ما هي السبائك القائمة على النيكل؟ اقرأ هذا المقال لتفهم كل شيء!
تشير السبائك القائمة على النيكل إلى نوع من السبائك التي تتمتع بخصائص شاملة مثل القوة العالية ومقاومة معينة للأكسدة والتآكل عند درجات حرارة عالية تتراوح من 650 إلى 1000 درجة.
وفقًا للخصائص الرئيسية، يتم تقسيمها إلى سبائك مقاومة للحرارة تعتمد على النيكل، وسبائك مقاومة للتآكل تعتمد على النيكل، وسبائك مقاومة للتآكل تعتمد على النيكل، وسبائك دقيقة تعتمد على النيكل، وسبائك ذات ذاكرة شكل قائمة على النيكل.
تنقسم السبائك ذات درجة الحرارة العالية إلى سبائك ذات درجة حرارة عالية تعتمد على الحديد، وسبائك ذات درجة حرارة عالية تعتمد على النيكل وسبائك ذات درجة حرارة عالية تعتمد على الكوبالت وفقًا لركائز مختلفة. من بينها، يشار إلى السبائك ذات درجة الحرارة العالية القائمة على النيكل على أنها سبائك قائمة على النيكل.
تشمل المواد التمثيلية للسبائك القائمة على النيكل ما يلي:
1. سبائك Incoloy، مثل Incoloy800، المكون الرئيسي هو؛ 32ني-21Cr-Ti، آل؛ إنها سبيكة مقاومة للحرارة.
2. سبائك Inconel، مثل Inconel600، المكون الرئيسي هو؛ 73ني -15 الكروم تي، آل؛ إنها سبيكة مقاومة للحرارة.
3. سبيكة Hastelloy، مثل Hastelloy C-276، المكون الرئيسي هو؛ 56ني-16الكروم-16مو-4W؛ إنها سبيكة مقاومة للتآكل.
4. سبائك المونيل، أي سبائك المونيل، مثل مونيل 400، المكون الرئيسي هو؛ 65ني-34 النحاس؛ إنها سبيكة مقاومة للتآكل.
عناصر صناعة السبائك الرئيسية
عناصر صناعة السبائك الرئيسية هي الكروم، التنغستن، الموليبدينوم، الكوبالت، الألومنيوم، التيتانيوم، البورون، الزركونيوم، وما إلى ذلك. من بينها، الكروم، Ai، وما إلى ذلك تلعب بشكل رئيسي دور مضادات الأكسدة، والعناصر الأخرى لها تقوية المحاليل الصلبة، وتعزيز هطول الأمطار و تعزيز حدود الحبوب.
لديها قوة عالية ومقاومة معينة للأكسدة والتآكل عند درجات حرارة عالية من 650 إلى 1000 درجة. نظرًا لقوته العالية في درجات الحرارة العالية ومقاومته للأكسدة والتآكل، فإنه غالبًا ما يستخدم في تصنيع شفرات محركات الطائرات ومحركات الصواريخ والمفاعلات النووية ومعدات تحويل الطاقة. أجزاء ذات درجة حرارة عالية.
