โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง

โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลักสำหรับโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง

โลหะผสมนิกเกิล

โลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงหมายถึงประเภทของวัสดุโลหะที่มีส่วนประกอบของเหล็ก นิกเกิล และโคบอลต์ ซึ่งสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงกว่า 600 องศา และภายใต้ความเค้นบางอย่างเป็นเวลานาน และมีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดี และ ความต้านทานการกัดกร่อนที่ร้อน ประสิทธิภาพความล้าที่ดีและความเหนียวแตกหักและคุณสมบัติที่ครอบคลุมอื่น ๆ เรียกว่าซูเปอร์อัลลอยด์ในยุโรปและสหรัฐอเมริกา โดยปกติจะใช้กับส่วนประกอบที่ทำงานภายใต้อุณหภูมิสูง (600~1200 องศา) และสภาวะความเครียดที่ซับซ้อนเป็นเวลานาน

โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักในปัจจุบันเป็นโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูงที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด และส่วนใหญ่จะใช้ในสภาพแวดล้อมการทำงาน เช่น อุณหภูมิสูง กรดหรือด่างแก่ และออกซิเดชันอย่างแรง การพัฒนาและการใช้งานเริ่มขึ้นในปลายทศวรรษ 1930 โดยมีพื้นหลังว่าการเกิดขึ้นของเครื่องบินเจ็ตทำให้มีข้อกำหนดที่สูงขึ้นในด้านประสิทธิภาพของโลหะผสมที่มีอุณหภูมิสูง บทความนี้จะแนะนำโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักจากประเด็นต่อไปนี้

1. ประเภท

แบ่งตามผลงาน:

โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนจากนิกเกิล: องค์ประกอบของโลหะผสมหลัก ได้แก่ ทองแดง โครเมียม และโมลิบดีนัม มีประสิทธิภาพที่ครอบคลุมดีและสามารถต้านทานการกัดกร่อนของกรดและการกัดกร่อนจากความเค้นต่างๆ ส่วนใหญ่ประกอบด้วยโลหะผสมนิกเกิล-ทองแดง (Ni-Cu) (โลหะผสมโมเนล), โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม (Ni-Cr) (โลหะผสมทนความร้อนจากนิกเกิล, Incoloy, ซีรีส์ Inconel), โลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม (Ni-Mo) ( ซีรีส์ Hastelloy B), โลหะผสมนิกเกิล-โครเมียม-โมลิบดีนัม (Ni-Cr-Mo) (ส่วนใหญ่เป็นซีรีส์ Hastelloy C) ฯลฯ ในเวลาเดียวกัน นิกเกิลบริสุทธิ์ยังเป็นตัวแทนทั่วไปของโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนจากนิกเกิล

โลหะผสมที่ทนทานต่อการสึกหรอจากนิกเกิล: โลหะผสมหลักได้แก่ โครเมียม โมลิบดีนัม และทังสเตน และยังประกอบด้วยไนโอเบียม แทนทาลัม และอินเดียมในปริมาณเล็กน้อย นอกจากต้านทานการสึกหรอแล้ว ยังมีคุณสมบัติต่อต้านอนุมูลอิสระ การกัดกร่อน และการเชื่อมที่ดีอีกด้วย

