Was sind Nickelbasislegierungen? Lesen Sie diesen Artikel, um alles zu verstehen!
Unter einer Legierung auf Nickelbasis versteht man eine Art Legierung, die umfassende Eigenschaften wie hohe Festigkeit und eine gewisse Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion bei hohen Temperaturen von 650 bis 1000 Grad aufweist.
Nach den Haupteigenschaften werden sie in hitzebeständige Legierungen auf Nickelbasis, korrosionsbeständige Legierungen auf Nickelbasis, verschleißfeste Legierungen auf Nickelbasis, Präzisionslegierungen auf Nickelbasis und Formgedächtnislegierungen auf Nickelbasis unterteilt.
Hochtemperaturlegierungen werden je nach Substrat in Hochtemperaturlegierungen auf Eisenbasis, Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis und Hochtemperaturlegierungen auf Kobaltbasis unterteilt. Unter diesen werden Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen als Nickelbasislegierungen bezeichnet.
Zu den repräsentativen Materialien für Nickelbasislegierungen gehören:
1. Incoloy-Legierung, wie Incoloy800, der Hauptbestandteil ist; 32Ni-21Cr-Ti, Al; es ist eine hitzebeständige Legierung;
2. Inconel-Legierung, wie Inconel600, ist der Hauptbestandteil; 73Ni-15Cr-Ti, Al; es ist eine hitzebeständige Legierung;
3. Hastelloy-Legierung, wie Hastelloy C-276, der Hauptbestandteil ist; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; es ist eine korrosionsbeständige Legierung;
4. Monel-Legierung, das heißt, Monel-Legierung, wie Monel 400, der Hauptbestandteil ist; 65Ni-34Cu; es ist eine korrosionsbeständige Legierung;
Hauptlegierungselemente
Die Hauptlegierungselemente sind Chrom, Wolfram, Molybdän, Kobalt, Aluminium, Titan, Bor, Zirkonium usw. Unter ihnen spielen Cr, Ai usw. hauptsächlich die Rolle eines Antioxidans, und andere Elemente haben eine feste Lösungsverstärkung, eine Ausfällungsverstärkung usw Korngrenzenverstärkung.
Es verfügt über eine hohe Festigkeit und eine gewisse Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen von 650 bis 1000 Grad. Aufgrund seiner ausreichend hohen Temperaturfestigkeit und Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit wird es häufig bei der Herstellung von Flugzeugtriebwerksschaufeln, Raketentriebwerken, Kernreaktoren und Energieumwandlungsgeräten verwendet. Hochtemperaturteile.
Entwicklungsgeschichte
Nickelbasierte Hochtemperaturlegierungen (im Folgenden Nickelbasislegierungen genannt) wurden Ende der 1930er Jahre entwickelt. Das Vereinigte Königreich produzierte erstmals 1941 die Nickelbasislegierung Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti). Um die Kriechfestigkeit zu verbessern, wurde Aluminium zur Entwicklung von Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al) hinzugefügt. Auch die USA entwickelten Mitte der 160er-Jahre, die Sowjetunion Ende der 1940er-Jahre und China Mitte der 1940er-Jahre Nickelbasislegierungen. Die Entwicklung von Nickelbasislegierungen umfasst zwei Aspekte: Verbesserung der Legierungszusammensetzung und Innovation von Produktionsprozessen. In den frühen 1950er Jahren schuf die Entwicklung der Vakuumschmelztechnologie die Voraussetzungen für die Veredelung von Nickelbasislegierungen mit hohem Aluminium- und Titangehalt. Die meisten der frühen Nickelbasislegierungen waren verformte Legierungen. In den späten 1950er Jahren wurde aufgrund der steigenden Betriebstemperatur von Turbinenschaufeln eine höhere Hochtemperaturfestigkeit der Legierung gefordert. Wenn jedoch die Festigkeit der Legierung hoch war, war eine Verformung schwierig oder sogar unmöglich. Daher wurde die Feingusstechnologie genutzt, um eine Reihe von Legierungen mit guter Leistung zu entwickeln. Hochtemperaturfeste Gusslegierung. Mitte der 26er Jahre wurden gerichtete Kristallisation und einkristalline Superlegierungen sowie pulvermetallurgische Superlegierungen mit besseren Eigenschaften entwickelt. Um den Anforderungen von Schiffen und Industriegasturbinen gerecht zu werden, wurden seit den 1960er Jahren eine Reihe hochchromhaltiger Nickelbasislegierungen mit guter Heißkorrosionsbeständigkeit und stabiler Struktur entwickelt. In etwa 40 Jahren, von Anfang der 1940er bis Ende der 1970er Jahre, stieg die Betriebstemperatur von Nickelbasislegierungen von 700 Grad auf 1100 Grad, mit einem durchschnittlichen Anstieg von etwa 10 Grad pro Jahr.
