ayrıca az miktarda niyobyum, tantal ve indiyum içerir. Aşınma direncinin yanı sıra iyi anti-oksidasyon, korozyon direnci ve kaynak özelliklerine de sahiptir. Aşınmaya dayanıklı parçaların üretiminde kullanılabileceği gibi, yüzey kaplama ve püskürtme işlemleriyle diğer temel malzemelerin yüzeyini kaplamak için kaplama malzemesi olarak da kullanılabilir.
Nikel bazlı alaşım tozları, kendi kendine akan alaşım tozunu ve kendi kendine akan olmayan alaşım tozunu içerir.
Kendiliğinden akmayan nikel bazlı toz, B, Si içermeyen veya düşük B ve Si içeriğine sahip nikel bazlı alaşım tozunu ifade eder. Bu tip toz, plazma ark sprey kaplamalarda, alev sprey kaplamalarda ve plazma yüzey güçlendirmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Temel olarak şunları içerir: Ni-Cr alaşım tozu, Ni-Cr-Mo alaşım tozu, Ni-Cr-Fe alaşım tozu, Ni-Cu alaşım tozu, Ni-P ve Ni-Cr-P alaşım tozu, Ni-Cr-Mo-Fe Alaşım tozu, Ni-Cr-Mo-Si aşınmaya karşı yüksek dirençli alaşım tozu, Ni-Cr-Fe-Al alaşım tozu, Ni-Cr-Fe-Al-B-Si alaşım tozu, Ni-Cr-Si alaşım tozu, Ni - Cr-W bazlı aşınmaya ve korozyona dayanıklı alaşım tozu vb.
Nikel alaşım tozuna uygun miktarlarda B ve Si eklenmesi, nikel bazlı kendi kendine akan alaşım tozunu oluşturur. Ötektik alaşım ve sert kaplama alaşımı olarak da bilinen kendi kendine akan alaşım tozu, nikel, kobalt ve demire düşük erime noktalı ötektikler oluşturabilen alaşım elementlerinin (esas olarak bor ve silikon) eklenmesiyle oluşturulan bir dizi tozdur. bazlı alaşımlar. Malzeme. Yaygın olarak kullanılan nikel bazlı kendi kendine akan alaşım tozları arasında Ni-B-Si alaşım tozu, Ni-Cr-B-Si alaşım tozu, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu bulunur , Yüksek molibden nikel bazlı kendi kendine akan alaşım tozu, yüksek krom molibden nikel bazlı kendi kendine akan alaşım tozu, Ni-Cr-WC bazlı kendi kendine akan alaşım tozu, yüksek bakırlı kendi kendine akan alaşım tozu, tungsten karbür dispersiyon nikeli bazlı kendinden akan alaşım tozu Alaşım tozu vb.
Alaşımlarda çeşitli elementlerin rolü:
●Bor ve silikon elementlerinin rolü: alaşımın erime noktasını önemli ölçüde düşürür, katı-sıvı sıcaklık bölgesini genişletir ve düşük erime noktalı bir ötektik oluşturur; deoksidasyon azaltma ve cüruflama fonksiyonlarına sahiptir; kaplamayı sertleştirmek ve güçlendirmek; İşletim süreci performansını iyileştirin.
●Bakır elementinin rolü: Oksitleyici olmayan asitlere karşı korozyon direncini arttırır.
●Krom elementinin rolü: katı çözeltinin güçlendirilmesi ve pasifleştirilmesi; korozyon direncinin ve yüksek sıcaklıkta oksidasyon direncinin arttırılması; fazla krom, alaşım sertliğini ve aşınma direncini iyileştirmek için karbon ve bor ile kolayca krom karbür ve krom borür sert fazları oluşturur.
●Molibden elementinin rolü: büyük atom yarıçapı, katı çözeltiden sonra kristal kafesin büyük ölçüde bozulmasına neden olur, alaşım matrisini önemli ölçüde güçlendirir, matrisin yüksek sıcaklık dayanımını ve kırmızı sertliğini artırır; kaplamadaki ağ yapısını kesebilir ve azaltabilir; Gaz direncini artırır Nikel bazlı hassas alaşımların korozyon ve erozyon yeteneklerini artırır.
Nikel bazlı yumuşak manyetik alaşım, nikel bazlı hassas direnç alaşımı ve nikel bazlı elektrotermal alaşım vb. dahil. En yaygın olarak kullanılan yumuşak manyetik alaşım, yaklaşık %80 nikel içeren Permalloy'dur. Yüksek maksimum manyetik geçirgenliğe ve başlangıç manyetik geçirgenliğine ve düşük zorlayıcı kuvvete sahiptir. Elektronik endüstrisinde önemli bir demir çekirdek malzemesidir. Nikel bazlı hassas dirençli alaşımın ana alaşım elementleri krom, alüminyum ve bakırdır. Bu alaşım yüksek dirence, düşük sıcaklık direnci katsayısına ve iyi korozyon direncine sahiptir ve direnç yapımında kullanılır. Nikel bazlı elektrikli ısıtma alaşımı, %20 krom içeren bir nikel alaşımıdır. İyi anti-oksidasyon ve korozyon önleyici özelliklere sahiptir ve 1000 ila 1100 derece arasındaki sıcaklıklarda uzun süre kullanılabilir.
Nikel bazlı şekil hafızalı alaşım
%50 (at) titanyum içeren nikel alaşımı. İyileşme sıcaklığı 70 derece olup, şekil hafıza etkisi iyidir. Nikel-titanyum bileşenlerinin oranındaki küçük bir değişiklik, geri kazanım sıcaklığını 30 ila 100 derece aralığında değiştirebilir. Çoğunlukla uzay araçlarında kullanılan otomatik açılan yapısal parçaların, havacılık endüstrisinde kullanılan kendinden tahrikli bağlantı elemanlarının, biyotıpta kullanılan yapay kalp motorlarının vb. üretiminde kullanılır.
