Hợp kim gốc niken cho hợp kim nhiệt độ cao

Hợp kim gốc niken cho hợp kim nhiệt độ cao

Hợp kim gốc niken

Hợp kim nhiệt độ cao dùng để chỉ một loại vật liệu kim loại dựa trên sắt, niken và coban, có thể hoạt động ở nhiệt độ cao trên 600 độ và chịu áp lực nhất định trong thời gian dài, đồng thời có độ bền nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa tốt và chống ăn mòn nóng. , hiệu suất mỏi tốt và độ bền gãy và các đặc tính toàn diện khác, nó được gọi là siêu hợp kim ở Châu Âu và Hoa Kỳ. Nó thường được sử dụng cho các bộ phận hoạt động ở nhiệt độ cao (600 ~ 1200 độ) và các điều kiện ứng suất phức tạp trong thời gian dài.

Hợp kim gốc niken hiện là hợp kim nhiệt độ cao được sử dụng rộng rãi nhất và chủ yếu được sử dụng trong các môi trường làm việc như nhiệt độ cao, axit mạnh hoặc kiềm và oxy hóa mạnh. Sự phát triển và sử dụng nó bắt đầu vào cuối những năm 1930 trong bối cảnh sự xuất hiện của máy bay phản lực đặt ra yêu cầu cao hơn về hiệu suất của hợp kim nhiệt độ cao. Bài viết này sẽ giới thiệu các hợp kim gốc niken từ các khía cạnh sau.

1. Loại

Chia theo hiệu suất:

Hợp kim chống ăn mòn gốc niken: Các nguyên tố hợp kim chính là đồng, crom và molypden. Nó có hiệu suất toàn diện tốt và có thể chống lại sự ăn mòn axit và ăn mòn ứng suất khác nhau. Chủ yếu bao gồm hợp kim niken-đồng (Ni-Cu) (Hợp kim Monel), hợp kim niken-crom (Ni-Cr) (hợp kim chịu nhiệt gốc niken, Incoloy, dòng Inconel), hợp kim niken-molypden (Ni-Mo) ( Dòng Hastelloy B), hợp kim niken-crom-molypden (Ni-Cr-Mo) (chủ yếu là dòng Hastelloy C), v.v. Đồng thời, niken nguyên chất cũng là đại diện điển hình của hợp kim chống ăn mòn gốc niken.

Hợp kim chống mài mòn gốc niken: Các nguyên tố hợp kim chính là crom, molypden và vonfram, đồng thời cũng chứa một lượng nhỏ niobi, tantalum và indium. Ngoài khả năng chống mài mòn, nó còn có đặc tính chống oxy hóa, chống ăn mòn và hàn tốt.

Hợp kim chính xác dựa trên niken: bao gồm hợp kim từ mềm dựa trên niken, hợp kim điện trở chính xác dựa trên niken và hợp kim nhiệt điện dựa trên niken, v.v. Hợp kim từ mềm được sử dụng phổ biến nhất là Permalloy, chứa khoảng 80% niken. Nó có tính thấm từ tối đa cao và tính thấm từ ban đầu và lực cưỡng bức thấp. Nó là vật liệu lõi sắt quan trọng trong ngành công nghiệp điện tử. Các nguyên tố hợp kim chính của hợp kim kháng chính xác gốc niken là crom, nhôm và đồng. Hợp kim này có điện trở suất cao, hệ số điện trở suất ở nhiệt độ thấp và khả năng chống ăn mòn tốt, được sử dụng để chế tạo điện trở. Hợp kim sưởi điện dựa trên niken là hợp kim niken chứa 20% crôm. Nó có đặc tính chống oxy hóa và chống ăn mòn tốt và có thể sử dụng lâu dài ở nhiệt độ 1000 đến 1100 độ.

