Hogyan készülnek a nikkel -szuperfémek

1.Hogyan készítik a nikkel -szuperötvözeteket?

A nikkel-szuperötvözeteket egy komplex, többlépcsős folyamaton keresztül gyártják, hogy elérjék egyedi mikroszerkezetüket és nagy teljesítményű tulajdonságaikat. A legfontosabb szakaszok a következők:

Ötvözet olvadás és öntés:
Az elsődleges elemeket (nikkel, króm, molibdén, kobalt stb.) Vákuum-indukciós kemencékben (VIF) vagy argon-oxigén dekarburizációs (AOD) kemencékben olvadják, hogy elkerüljék a szennyeződést és biztosítsák a pontos kémiai összetételt. A vákuum olvadása kritikus fontosságú a gázporozitás (pl. Oxigén vagy nitrogénből történő) csökkentése és a szennyeződések, például a kén eltávolításához. Az olvadás után az ötvözetet rúdba, tuskákba vagy nettó alakú alkatrészekbe öntik befektetési öntéssel (turbina pengékhez használják) vagy homoköntéssel.

Forró munka:
A rúd magas hőmérsékletre (gyakran 1000–1 200 fok) melegítik, és kovácsolás, gördítés vagy extrudálás útján alakulnak. Ez a folyamat finomítja a gabonaszerkezetet, csökkenti a hibákat és összehangolja a szemcséket a mechanikai szilárdság-különösen a kúszás ellenállás fokozása érdekében. A kovácsolás gyakori a turbina lemezeknél, míg a gördülés lapokat vagy lemezeket állít elő.

Hőkezelés:
Kritikus lépés a mikroszerkezet optimalizálására. A gyakori kezelések a következők:

Oldat -lágyítás: Az ötvözet melegítése 1000–1 200 fokra, hogy az ötvöző elemeket egyenletesen feloldja, majd gyors lehűtés (kioltás), hogy reteszelje őket egy túltelített szilárd oldatba.

Öregedés (csapadékkeményítés): Alacsonyabb hőmérsékleten (650–900 fokra) melegítés, hogy kiváltja a finom, egyenletesen elosztott intermetalli csapadék képződését (pl.

Másodlagos feldolgozás:
További lépések lehetnek a megmunkálás (a pontos méretek elérése érdekében), a felszíni kezelések (pl. Bevonatok a fokozott oxidációs ellenálláshoz, például aluminid bevonatok) vagy a porfémek (fejlett ötvözetekhez, mint például a René 95). A por kohászat magában foglalja az olvadt ötvözet porlasztását finom porré, majd nagy nyomás és hőmérsékleten történő megszilárdításához, hogy egységes szemcsés szerkezetű alkatrészeket hozzon létre.

Minőség -ellenőrzés:
A szigorú tesztelés (pl. A fázis elemzéséhez röntgendiffrakció, a hibák ultrahangos tesztelése és az erő mechanikai tesztelése) biztosítja az ötvözet teljesítését.

2. A nikkel -szuperfémek mágnesesek?

A nikkel -szuperfémek mágneses tulajdonságai összetételüktől és mikroszerkezetüktől függnek, de a legtöbb anem mágneses vagy gyengén mágnesesszobahőmérsékleten. Így van:

Maga a nikkel szobahőmérsékleten ferromágneses (vonzza a mágneseket), de más elemek hozzáadása a szuperötvözetekbe módosítja ezt a viselkedést.

A króm, a molibdén és a niobium-közös ötvöző elemek csökkentik a ferromagnetizmust a nikkel mágneses domének igazításának megzavarásával.

Számos nikkel-szuperfémet (pl. Inconel 718, Hastelloy C-276 és Waspaloy) úgy terveztek, hogy austenit, egy kristályszerkezet (arc-központú köbös, FCC), amely eredendően nem mágneses.

Exceptions exist: Some nickel superalloys with higher iron content or specific heat treatments may exhibit weak magnetism, but this is rare. For example, certain grades with >A 10% -os vas enyhe ferromagnetizmust mutathat, de ez elhanyagolható a ferromágneses fémekhez képest, mint például a vas vagy a szénacél.

