سبائك ذات درجة حرارة عالية - سبائك أساسها النيكل
تشير السبائك ذات درجة الحرارة العالية إلى نوع من المواد المعدنية التي تعتمد على الحديد والنيكل والكوبالت والتي يمكن أن تعمل في درجات حرارة عالية تزيد عن 600 درجة وتحت ضغط معين لفترة طويلة، ولها قوة عالية في درجات الحرارة العالية، ومقاومة جيدة للأكسدة، و مقاومة التآكل الساخن. وأداء التعب الجيد وصلابة الكسر وغيرها من الخصائص الشاملة، يطلق عليها اسم السبائك الفائقة في أوروبا والولايات المتحدة. يتم استخدامه عادة للمكونات التي تعمل تحت درجة حرارة عالية (600 ~ 1200 درجة) وظروف الإجهاد المعقدة لفترة طويلة.
تعد السبائك القائمة على النيكل حاليًا أكثر السبائك ذات درجات الحرارة العالية استخدامًا على نطاق واسع وتستخدم بشكل رئيسي في بيئات العمل مثل درجات الحرارة المرتفعة والأحماض القوية أو القلوية والأكسدة القوية. بدأ تطويرها واستخدامها في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين على خلفية أن ظهور الطائرات النفاثة فرض متطلبات أعلى على أداء السبائك ذات درجة الحرارة العالية. ستقدم هذه المقالة السبائك القائمة على النيكل من الجوانب التالية.
يكتب
مقسمة حسب الأداء:
سبائك النيكل المقاومة للتآكل: عناصر السبائك الرئيسية هي النحاس والكروم والموليبدينوم. إنه يتمتع بأداء شامل جيد ويمكنه مقاومة التآكل الحمضي والتآكل الناتج عن الإجهاد. تشمل بشكل أساسي سبائك النيكل والنحاس (Ni-Cu) (سبائك المونيل)، وسبائك النيكل والكروم (Ni-Cr) (سبائك مقاومة للحرارة قائمة على النيكل، Incoloy، سلسلة Inconel)، وسبائك النيكل والموليبدينوم (Ni-Mo) ( سلسلة Hastelloy B)، وسبائك النيكل والكروم والموليبدينوم (Ni-Cr-Mo) (سلسلة Hastelloy C بشكل أساسي)، وما إلى ذلك. وفي الوقت نفسه، يعد النيكل النقي أيضًا ممثلًا نموذجيًا للسبائك المقاومة للتآكل القائمة على النيكل.
سبائك النيكل المقاومة للتآكل: عناصر السبائك الرئيسية هي الكروم والموليبدينوم والتنغستن، وتحتوي أيضًا على كميات صغيرة من النيوبيوم والتنتالوم والإنديوم. بالإضافة إلى مقاومته للتآكل، فإنه يتميز أيضًا بخصائص جيدة مضادة للأكسدة والتآكل وخصائص اللحام.
السبائك الدقيقة القائمة على النيكل: بما في ذلك السبائك المغناطيسية الناعمة القائمة على النيكل، وسبائك المقاومة الدقيقة القائمة على النيكل والسبائك الكهروحرارية القائمة على النيكل، وما إلى ذلك. والسبائك المغناطيسية الناعمة الأكثر استخدامًا هي Permalloy، والتي تحتوي على حوالي 80٪ من النيكل. لديها أقصى نفاذية مغناطيسية عالية ونفاذية مغناطيسية أولية وقوة قسرية منخفضة. إنها مادة حديدية أساسية مهمة في صناعة الإلكترونيات. عناصر صناعة السبائك الرئيسية لسبائك المقاومة الدقيقة القائمة على النيكل هي الكروم والألومنيوم والنحاس. تتميز هذه السبيكة بمقاومة عالية ومعامل مقاومة لدرجة الحرارة المنخفضة ومقاومة جيدة للتآكل، وتستخدم في صنع المقاومات. سبيكة التسخين الكهربائي القائمة على النيكل عبارة عن سبيكة نيكل تحتوي على 20% من الكروم. يتميز بخصائص جيدة مضادة للأكسدة ومضادة للتآكل ويمكن استخدامه لفترة طويلة في درجات حرارة تتراوح من 1000 إلى 1100 درجة.
سبيكة الذاكرة القائمة على النيكل: سبيكة نيكل تحتوي على 50% تيتانيوم. درجة حرارة الاسترداد هي 70 درجة وتأثير ذاكرة الشكل جيد. يمكن أن يؤدي تغيير بسيط في نسبة مكونات النيكل والتيتانيوم إلى تغيير درجة حرارة الاسترداد في حدود 30 إلى 100 درجة.
خصائص سبائك النيكل الشائعة
Inconel 600: يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل في درجات الحرارة العالية ومقاومة الأكسدة، وخصائص لحام ومعالجة ساخنة وباردة ممتازة، وله قوة حرارية مرضية ولدونة عالية أقل من 700 درجة؛
إنكونيل 625: مقاومة ممتازة للتنقر، وتآكل الشقوق، والتآكل بين الحبيبات، والتآكل في وسط الكلوريد؛ مقاومة للأحماض وقابلية لحام جيدة. تُستخدم إصدارات الكلال منخفضة الدورة من Inconel 625 بشكل شائع في المنفاخ.