Hợp kim bộ nhớ dựa trên niken: hợp kim niken chứa 50 (at)% titan. Nhiệt độ phục hồi của nó là 70 độ và hiệu ứng ghi nhớ hình dạng của nó rất tốt. Một sự thay đổi nhỏ trong tỷ lệ các thành phần niken-titan có thể thay đổi nhiệt độ thu hồi trong khoảng từ 30 đến 100 độ.

2. Đặc điểm của hợp kim gốc niken thường được sử dụng

Inconel 600: Nó có khả năng chống ăn mòn và chống oxy hóa ở nhiệt độ cao tốt, đặc tính hàn và xử lý nóng và lạnh tuyệt vời, đồng thời có độ bền nhiệt đạt yêu cầu và độ dẻo cao dưới 700 độ;

Inconel 625: Khả năng chống rỗ, ăn mòn kẽ hở, ăn mòn giữa các hạt và xói mòn trong môi trường clorua tuyệt vời; chịu axit và khả năng hàn tốt; các phiên bản mỏi chu kỳ thấp của Inconel 625 là loại Bellows được sử dụng phổ biến.

Inconel 690: Hàm lượng coban thấp, thích hợp cho các ứng dụng liên quan đến năng lượng hạt nhân và điện trở suất thấp. Ví dụ, các ống truyền nhiệt của máy tạo hơi nước trong các nhà máy điện hạt nhân lò phản ứng nước áp lực đều được làm bằng vật liệu 690.

Inconel 713C: Hợp kim đúc gốc niken-crom cứng kết tủa.

Inconel 718: Với pha tăng cường pha, hiệu suất hàn tốt.

Inconel 751: Bổ sung thêm hàm lượng nhôm giúp nó có độ bền đứt tốt hơn ở khoảng nhiệt độ cao gần 870 độ.

Inconel 792: Bổ sung thêm hàm lượng nhôm giúp nó có khả năng chống ăn mòn tốt hơn ở nhiệt độ cao, phù hợp để sản xuất tua-bin khí.

Inconel 939: ‘tăng cường pha để tăng hiệu suất hàn.

Incoloy 020: Thể hiện khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường hóa học chứa axit sulfuric, clorua, axit photphoric và axit nitric.

Incoloy 028: Chịu được cả axit và muối, hàm lượng đồng giúp kháng được axit sulfuric.

Incoloy 330: Thể hiện độ bền tốt ở nhiệt độ cao và khả năng chống chịu tốt với môi trường oxy hóa và khử.

Incoloy 800: Nó có khả năng chống ăn mòn ứng suất tuyệt vời trong clorua, dung dịch nước NaOH nồng độ thấp và nước ở nhiệt độ cao và áp suất cao. Nó có thể ổn định và duy trì cấu trúc austenit ngay cả khi tiếp xúc lâu dài với nhiệt độ cao.

Incoloy 803: Được thiết kế để sử dụng trong môi trường giàu lưu huỳnh.

Incoloy 825: Có khả năng chống ăn mòn tốt trong việc khử và oxy hóa axit, chống nứt ăn mòn do ứng suất, ăn mòn rỗ và ăn mòn kẽ hở, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đối với axit sulfuric và axit photphoric và đặc tính xử lý nóng và lạnh tốt. , dễ tạo hình nguội và hàn.

Incoloy 908: có độ bền kéo cao, khả năng chống phát triển vết nứt mỏi, khả năng hàn tốt, độ ổn định và độ dẻo luyện kim, độ bền đứt gãy và va đập cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp, khả năng chống giòn oxy và không bị nứt trong quá trình xử lý nóng.

Incoloy 907: Độ bền cao và hệ số giãn nở nhiệt thấp ở nhiệt độ cao.

Incoloy 945X: Được thiết kế cho môi trường giàu clo, molypden tăng khả năng chống ăn mòn kẽ hở và ăn mòn rỗ.

Incoloy MA956: Được chế tạo thông qua quá trình hợp kim cơ học chứ không phải là quá trình nấu chảy toàn bộ, rất khó hàn và cần được nung nóng đến 200C để tạo thành.