Gyakorlati szempontból a repülőgép, az energiában vagy a kémiai alkalmazásokban használt nikkel-szuperötvözetek többsége nem mágneses, így alkalmassá teszi őket mágneses rezonancia képalkotó (MRI) berendezések vagy környezetek felhasználására, ahol a mágneses interferencia kerülni kell.

3. Melyek a nikkel-alapú szuperötvözetek különböző osztályai?

A nikkel-alapú szuperfémeket kompozíciójuk, erősítő mechanizmusok és a tervezett alkalmazások alapján osztályozzák osztályokba. Az alábbiakban bemutatjuk a kulcsfontosságú osztályokat, amelyeket elsődleges felhasználásuk vagy tulajdonságaik meghatározása alapján csoportosítanak:

Repülőgép- és magas hőmérsékleti szilárdság

Inconel 718: A legszélesebb körben használt nikkel -szuperötvözet, amely ~ 53% NI -t, 19% CR -t, 5% NB -t és 3% MO -t tartalmaz. "(NI₃NB) csapadékokkal erősítve, nagy szilárdságot kínál 650 fokig (1200 fok) és kiváló hegeszthetőség. Használt a turbinemélyrétegekhez, a rakéta motor alkatrészeihez és

Diszpáloy: ~ 58% Ni, 19% CR, 13% CO és 4% Mo. -t tartalmaz. A '(Ni₃ (Al, Ti)) kicsapásokkal erősítve, ellenáll a kúszásnak 815 fokos (1500 fok), és gázturbinás pengékben és égéskamrákban használják.

René 41: Kobalttartalmú ötvözet (~ 55% Ni, 19% CR, 11% CO), magas oxidációs rezisztenciával. A sugárhajtású motorok utáni égőkben és a magas hőmérsékletű rögzítőelemekben használják.

Inconel 625: ~ 61% Ni, 21,5% CR, 9% MO és 3,6% NB. A korrózióállóságról és az erősségről, akár 980 fokig (1800 fok) ismert; A turbina kipufogó rendszerekben és a kémiai feldolgozásban használják.

Korrózióállóság

Hastelloy C-276: ~ 57% Ni, 16% CR, 16% MO és 5% Fe. Ellenáll a szélsőséges korróziónak savakban (kén, sósav), klór és tengervízben. Vegyi reaktorokban, szennyezés -szabályozó berendezésekben és tengeri olajszerszámokban használják.

Inconsel 600: ~ 76% Ni, 16% CR és 8% Fe. Oxidációs ellenállást kínál magas hőmérsékletű levegőben, és a nukleáris reaktormagokban, a hőcserélőkben és a kemence alkatrészeiben használják.

Alloy 20 (Nickel 200/201): ~ 99% Ni (minimális szennyeződéssel 201 -ben). Nagyon rezisztens a maró oldatokkal (pl. Nátrium -hidroxid), és vegyi tároló tartályokban és galvanizáló berendezésekben használják.

Kúszó ellenállás rendkívül magas hőmérsékleten

Inconel 738LC: ~ 61% Ni, 16% CR, 8,5% CO és 3,4% Al. Gázturbina pengékre tervezték, kúszó ellenállással, akár 900 fokig (1650 fok).

CMSX-4: A turbinapengékben használt egykristályos szuperötvözet (~ 61% Ni, 10% CR, 9% CO). Az egykristályos szerkezete kiküszöböli a gabona határait, csökkentve a kúszást és javítva a magas hőmérsékletű teljesítményt 1000 fok felett (1 830 f).

Hegeszthető és sokoldalú osztályok

Inconel 825: ~ 42% Ni, 21,5% CR, 30% Fe és 2,2% Cu. A korrózióállóság (kénsav, tengervíz) és a hegesztés egyensúlya. Olajkút -csövekhez és hőcserélőkhöz használják.

Monel 400: Nikkel-rézötvözet (~ 67% Ni, 30% Cu), kiválóan ellenállva a tengervíz és a hidrofluorinsav ellen. Noha nem mindig besorolják szigorúan "szuperötvözetnek", gyakran csoportosítják velük a nagy teljesítményű korrózióállóság érdekében.

Mindegyik fokozatot meghatározott körülmények között tervezik, az ötvöző elemek eltéréseivel (pl. Alumínium a „erősítéshez, a korrózióállóság molibdénje), tulajdonságaikat a rést alkalmazásokhoz igazítva.