โลหะผสมที่มีความแม่นยำเป็นส่วนประกอบหลักที่มีนิกเกิล: รวมถึงโลหะผสมแม่เหล็กอ่อนที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก โลหะผสมที่มีความต้านทานความเที่ยงตรงที่มีพื้นฐานเป็นนิกเกิล และโลหะผสมที่มีความร้อนด้วยไฟฟ้าที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก ฯลฯ โลหะผสมแม่เหล็กอ่อนที่ใช้กันมากที่สุดคือ Permalloy ซึ่งมีนิกเกิลประมาณ 80% มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงสุดสูงและการซึมผ่านของแม่เหล็กเริ่มต้นและแรงบีบบังคับต่ำ เป็นวัสดุแกนเหล็กที่สำคัญในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ องค์ประกอบการผสมหลักของโลหะผสมต้านทานความแม่นยำที่มีนิกเกิลเป็นหลัก ได้แก่ โครเมียม อลูมิเนียม และทองแดง โลหะผสมนี้มีความต้านทานสูง ค่าสัมประสิทธิ์ความต้านทานอุณหภูมิต่ำและทนต่อการกัดกร่อนได้ดี และใช้ในการสร้างตัวต้านทาน โลหะผสมทำความร้อนไฟฟ้าที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักคือโลหะผสมนิกเกิลที่มีโครเมียม 20% มีคุณสมบัติต่อต้านอนุมูลอิสระและป้องกันการกัดกร่อนได้ดี และสามารถใช้งานได้นานที่อุณหภูมิ 1,000 ถึง 1,100 องศา

เมมโมรีอัลลอยด์ที่มีส่วนประกอบหลักเป็นนิกเกิล: โลหะผสมนิกเกิลที่มีไทเทเนียม 50 (at)% อุณหภูมิการฟื้นตัวของมันคือ 70 องศา และเอฟเฟกต์หน่วยความจำรูปร่างก็ดี การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสัดส่วนของส่วนประกอบนิกเกิล-ไทเทเนียมสามารถเปลี่ยนอุณหภูมิในการคืนสภาพได้ในช่วง 30 ถึง 100 องศา

2. ลักษณะของโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักที่ใช้กันทั่วไป

Inconel 600: มีความต้านทานการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงและทนต่อการเกิดออกซิเดชันได้ดี มีคุณสมบัติในการแปรรูปและการเชื่อมทั้งร้อนและเย็นที่ดีเยี่ยม และมีความแข็งแรงทางความร้อนที่น่าพอใจและมีความเป็นพลาสติกสูงต่ำกว่า 700 องศา ;

Inconel 625: ทนทานต่อการกัดกร่อนแบบรูพรุน การกัดกร่อนตามรอยแยก การกัดกร่อนตามขอบเกรน และการกัดเซาะในตัวกลางคลอไรด์ได้ดีเยี่ยม ทนกรดและเชื่อมได้ดี Inconel 625 เวอร์ชันความล้ารอบต่ำมักใช้เครื่องสูบลม

Inconel 690: ปริมาณโคบอลต์ต่ำ เหมาะสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับพลังงานนิวเคลียร์ และมีความต้านทานต่ำ ตัวอย่างเช่น ท่อถ่ายเทความร้อนของเครื่องกำเนิดไอน้ำในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันล้วนทำจากวัสดุ 690 ชนิด

Inconel 713C: โลหะผสมหล่อที่มีนิกเกิล-โครเมียมชุบแข็งด้วยการตกตะกอน

Inconel 718: ด้วยเฟสเสริมความแข็งแรง ประสิทธิภาพการเชื่อมที่ดี

Inconel 751: การเพิ่มปริมาณอะลูมิเนียมจะทำให้มีแรงแตกหักได้ดีขึ้นในช่วงอุณหภูมิสูงใกล้ 870 องศา

Inconel 792: การเพิ่มปริมาณอะลูมิเนียมทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนที่อุณหภูมิสูงได้มากขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตกังหันก๊าซ

Inconel 939: ' การเสริมกำลังเฟสเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเชื่อม

Incoloy 020: แสดงให้เห็นถึงความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมทางเคมีซึ่งประกอบด้วยกรดซัลฟิวริก คลอไรด์ กรดฟอสฟอริก และกรดไนตริก

Incoloy 028: ทนทานต่อทั้งกรดและเกลือ ปริมาณทองแดงทำให้ทนทานต่อกรดซัลฟิวริก

Incoloy 330: มีความแข็งแรงที่ดีที่อุณหภูมิสูง และทนทานต่อสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และรีดิวซ์ได้ดี