Monel 400: Có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường axit và kiềm, đặc biệt thích hợp với điều kiện khử. Nó cũng có độ dẻo và độ dẫn nhiệt tốt. Thường được sử dụng trong kỹ thuật hàng hải, xử lý hóa chất và hydrocarbon, bộ trao đổi nhiệt, van và máy bơm.

Monel 401: Nó có đặc tính hàn dễ dàng bằng khí trơ vonfram, hàn điện trở và hàn đồng. Dành cho các ứng dụng điện và điện tử chuyên dụng.

Monel 404: Có thể dùng để hàn, rèn bằng các kỹ thuật hàn thông thường nhưng không thể gia công nóng. Nó có nhiệt độ thấp, độ thấm thấp và đặc tính hàn tốt. Thường được sử dụng cho bóng bán dẫn và con dấu kim loại.

Monel 405: dễ cắt, chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu thô cho máy trục vít tự động và thường không được khuyến khích cho các ứng dụng khác.

Monel 450: Có độ bền mỏi tốt và độ dẫn nhiệt cao. Thường được sử dụng trong bình ngưng, thiết bị chưng cất, thiết bị bay hơi và ống trao đổi nhiệt cũng như ống nước muối.

Monel K-500: Về cơ bản, nó có hiệu suất tương tự như Monel 400 và thường được sử dụng trong trục máy bơm, cánh quạt, máy nạo, vòng cổ khoan giếng dầu, dụng cụ và linh kiện điện tử.

Monel 502: có khả năng chống rão và chống oxy hóa tốt, đồng thời cũng có thể được gia công như thép không gỉ austenit.

Hastelloy B-2: Khả năng chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường khử.

Hastelloy B-3: phiên bản nâng cấp của B2, có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời đối với axit clohydric ở mọi nhiệt độ và nồng độ;

Hastelloy C-4: Độ ổn định nhiệt tốt, độ bền tốt và khả năng chống ăn mòn ở 650~1040 độ;

Hastelloy C-22: Khả năng chống ăn mòn đồng đều trong môi trường oxy hóa tốt hơn so với C-4 và C-276, đồng thời khả năng chống ăn mòn cục bộ của nó rất tuyệt vời;

Hastelloy C-276: có khả năng chống ăn mòn oxy hóa và giảm vừa phải tốt, đồng thời có khả năng chống ăn mòn ứng suất tuyệt vời;

Hastelloy C-2000: Hợp kim chống ăn mòn toàn diện nhất có khả năng chống ăn mòn đồng đều tuyệt vời trong cả môi trường oxy hóa và khử;

Hastelloy G-30: Hợp kim gốc niken có hàm lượng crom cao, hiệu suất tuyệt vời trong axit photphoric và các môi trường axit hỗn hợp oxy hóa mạnh khác;

Hastelloy X: Kết hợp độ bền cao, chống oxy hóa và dễ gia công.

3. So sánh đặc điểm các thương hiệu thông dụng

1. Thành phần hóa học của N5 tương tự N02201, và thành phần hóa học của N6 và N7 tương tự N02200. Vì N02200 có hàm lượng carbon Nhỏ hơn hoặc bằng 0,15% nên nó đồ họa hóa ở 315 độ và làm cho vật liệu trở nên giòn nên nhiệt độ tối đa được sử dụng là 315 độ.