إنكونيل 690: محتوى الكوبالت منخفض، ومناسب للتطبيقات المتعلقة بالطاقة النووية، والمقاومة منخفضة. على سبيل المثال، أنابيب نقل الحرارة لمولدات البخار في محطات الطاقة النووية بمفاعل الماء المضغوط كلها مصنوعة من 690 مادة.
إنكونيل 713C: سبيكة مسبوكة مقوية بالنيكل والكروم.
Inconel 718: مع مرحلة تقوية الطور، أداء لحام جيد.
إنكونيل 751: إضافة المزيد من محتوى الألومنيوم يمنحه قوة كسر أفضل في نطاق درجات الحرارة المرتفعة بالقرب من 870 درجة.
إنكونيل 792: إضافة المزيد من محتوى الألومنيوم يجعله أكثر مقاومة للتآكل عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعله مناسبًا لتصنيع توربينات الغاز.
إنكونيل 939: ' تقوية الطور لزيادة أداء اللحام.
Incoloy 020: يُظهر مقاومة ممتازة للتآكل في البيئات الكيميائية التي تحتوي على حمض الكبريتيك والكلوريد وحمض الفوسفوريك وحمض النيتريك.
Incoloy 028: مقاوم لكل من الأحماض والأملاح، محتوى النحاس يجعله مقاومًا لحمض الكبريتيك.
Incoloy 330: يُظهر قوة جيدة في درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة جيدة لبيئات الأكسدة والاختزال.
Incoloy 800: يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل الناتج عن الإجهاد في الكلوريد والمحاليل المائية NaOH منخفضة التركيز والمياه ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي. يمكن أن تظل مستقرة وتحافظ على هيكلها الأوستنيتي حتى بعد التعرض لدرجات حرارة عالية على المدى الطويل.
Incoloy 803: مصمم للاستخدام في البيئات الغنية بالكبريت.
Incoloy 825: يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل في تقليل وأكسدة الأحماض، ومقاومة التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي، والتآكل الناتج عن الحفر وتآكل الشقوق، ومقاومة التآكل الممتازة لحمض الكبريتيك وحمض الفوسفوريك، وخصائص المعالجة الساخنة والباردة الجيدة. ، من السهل تشكيلها على البارد واللحام.
Incoloy 908: يتمتع بقوة شد عالية، ومقاومة لنمو شقوق التعب، وقابلية لحام جيدة، وثبات معدني وليونة، وكسر عالي وصلابة تأثير، ومعامل تمدد حراري منخفض، ومقاومة لتقصف الأكسجين، وعدم وجود تشقق أثناء المعالجة الساخنة.
Incoloy 907: قوة عالية ومعامل تمدد حراري منخفض عند درجات الحرارة العالية.
Incoloy 945X: مصمم للبيئات الغنية بالكلور، يزيد الموليبدينوم من مقاومته لتآكل الشقوق والتآكل.
Incoloy MA956: مصنوع من خلال صناعة السبائك الميكانيكية بدلاً من عملية الصهر المتكاملة، ومن الصعب لحامه ويحتاج إلى تسخينه إلى 200 درجة مئوية لتكوينه.
مونيل 400: يتمتع بقوة عالية ومقاومة ممتازة للتآكل في البيئات الحمضية والقلوية، ومناسب بشكل خاص لظروف التخفيض. كما أن لديها ليونة جيدة والتوصيل الحراري. يشيع استخدامها في الهندسة البحرية والمعالجة الكيميائية والهيدروكربونية والمبادلات الحرارية والصمامات والمضخات.
Monel 401: يتميز بخصائص اللحام المحمي بغاز التنغستن الخامل السهل واللحام بالمقاومة والنحاس. للتطبيقات الكهربائية والإلكترونية المتخصصة.
مونيل 404: يمكن استخدامه في اللحام والتزوير باستخدام تقنيات اللحام الشائعة، ولكن لا يمكن معالجته على الساخن. لديها درجة حرارة منخفضة، نفاذية منخفضة وخصائص لحام جيدة. تستخدم عادة للترانزستورات والأختام المعدنية.
Monel 405: سهل القطع، ويستخدم بشكل رئيسي كمواد خام لآلات اللولب الأوتوماتيكية، ولا يوصى به بشكل عام للتطبيقات الأخرى.
مونيل 450: يتمتع بقوة تعب جيدة وموصلية حرارية عالية. يستخدم بشكل عام في المكثفات وأجهزة التقطير والمبخرات وأنابيب المبادلات الحرارية وكذلك أنابيب المحلول الملحي.
Monel K-500: يتمتع بشكل أساسي بنفس أداء Monel 400 ويستخدم بشكل شائع في أعمدة المضخات، والدفاعات، والكاشطات، وأطواق حفر آبار النفط، والأدوات، والمكونات الإلكترونية.