Incoloy 800: มีความต้านทานที่ดีเยี่ยมต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นในคลอไรด์ สารละลายน้ำ NaOH ที่มีความเข้มข้นต่ำ และน้ำที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง สามารถคงความเสถียรและรักษาโครงสร้างออสเทนนิติกได้แม้ว่าจะสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานานก็ตาม

Incoloy 803: ออกแบบมาเพื่อใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีกำมะถันสูง

Incoloy 825: มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีในกรดรีดิวซ์และออกซิไดซ์ ความต้านทานต่อการแตกร้าวของการกัดกร่อนจากความเค้น การกัดกร่อนแบบรูพรุนและการกัดกร่อนตามรอยแยก ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยมต่อกรดซัลฟิวริกและกรดฟอสฟอริก และคุณสมบัติการประมวลผลร้อนและเย็นที่ดี ขึ้นรูปเย็นและเชื่อมได้ง่าย

Incoloy 908: มีความต้านทานแรงดึงสูง ทนต่อการเติบโตของรอยแตกเมื่อยล้า เชื่อมได้ดี มีเสถียรภาพทางโลหะวิทยาและความเหนียว ทนต่อการแตกหักและแรงกระแทกสูง ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความต้านทานต่อการเปราะของออกซิเจน และไม่แตกร้าวระหว่างการแปรรูปที่ร้อน

Incoloy 907: ความแข็งแรงสูงและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำที่อุณหภูมิสูง

Incoloy 945X: ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีคลอรีนสูง โมลิบดีนัมเพิ่มความต้านทานต่อการกัดกร่อนตามรอยแยกและการกัดกร่อนแบบรูพรุน

Incoloy MA956: ผลิตจากโลหะผสมเชิงกลมากกว่ากระบวนการหลอมละลาย การเชื่อมเป็นเรื่องยากและต้องได้รับความร้อนถึง 200C จึงจะขึ้นรูป

Monel 400: มีความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและด่าง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการลดสภาวะต่างๆ อีกทั้งยังมีความเหนียวและการนำความร้อนได้ดี นิยมใช้ในวิศวกรรมทางทะเล การแปรรูปทางเคมีและไฮโดรคาร์บอน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน วาล์ว และปั๊ม

Monel 401: มีคุณลักษณะของการเชื่อมแบบป้องกันก๊าซเฉื่อยทังสเตนที่ง่าย การเชื่อมแบบต้านทาน และการบัดกรีแข็ง สำหรับงานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์เฉพาะทาง

Monel 404: สามารถใช้สำหรับการเชื่อมและการตีโดยใช้เทคนิคการเชื่อมทั่วไป แต่ไม่สามารถผ่านกระบวนการร้อนได้ มีอุณหภูมิต่ำ การซึมผ่านต่ำ และคุณสมบัติการบัดกรีที่ดี โดยทั่วไปใช้สำหรับทรานซิสเตอร์และซีลโลหะ

Monel 405: ตัดง่าย ส่วนใหญ่ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับเครื่องสกรูอัตโนมัติ และโดยทั่วไปไม่แนะนำให้ใช้กับงานอื่นๆ

Monel 450: มีความแข็งแรงเมื่อยล้าที่ดีและมีค่าการนำความร้อนสูง โดยทั่วไปใช้ในคอนเดนเซอร์ เครื่องกลั่น เครื่องระเหย และท่อแลกเปลี่ยนความร้อน รวมถึงท่อน้ำเกลือ

Monel K-500: โดยพื้นฐานแล้วมีประสิทธิภาพเหมือนกับ Monel 400 และมักใช้กับเพลาปั๊ม ใบพัด เครื่องขูด ปลอกเจาะบ่อน้ำมัน เครื่องมือ และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