2. 800, 800H và 800HT có cùng thành phần nguyên tố hóa học theo tiêu chuẩn ASME. 800 có hàm lượng carbon thấp nhất, nhiệt độ ủ là 982-1038 độ và nhiệt độ sử dụng dưới 600 độ; 800H có hàm lượng Al+Ti hạn chế và sau khi xử lý bằng dung dịch rắn đặc biệt (1121-1177 độ ), các hạt tinh thể thô và các hạt đạt tiêu chuẩn ASTM- 5.0, khả năng chống đứt gãy của rão trên 600 độ được cải thiện đáng kể; 800HT làm tăng hàm lượng Al+Ti và sau khi xử lý bằng dung dịch rắn đặc biệt (1121-1177 độ ), các hạt tinh thể thô và kích thước hạt là ASTM-5.0, Khả năng chống đứt rão cao nhất trên 700 độ được cải thiện đáng kể. Nếu nhiệt độ xử lý nhiệt quá cao, các hạt vật liệu sẽ nở ra, có giới hạn rão và giới hạn độ bền lâu dài cao hơn, đồng thời giảm độ dẻo dai. Nhiệt độ xử lý nhiệt cao hơn dẫn đến quá trình tạo mầm nhanh hơn và số lượng tinh thể tăng lên. Lúc này hạt đã tương đối mịn. Khi thời gian ủ kéo dài, hạt sẽ phát triển. Khi tốc độ làm nguội chậm, hạt cũng sẽ to hơn. Nói chung, nhiệt độ càng cao (gradient càng nhỏ) thì kích thước hạt càng lớn. Hạt càng nhỏ thì độ bền và độ cứng càng cao, độ dẻo và độ dẻo dai càng tốt. Tuy nhiên, trong môi trường làm việc ở nhiệt độ cao, các hạt trở nên thô hơn và tổng chiều dài của ranh giới hạt giảm đi. Biến dạng hoặc hư hỏng do trượt dọc theo ranh giới hạt hoặc hiệu suất từ ​​biến được cải thiện.

3. Thành phần hóa học chính của N06600: 72Ni-15Cr-8Fe, thành phần hóa học chính của N08800: 33Ni-42Fe-21Cr, tương đương với việc chia Hàm lượng 72Ni trong N06600 thành 33Ni{12}}Fe và giảm chi phí bằng cách thay thế một phần niken.

4. Thành phần hóa học chính của N10675 là 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr, và thành phần hóa học chính của N10276 là 54Ni-16Mo-15Cr . Nó có thể được coi là xấp xỉ bằng cách chia 29,5Mo trong N10675 thành 16Mo+15Cr. Do hàm lượng Cr tăng lên nên vật liệu có khả năng chống oxy hóa. Khả năng của phương tiện truyền thông để ăn mòn.

4. Định nghĩa thuật ngữ

Than chì hóa: Thép carbon thấp trải qua quá trình biến đổi than chì hóa khi tiếp xúc lâu dài ở nhiệt độ 450 độ và cấu trúc xi măng phân hủy thành Fe3C=3Fe+C (graphit).

Độ rão: Vật liệu kim loại bị gãy dọc theo ranh giới hạt dưới tác dụng của tải trọng nhiệt độ cao trong thời gian dài.

Xử lý bằng dung dịch rắn: Cho hợp chất Cr23C6 pha kết tủa và pha σ (pha giòn FeCr) được hòa tan lại vào cấu trúc austenit để tạo thành cấu trúc austenit bão hòa.

Xử lý nhạy cảm: Ở trong khoảng 400-800 độ trong một thời gian dài, cấu trúc austenite sẽ bị cạn kiệt crom trong ranh giới hạt cacbua do sự hình thành Cr23C6.

Ăn mòn giữa các hạt: Hợp chất Cr23C6 hình thành trong cấu trúc austenit gây ra sự suy giảm crom ở ranh giới hạt cacbua. Hàm lượng Cr của vật liệu nhỏ hơn 12% và các hạt vật liệu bị tách ra.

Mô đun đàn hồi: tỷ số giữa ứng suất và biến dạng trong giai đoạn biến dạng đàn hồi.

Tỷ số Poisson: tỷ số thay đổi tương đối của kích thước ngang/kích thước dọc trong giai đoạn biến dạng đàn hồi.

Hệ số giãn nở tuyến tính: Chiều dài và thể tích tuyến tính của tinh thể tăng khi nhiệt độ tăng.