مونيل 502: يتمتع بمقاومة جيدة للزحف ومقاومة الأكسدة، ويمكن أيضًا معالجته مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي.
Hastelloy B-2: مقاومة ممتازة للتآكل في البيئات المختزلة.
Hastelloy B-3: نسخة مطورة من B2، يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل لحمض الهيدروكلوريك في أي درجة حرارة وتركيز؛
Hastelloy C-4: ثبات حراري جيد، وصلابة جيدة ومقاومة للتآكل عند 650~1040 درجة؛
Hastelloy C-22: مقاومته للتآكل الموحد في الوسائط المؤكسدة أفضل من مقاومة C-4 وC-276، ومقاومته للتآكل الموضعي ممتازة؛
Hastelloy C-276: يتمتع بمقاومة جيدة للتآكل التأكسدي والتآكل المعتدل، ومقاومة ممتازة للتآكل الإجهادي؛
Hastelloy C-2000: السبائك الأكثر شمولاً المقاومة للتآكل مع مقاومة ممتازة للتآكل المنتظم في كل من بيئات الأكسدة والاختزال؛
Hastelloy G-30: سبيكة قائمة على النيكل ذات محتوى عالي من الكروم، وأداء ممتاز في حمض الفوسفوريك وغيره من الوسائط الحمضية المختلطة المؤكسدة بقوة؛
Hastelloy X: يجمع بين القوة العالية ومضادات الأكسدة وسهولة المعالجة.
مقارنة خصائص العلامات التجارية شائعة الاستخدام
يشبه التركيب الكيميائي لـ N5 التركيب الكيميائي لـ N02201، والتركيب الكيميائي لـ N6 وN7 يشبه التركيب الكيميائي لـ N02200. نظرًا لأن N02200 يحتوي على محتوى كربون أقل من أو يساوي 0.15٪، فإن الجرافيت عند 315 درجة يجعل المادة هشة، وبالتالي فإن درجة الحرارة القصوى المستخدمة هي 315 درجة.
8{{10}}0، 800H، و800HT لها نفس تركيبة العناصر الكيميائية في معيار ASME. 800 يحتوي على أقل محتوى من الكربون، ودرجة حرارة التلدين هي 982-1038 درجة، ودرجة حرارة الاستخدام أقل من 600 درجة؛ يحتوي 800H على محتوى Al+Ti محدود، وبعد معالجة محلول صلب خاص (درجة 1121-1177)، تكون الحبيبات البلورية خشنة، والحبيبات ASTM - 5.0، مقاومة التمزق الزحف فوق 600 درجة تم تحسينه بشكل ملحوظ؛ 800HT يزيد محتوى Al+Ti. بعد المعالجة الخاصة بالمحلول الصلب (1121-1177 درجة)، تصبح الحبيبات البلورية خشنة والحبيبات هي ASTM-5.0، والتي تتمتع بأعلى مقاومة للتمزق الزحف فوق 700 درجة ولها تحسن كبير. إذا كانت درجة حرارة المعالجة الحرارية مرتفعة جدًا، فسوف تتمدد حبيبات المادة، ويكون لها حد زحف أعلى وحدود قوة دائمة، وتقلل من المتانة. يؤدي ارتفاع درجات حرارة المعالجة الحرارية إلى سرعة التنوي وزيادة عدد البلورات. في هذا الوقت، الحبوب جيدة نسبيا. عندما تطول مدة الاحتفاظ، سوف تنمو الحبوب. عندما يكون معدل التبريد بطيئا، فإن الحبوب تصبح أكبر أيضا. بشكل عام، كلما ارتفعت درجة الحرارة (أصغر التدرج)، كلما زاد حجم الحبوب. كلما كانت الحبوب أصغر، زادت القوة والصلابة، وكانت اللدونة والمتانة أفضل. ومع ذلك، في بيئة العمل ذات درجة الحرارة العالية، تصبح الحبوب أكثر خشونة ويقل الطول الإجمالي لحدود الحبوب. تم تحسين التشوه أو الضرر الناتج عن الانزلاق على طول حدود الحبوب أو أداء الزحف.
التركيب الكيميائي الرئيسي لـ N06600: 72Ni-15Cr-8Fe، التركيب الكيميائي الرئيسي لـ N08800: 33Ni-42Fe-21Cr، وهو ما يعادل تقسيم محتوى 72Ni في N06600 إلى 33Ni+45Fe، وتقليل التكاليف عن طريق استبدال جزء من النيكل.
التركيب الكيميائي الرئيسي لـ N10675 هو 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr، والتركيب الكيميائي لـ N10276 هو 54Ni-16Mo-15Cr. يمكن اعتبارها تقريبًا تقسيم 29.5Mo في N10675 إلى 16Mo+15Cr. نظرًا للزيادة في محتوى الكروم، فإن المادة مقاومة لتآكل الوسائط المؤكسدة. قدرة.