تاريخ التنمية
تم تطوير السبائك ذات درجة الحرارة العالية القائمة على النيكل (المشار إليها فيما يلي باسم السبائك القائمة على النيكل) في أواخر الثلاثينيات. أنتجت المملكة المتحدة لأول مرة سبيكة Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) القائمة على النيكل في عام 1941؛ من أجل تحسين قوة الزحف، تمت إضافة الألومنيوم لتطوير Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). كما طورت الولايات المتحدة في منتصف القرن العشرين، والاتحاد السوفييتي في أواخر الأربعينيات، والصين في منتصف القرن العشرين، سبائك قائمة على النيكل. يتضمن تطوير السبائك القائمة على النيكل جانبين: تحسين تركيبة السبائك وابتكار عمليات الإنتاج. في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، أدى تطور تكنولوجيا الصهر الفراغي إلى خلق ظروف مناسبة لتنقية السبائك القائمة على النيكل والتي تحتوي على نسبة عالية من الألومنيوم والتيتانيوم. كانت معظم السبائك القائمة على النيكل في وقت مبكر عبارة عن سبائك مشوهة. في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، وبسبب الزيادة في درجة حرارة تشغيل ريش التوربينات، كان مطلوبًا من السبيكة أن تتمتع بقوة أعلى عند تحمل درجات الحرارة العالية. ومع ذلك، عندما تكون قوة السبيكة عالية، سيكون من الصعب أو حتى من المستحيل أن تتشوه. ولذلك، تم استخدام تكنولوجيا الصب الاستثماري لتطوير سلسلة من السبائك ذات الأداء الجيد. سبائك الصب قوة درجة حرارة عالية. في منتصف القرن العشرين، تم تطوير التبلور الاتجاهي والسبائك الفائقة البلورية الفردية والسبائك الفائقة تعدين المساحيق ذات الخصائص الأفضل. من أجل تلبية احتياجات السفن وتوربينات الغاز الصناعية، تم تطوير عدد من السبائك القائمة على النيكل عالي الكروم مع مقاومة جيدة للتآكل الساخن وهيكل مستقر منذ الستينيات. في حوالي 40 عامًا من أوائل الأربعينيات إلى أواخر السبعينيات، زادت درجة حرارة تشغيل السبائك القائمة على النيكل من 700 درجة إلى 1100 درجة، بمتوسط زيادة حوالي 10 درجات سنويًا.
المكونات والخصائص
السبائك الفائقة القائمة على النيكل هي الأكثر استخدامًا. الأسباب الرئيسية هي أن السبائك القائمة على النيكل يمكنها أولاً إذابة المزيد من عناصر السبائك والحفاظ على استقرار هيكلي أفضل؛ ثانيًا، يمكن أن تشكل مركبات بين المعادن متماسكة ومرتبة من النوع A3B [Ni3(Al, Ti)] كمرحلة تقوية، يمكن تقوية السبيكة بشكل فعال والحصول على قوة أعلى عند درجات الحرارة العالية مقارنة بالسبائك الفائقة القائمة على الحديد والسبائك الفائقة القائمة على الكوبالت؛ ثالثًا، تتمتع السبائك القائمة على النيكل والتي تحتوي على الكروم بخصائص أكسدة ومقاومة أفضل من السبائك الفائقة القائمة على الحديد. القدرة على تآكل الغاز. تحتوي السبائك القائمة على النيكل على أكثر من عشرة عناصر، من بينها يلعب الكروم بشكل أساسي دورًا مضادًا للأكسدة ومضادًا للتآكل، وتلعب العناصر الأخرى دورًا أساسيًا في تقوية. وفقًا لطريقة التقوية، يمكن تقسيمها إلى: عناصر تقوية المحاليل الصلبة، مثل التنغستن والموليبدينوم والكوبالت والكروم والفاناديوم؛ عناصر تقوية الترسيب، مثل الألومنيوم والتيتانيوم والنيوبيوم والتنتالوم؛ عناصر تقوية حدود الحبوب، مثل البورون والزركونيوم والمغنيسيوم والعناصر الأرضية النادرة، إلخ.
تشتمل السبائك ذات درجة الحرارة العالية المعتمدة على النيكل على السبائك المقواة بالمحلول الصلب والسبائك المقوية بالترسيب وفقًا لطرق تقويتها.
عملية الإنتاج
من حيث الصهر: من أجل الحصول على فولاذ منصهر أنقى، تقليل محتوى الغاز ومحتوى العناصر الضارة؛ في الوقت نفسه، نظرًا لوجود عناصر تتأكسد بسهولة مثل Al وTi وما إلى ذلك في بعض السبائك، يصعب التحكم في الصهر غير الفراغي؛ ومن أجل الحصول على لدونة حرارية أفضل، عادة ما يتم صهر السبائك المقاومة للحرارة القائمة على النيكل بواسطة أفران الحث الفراغي، أو حتى يتم إنتاجها عن طريق الصهر بالحث الفراغي بالإضافة إلى أفران مستهلكة بالتفريغ أو طرق إعادة صهر فرن الخبث الكهربائي.
