A nikkel alapú ötvözetek teljes körű ismerete
A nikkel alapú és más elemeket tartalmazó ötvözetet nikkelötvözetnek nevezzük. A nikkel jó mechanikai, fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Megfelelő elemek hozzáadásával javítható az oxidációval szembeni ellenállás, a korrózióállóság, a magas hőmérsékleti szilárdság és javítható bizonyos fizikai tulajdonságok. A nikkelötvözetek felhasználhatók elektroncsövek, precíziós ötvözetek (mágneses ötvözetek, precíziós ellenállású ötvözetek, elektrotermikus ötvözetek stb.), nikkelalapú magas hőmérsékletű ötvözetek, nikkel alapú korrózióálló ötvözetek és alakmemóriás ötvözetek anyagaként. A nikkelötvözetek széles körben használatosak olyan ágazatokban, mint az energiafejlesztés, a vegyipar, az elektronika, a navigáció, a repülés és az űrhajózás.
A nikkel különféle ötvözeteket képezhet rézzel, vassal, mangánnal, krómmal, szilíciummal és magnéziummal. Közülük a nikkel-réz ötvözet a híres Monel ötvözet. Nagy szilárdságú, jó plaszticitású, és 750 fok alatti légkörben stabil kémiai tulajdonságokkal rendelkezik. Széles körben használják az elektromos iparban, a vákuumcsövekben, a vegyiparban, az orvosi berendezésekben, valamint a navigációs és hajóépítő iparban.
1. A nikkel alapú ötvözet meghatározása
A nikkel alapú ötvözeteket általában 30 tömeg%-ot meghaladó Ni-tartalmú ötvözeteknek nevezik. A szokásos termékek Ni-tartalma meghaladja az 50 tömeg%-ot. Kimagasló magas hőmérsékletű mechanikai szilárdságuk és korrózióállóságuk miatt összefoglaló néven szuperötvözeteknek, valamint vasalapú és kobaltalapú ötvözeteknek (Superalloy) általában 540 fok feletti magas hőmérsékletű környezetben használják, és a különböző ötvözetkialakításokat ennek megfelelően választják ki. a használati alkalmakra. Leginkább speciális korrózióálló környezetben, magas hőmérsékletű korróziós környezetben és magas hőmérsékletű mechanikai szilárdságot igénylő berendezésekben használják. Gyakran használják a repülőgépiparban, az energetikában, a petrolkémiai iparban vagy a speciális elektronikai/optoelektronikai és egyéb területeken.
Alkalmazási területek
Termékkövetelmények jellemzői
Termékhasználat
repülőipar
Rendkívül magas hőmérsékleten is jó mechanikai szilárdságot tart fenn
Repülőgép motorok, gázturbinák, motorszelepek
energiaipar
Jól ellenáll a magas hőmérsékletű vulkanizálásnak és a magas hőmérsékletű oxidációnak
Kemencealkatrészek, szigetelés, hőkezelő ipar, olaj- és gázipar
petrolkémiai ipar
Ellenáll a vizes oldatok korróziójának (sav, lúg, kloridionok)
Sótalanító üzemek, petrolkémiai szállítóvezetékek
Elektronika/Optoelektronika Általános ipar
Általában ellenáll a korróziónak vagy a magas hőmérsékletű környezetnek, alacsony fokú ellenállással
Akkumulátortokok, ólomkeretek, számítógép monitorrácsok
2. Eredet és fejlődés
A nikkel alapú ötvözeteket az 1930-as évek végén fejlesztették ki. Az Egyesült Királyságban először 1941-ben állították elő a nikkel alapú Nimonic75 ötvözetet (Ni-20Cr-0.4Ti); a kúszási szilárdság javítása érdekében Al-t adtak hozzá a Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5 Ti-1.3Al) fejlesztéséhez; az Egyesült Államok a -1940s évek közepén, Oroszország az 1940-es évek végén és Kína a -1950s közepén szintén nikkelalapú ötvözeteket fejlesztett ki. A nikkel alapú ötvözetek fejlesztése két szempontot foglal magában, nevezetesen az ötvözet összetételének javítását és a gyártástechnológia innovációját.
Például az 1950-es évek elején a vákuumolvasztási technológia fejlődése megteremtette a feltételeket a magas Al- és Ti-tartalmú nikkelalapú ötvözetek finomítására, ami az ötvözet szilárdságának és üzemi hőmérsékletének jelentős növekedéséhez vezetett. Az 1950-es évek végén a turbinalapátok üzemi hőmérsékletének emelkedése miatt az ötvözeteknek magasabb magas hőmérsékleti szilárdságot kellett elérniük. Ha azonban az ötvözet szilárdsága nagy lenne, akkor nehéz vagy akár lehetetlen is deformálódni. Ezért precíziós öntési technológiát alkalmaztak jó magas hőmérsékleti szilárdságú ötvözetek sorozatának kifejlesztésére. öntőötvözetek. A -1960s évek közepén fejlesztették ki az irányított kristályosítást és a jobb teljesítményű egykristály szuperötvözetek, valamint a porkohászati szuperötvözetek.
A hajók és ipari gázturbinák igényeinek kielégítésére az 1960-as évek óta számos magas Cr-tartalmú nikkel alapú ötvözetet fejlesztettek ki, amelyek jó forró korrózióállósággal és stabil szerkezettel rendelkeznek. Az 1940-es évek elejétől az 1970-es évek végéig körülbelül 40 év alatt a nikkel alapú ötvözetek üzemi hőmérséklete 700-ról 1100 fokra nőtt, ami átlagosan évi 10 fokos növekedést jelent. Ma a nikkel alapú ötvözetek üzemi hőmérséklete meghaladhatja az 1100 fokot. A fent említett egyszerű összetételű Nimonic75 ötvözettől a közelmúltban kifejlesztett MA6000 ötvözetig a szakítószilárdság elérheti a 2220 MPa-t, a folyáshatár pedig 1100 fokon 192 MPa; Tartós szilárdsága 1100 fok /137MPa mellett eléri az 1000 órát, és repülőgép hajtóművekben használható.