Monel 502: มีความต้านทานการคืบและความต้านทานการเกิดออกซิเดชันได้ดี และยังสามารถแปรรูปได้เหมือนสเตนเลสออสเทนนิติก

Hastelloy B-2: ต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยมในสภาพแวดล้อมแบบลดขนาด

Hastelloy B-3: B2 เวอร์ชันอัปเกรด มีความต้านทานการกัดกร่อนต่อกรดไฮโดรคลอริกได้ดีเยี่ยมที่อุณหภูมิและความเข้มข้นใดๆ

Hastelloy C-4: มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี มีความเหนียวที่ดีและทนต่อการกัดกร่อนที่ 650~1040 องศา ;

Hastelloy C-22: ความต้านทานต่อการกัดกร่อนสม่ำเสมอในตัวกลางออกซิไดซ์นั้นดีกว่าความต้านทานของ C-4 และ C-276 และความต้านทานต่อการกัดกร่อนเฉพาะจุดนั้นดีเยี่ยม

Hastelloy C-276: มีความต้านทานที่ดีต่อการกัดกร่อนแบบออกซิเดชันและการลดการกัดกร่อนในระดับปานกลาง และทนทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้นได้ดีเยี่ยม

Hastelloy C-2000: โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนที่ครอบคลุมที่สุด โดยมีความต้านทานการกัดกร่อนที่สม่ำเสมอดีเยี่ยมทั้งในสภาพแวดล้อมออกซิไดซ์และรีดิวซ์

Hastelloy G-30: โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นหลักซึ่งมีปริมาณโครเมียมสูง มีสมรรถนะที่ดีเยี่ยมในกรดฟอสฟอริกและตัวกลางกรดผสมออกซิไดซ์อย่างแรงอื่นๆ

Hastelloy X: รวมความแข็งแรงสูง สารต้านอนุมูลอิสระ และการประมวลผลที่ง่ายดาย

3. การเปรียบเทียบคุณลักษณะของแบรนด์ที่ใช้กันทั่วไป

1. องค์ประกอบทางเคมีของ N5 คล้ายคลึงกับ N02201 และองค์ประกอบทางเคมีของ N6 และ N7 คล้ายคลึงกับ N02200 เนื่องจาก N02200 มีปริมาณคาร์บอนน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.15% จึงเกิดกราฟที่ 315 องศา และทำให้วัสดุเปราะ ดังนั้นอุณหภูมิสูงสุดที่ใช้คือ 315 องศา

2. 800, 800H และ 800HT มีองค์ประกอบทางเคมีเหมือนกันในมาตรฐาน ASME 800 มีปริมาณคาร์บอนต่ำที่สุด อุณหภูมิการหลอมคือ 982-1038 องศา และอุณหภูมิการใช้งานต่ำกว่า 600 องศา 800H มีปริมาณ Al+Ti ที่จำกัด และหลังการบำบัดด้วยสารละลายของแข็งแบบพิเศษ (1121-1177 องศา) เม็ดผลึกจะหยาบ และเม็ดมีค่า ASTM- 5.0 ความต้านทานการแตกร้าวของการคืบที่สูงกว่า 600 องศา ได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ 800HT จะเพิ่มปริมาณ Al+Ti และหลังการบำบัดด้วยสารละลายของแข็งแบบพิเศษ (1121-1177 องศา) เม็ดผลึกจะหยาบ และขนาดเกรนคือ ASTM-5.0 ซึ่งเป็นความต้านทานการแตกร้าวจากการคืบสูงสุดที่สูงกว่า 700 ระดับดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด หากอุณหภูมิการรักษาความร้อนสูงเกินไป เม็ดวัสดุจะขยายตัว มีขีดจำกัดการคืบคลานที่สูงขึ้นและขีดจำกัดความแข็งแกร่งที่ยั่งยืน และลดความเหนียวลง อุณหภูมิการอบชุบด้วยความร้อนที่สูงขึ้นส่งผลให้เกิดนิวเคลียสเร็วขึ้นและมีจำนวนผลึกเพิ่มขึ้น ช่วงนี้เมล็ดค่อนข้างละเอียด เมื่อระยะเวลาในการจับนานขึ้น เมล็ดข้าวก็จะงอกขึ้นมา เมื่ออัตราการเย็นตัวช้าลง เมล็ดข้าวก็จะมีขนาดใหญ่ขึ้นด้วย โดยทั่วไป ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น (การไล่ระดับสีน้อยลง) ขนาดเกรนก็จะยิ่งใหญ่ขึ้น ยิ่งเมล็ดมีขนาดเล็กเท่าใด ความแข็งแรงและความแข็งก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และความเป็นพลาสติกและความเหนียวก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีอุณหภูมิสูง เมล็ดข้าวจะหยาบขึ้น และความยาวรวมของขอบเขตของเมล็ดพืชจะลดลง การเสียรูปหรือความเสียหายที่เกิดจากการเลื่อนไปตามขอบเขตของเกรนหรือประสิทธิภาพการคืบได้รับการปรับปรุง