من حيث التشوه: يتم اعتماد عمليات الحدادة والدرفلة. بالنسبة للسبائك ذات اللدونة الحرارية الضعيفة، يتم استخدام عمليات البثق ثم الدرفلة أو البثق المباشر مع غلاف الفولاذ الطري (أو الفولاذ المقاوم للصدأ). الغرض من التشوه هو كسر هيكل الصب وتحسين البنية المجهرية.
الصب: عادةً ما يتم استخدام فرن الحث الفراغي لصهر السبيكة الرئيسية لضمان التركيب والتحكم في محتوى الغاز والشوائب، ويتم تصنيع الأجزاء باستخدام الصب الدقيق لإعادة الصهر بالفراغ.
المعالجة الحرارية: تتطلب السبائك المشوهة وبعض السبائك المصبوبة معالجة حرارية، بما في ذلك معالجة المحلول والمعالجة الوسيطة ومعالجة الشيخوخة. بأخذ سبيكة Udmet 500 كمثال، ينقسم نظام المعالجة الحرارية الخاص بها إلى أربع مراحل: معالجة المحلول، 1175 درجة، ساعتين، تبريد الهواء؛ المعالجة المتوسطة، 1080 درجة، 4 ساعات، تبريد الهواء؛ معالجة الشيخوخة الأولية، 843 درجة، 24 ساعة، تبريد الهواء؛ معالجة الشيخوخة الثانوية، 760 درجة، 16 ساعة، تبريد الهواء. من أجل الحصول على الوضع التنظيمي المطلوب والأداء العام الجيد.
سبيكة مقاومة للتآكل تعتمد على النيكل
العناصر الرئيسية لصناعة السبائك هي النحاس والكروم والموليبدينوم. إنه يتمتع بأداء شامل جيد ويمكنه مقاومة التآكل الحمضي والتآكل الناتج عن الإجهاد. أول تطبيق (تم إنتاجه في الولايات المتحدة عام 1905) كان عبارة عن سبائك النيكل والنحاس (Ni-Cu)، المعروفة أيضًا باسم سبائك المونيل (سبائك المونيل Ni 70 Cu30)؛ بالإضافة إلى ذلك، هناك سبائك النيكل والكروم (Ni-Cr) (أي السبائك المقاومة للحرارة القائمة على النيكل، والسبائك المقاومة للتآكل الساخن بين السبائك المقاومة للتآكل)، وسبائك النيكل والموليبدينوم (Ni-Mo) (المشار إليها بشكل أساسي إلى سلسلة Hastelloy B، تشمل الشركات المصنعة المحلية للسبائك المقاومة للتآكل معهد بكين لأبحاث الحديد والصلب، وشركات Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd.، وشركة Beijing Rongpin Technology Co., Ltd.، وBaoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. ، وما إلى ذلك)، سبائك النيكل والكروم والموليبدينوم (Ni-Cr-Mo) (تشير بشكل أساسي إلى سلسلة Hastelloy C، وتشمل الشركات المصنعة المحلية للسبائك المقاومة للتآكل معهد بكين لأبحاث الحديد والصلب، وشركة Beijing Rongpin Technology Co., Ltd.، مجموعة باوتي للمواد المعدنية النادرة المحدودة، وما إلى ذلك). وفي الوقت نفسه، يعد النيكل النقي أيضًا ممثلًا نموذجيًا للسبائك المقاومة للتآكل القائمة على النيكل. تُستخدم هذه السبائك المقاومة للتآكل القائمة على النيكل بشكل أساسي لتصنيع أجزاء لمختلف البيئات المقاومة للتآكل مثل البترول والصناعات الكيماوية والطاقة الكهربائية وما إلى ذلك.
تحتوي السبائك المقاومة للتآكل القائمة على النيكل في الغالب على بنية الأوستنيتي. في حالة المحلول الصلب ومعالجة الشيخوخة، هناك مراحل بين المعادن ونيتريدات معدنية على مصفوفة الأوستينيت وحدود الحبوب للسبائك. يتم تصنيف السبائك المختلفة المقاومة للتآكل حسب تركيبها وخصائصها كما يلي:
مقاومة التآكل لسبائك Ni-Cu أفضل من مقاومة النيكل في الوسائط المختزلة، ومقاومتها للتآكل أفضل من النحاس في الوسائط المؤكسدة. إنه مقاوم لارتفاع درجة حرارة غاز الفلور وفلوريد الهيدروجين وفلوريد الهيدروجين في غياب الأكسجين والمادة المؤكسدة. أفضل مادة للأحماض (انظر تآكل المعادن).
سبائك Ni-Cr عبارة عن سبيكة مقاومة للحرارة تعتمد على النيكل. يتم استخدامه بشكل رئيسي في ظل ظروف الوسائط المؤكسدة. مقاوم للأكسدة في درجات الحرارة العالية والتآكل الناتج عن الغازات التي تحتوي على الكبريت والفاناديوم والغازات الأخرى، وتزداد مقاومته للتآكل مع زيادة محتوى الكروم. يتمتع هذا النوع من السبائك أيضًا بمقاومة جيدة للتآكل هيدروكسيد (مثل NaOH، KOH) ومقاومة التآكل الإجهاد.
يتم استخدام سبائك Ni-Mo بشكل رئيسي في ظروف تقليل التآكل المتوسط. إنها أفضل سبيكة لمقاومة التآكل بحمض الهيدروكلوريك، لكن في وجود الأكسجين والمواد المؤكسدة ستنخفض مقاومة التآكل بشكل ملحوظ.
تتميز سبيكة Ni-Cr-Mo(W) بخصائص سبيكة Ni-Cr المذكورة أعلاه وسبائك Ni-Mo. يستخدم بشكل أساسي في ظروف الوسائط المختلطة لتقليل الأكسدة. يتمتع هذا النوع من السبائك بمقاومة جيدة للتآكل في غاز فلوريد الهيدروجين عالي الحرارة، وفي محاليل حمض الهيدروكلوريك وحمض الهيدروفلوريك التي تحتوي على الأكسجين والمواد المؤكسدة، وفي غاز الكلور الرطب في درجة حرارة الغرفة.
تتميز سبائك Ni-Cr-Mo-Cu بأنها مقاومة للتآكل بحمض النيتريك وحامض الكبريتيك، كما أنها تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل في بعض الأحماض المختلطة المؤكسدة والاختزالية.
سبائك مقاومة للاهتراء تعتمد على النيكل
العناصر الرئيسية لصناعة السبائك هي الكروم والموليبدينوم والتنغستن، وتحتوي أيضًا على كميات صغيرة من النيوبيوم والتنتالوم والإنديوم. بالإضافة إلى مقاومة التآكل، فهي تتمتع أيضًا بخصائص جيدة مضادة للأكسدة ومقاومة للتآكل وخصائص لحام. يمكن استخدامه لتصنيع الأجزاء المقاومة للتآكل، ويمكن استخدامه أيضًا كمواد طلاء لتغطية سطح المواد الأساسية الأخرى من خلال عمليات التسطيح والرش.
تشتمل مساحيق السبائك القائمة على النيكل على مسحوق سبائك ذاتي التدفق ومسحوق سبائك غير ذاتي التدفق.