3. องค์ประกอบทางเคมีหลักของ N06600: 72Ni-15Cr-8Fe องค์ประกอบทางเคมีหลักของ N08800: 33Ni-42Fe-21Cr ซึ่งเทียบเท่ากับการหาร ปริมาณ 72Ni ใน N06600 เป็น 33Ni+45Fe และลดต้นทุนด้วยการเปลี่ยนส่วนหนึ่งของนิกเกิล

4. องค์ประกอบทางเคมีหลักของ N10675 คือ 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr และองค์ประกอบทางเคมีของ N10276 คือ 54Ni-16Mo-15Cr . ถือได้โดยประมาณว่าเป็นการหาร 29.5Mo ใน N10675 ออกเป็น 16Mo+15Cr เนื่องจากปริมาณ Cr ที่เพิ่มขึ้น วัสดุจึงมีความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชัน ความสามารถของสื่อในการกัดกร่อน

4. คำจำกัดความของคำศัพท์

การทำกราไฟท์: เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำผ่านการเปลี่ยนแปลงกราไฟท์ภายใต้อุณหภูมิ 450 องศาในระยะยาว และโครงสร้างซีเมนต์จะสลายตัวเป็น Fe3C=3Fe+C (กราไฟท์)

การคืบ: วัสดุโลหะแตกหักตามขอบเขตของเกรนภายใต้การรับภาระที่อุณหภูมิสูงในระยะยาว

การบำบัดด้วยสารละลายของแข็ง: ปล่อยให้สารประกอบ Cr23C6 เฟสตกตะกอนและเฟส σ (เฟส FeCr เปราะ) ถูกละลายใหม่เป็นโครงสร้างออสเทนไนต์เพื่อสร้างโครงสร้างออสเทนไนต์อิ่มตัว

การรักษาอาการแพ้: การคงอยู่ในช่วง 400-800 องศาเป็นเวลานาน โครงสร้างออสเทนไนต์จะหมดโครเมียมในขอบเขตของเกรนคาร์ไบด์เนื่องจากการก่อตัวของ Cr23C6

การกัดกร่อนตามขอบเกรน: สารประกอบ Cr23C6 ที่เกิดขึ้นในโครงสร้างออสเทนไนต์ทำให้โครเมียมสูญเสียไปในขอบเขตของเกรนคาร์ไบด์ ปริมาณ Cr ของวัสดุน้อยกว่า 12% และเม็ดวัสดุแตกออก

โมดูลัสยืดหยุ่น: อัตราส่วนของความเค้นต่อความเครียดในระหว่างระยะการเปลี่ยนรูปยืดหยุ่น

อัตราส่วนปัวซอง: อัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของขนาดตามขวาง/ขนาดตามยาวในระหว่างระยะการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น

ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น: ความยาวเชิงเส้นและปริมาตรของคริสตัลจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น