يشير المسحوق المعتمد على النيكل غير ذاتي التدفق إلى مسحوق السبائك المعتمد على النيكل والذي لا يحتوي على B أو Si أو يحتوي على محتوى منخفض من B وSi. يستخدم هذا النوع من المسحوق على نطاق واسع في طلاءات رش قوس البلازما وطلاءات رش اللهب وتقوية سطح البلازما. تشمل بشكل رئيسي: مسحوق سبائك Ni-Cr، مسحوق سبائك Ni-Cr-Mo، مسحوق سبائك Ni-Cr-Fe، مسحوق سبائك Ni-Cu، مسحوق سبائك Ni-P و Ni-Cr-P، Ni-Cr-Mo-Fe مسحوق سبائك، مسحوق سبائك Ni-Cr-Mo-Si عالي المقاومة للاهتراء، مسحوق سبائك Ni-Cr-Fe-Al، مسحوق سبائك Ni-Cr-Fe-Al-B-Si، مسحوق سبائك Ni-Cr-Si، Ni - مسحوق سبائك مقاوم للتآكل ومقاوم للتآكل يعتمد على Cr-W، إلخ.
إن إضافة كميات مناسبة من B وSi إلى مسحوق سبائك النيكل يشكل مسحوق سبائك ذاتي التدفق يعتمد على النيكل. إن ما يسمى بمسحوق السبائك ذاتية التدفق، والمعروف أيضًا باسم السبائك سهلة الانصهار والسبائك الصلبة المواجهة، عبارة عن سلسلة من المساحيق التي يتم تشكيلها عن طريق إضافة عناصر السبائك (أساسًا البورون والسيليكون) التي يمكن أن تشكل مواد سهلة الانصهار منخفضة نقطة الانصهار للنيكل والكوبالت والحديد. سبائك أساسها. مادة. تشمل مساحيق سبائك التدفق الذاتي القائمة على النيكل شائعة الاستخدام مسحوق سبائك Ni-B-Si، ومسحوق سبائك Ni-Cr-B-Si، وNi-Cr-B-Si-Mo، وNi-Cr-B-Si-Mo-Cu. ، مسحوق سبائك ذاتية التدفق قائم على النيكل عالي الموليبدينوم، مسحوق سبائك ذاتية التدفق قائم على النيكل عالي الموليبدينوم، مسحوق سبائك ذاتية التدفق قائم على Ni-Cr-WC، مسحوق سبائك ذاتية التدفق من النحاس العالي، نيكل مشتت من كربيد التنجستن- مسحوق سبائك ذاتي التدفق على أساس مسحوق سبائك، الخ.
دور العناصر المختلفة في السبائك:
●دور عناصر البورون والسيليكون: خفض درجة انصهار السبائك بشكل كبير، وتوسيع منطقة درجة حرارة السائل الصلب، وتشكيل سهل الانصهار منخفض الذوبان؛ لديها وظائف الحد من الأكسدة والخبث. تصلب وتقوية الطلاء. تحسين أداء عملية التشغيل.
●دور عنصر النحاس: تحسين مقاومة التآكل للأحماض غير المؤكسدة.
●دور عنصر الكروم: تقوية وتخميل المحلول الصلب؛ تحسين مقاومة التآكل ومقاومة الأكسدة في درجات الحرارة العالية؛ يشكل الكروم الزائد بسهولة مراحل صلبة من كربيد الكروم وبوريد الكروم مع الكربون والبورون لتحسين صلابة السبائك ومقاومة التآكل.
● دور عنصر الموليبدينوم: نصف القطر الذري الكبير يسبب تشويهًا كبيرًا للشبكة البلورية بعد المحلول الصلب، ويقوي بشكل كبير مصفوفة السبائك، ويحسن قوة درجة الحرارة العالية والصلابة الحمراء للمصفوفة؛ يمكن قطع وتقليل هيكل الشبكة في الطلاء؛ يحسن مقاومة الغاز وقدرات التآكل والتآكل للسبائك الدقيقة المعتمدة 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. السبائك 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.
سبائك ذاكرة الشكل القائمة على النيكل
سبائك النيكل 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. يتم استخدامه في الغالب لتصنيع الأجزاء الهيكلية ذات الفتح الأوتوماتيكي المستخدمة في المركبات الفضائية، والمثبتات ذاتية الإثارة المستخدمة في صناعة الطيران، ومحركات القلب الاصطناعية المستخدمة في الطب الحيوي، وما إلى ذلك.