Inhaltsstoffe und Eigenschaften
Am häufigsten werden Superlegierungen auf Nickelbasis verwendet. Die Hauptgründe liegen darin, dass Nickelbasislegierungen erstens mehr Legierungselemente auflösen und eine bessere Strukturstabilität aufrechterhalten können; Zweitens können sie kohärente und geordnete intermetallische Verbindungen vom Typ A3B [Ni3(Al, Ti)] bilden. Als Verstärkungsphase kann die Legierung effektiv verstärkt werden und eine höhere Hochtemperaturfestigkeit als Superlegierungen auf Eisenbasis und Superlegierungen auf Kobaltbasis erreichen. Drittens haben chromhaltige Nickelbasislegierungen bessere Oxidations- und Widerstandseigenschaften als Superlegierungen auf Eisenbasis. Gaskorrosionsfähigkeit. Legierungen auf Nickelbasis enthalten mehr als zehn Elemente, von denen Cr hauptsächlich eine Antioxidations- und Korrosionsschutzrolle spielt und andere Elemente hauptsächlich eine verstärkende Rolle spielen. Entsprechend ihrer Verfestigungsart können sie unterteilt werden in: Festlösungsverfestigende Elemente wie Wolfram, Molybdän, Kobalt, Chrom und Vanadium; ausscheidungsverstärkende Elemente wie Aluminium, Titan, Niob und Tantal; Korngrenzenverstärkende Elemente wie Bor, Zirkonium, Magnesium und Seltenerdelemente usw.
Zu den Nickelbasis-Hochtemperaturlegierungen gehören je nach ihren Verstärkungsmethoden mischkristallverstärkte Legierungen und ausscheidungsverstärkte Legierungen.
Fertigungsprozess
In Bezug auf das Schmelzen: Um eine reinere Stahlschmelze zu erhalten, reduzieren Sie den Gasgehalt und den Gehalt an schädlichen Elementen; Gleichzeitig ist das Nicht-Vakuum-Schmelzen aufgrund des Vorhandenseins leicht oxidierbarer Elemente wie Al, Ti usw. in einigen Legierungen schwer zu kontrollieren; und um eine bessere Thermoplastizität zu erreichen, werden hitzebeständige Legierungen auf Nickelbasis normalerweise in Vakuuminduktionsöfen geschmolzen oder sogar durch Vakuuminduktionsschmelzen plus Vakuumöfen oder Elektroschlackeofen-Umschmelzverfahren hergestellt.
In Bezug auf die Verformung werden Schmiede- und Walzprozesse übernommen. Bei Legierungen mit schlechter Thermoplastizität werden gleichmäßige Extrusions- und anschließende Walz- oder Direktextrusionsverfahren mit Ummantelung aus Weichstahl (oder Edelstahl) eingesetzt. Der Zweck der Verformung besteht darin, die Gussstruktur aufzubrechen und die Mikrostruktur zu optimieren.
Gießen: Zum Schmelzen der Vorlegierung wird üblicherweise ein Vakuum-Induktionsofen verwendet, um die Zusammensetzung sicherzustellen und den Gas- und Verunreinigungsgehalt zu kontrollieren. Die Teile werden im Vakuum-Umschmelz-Präzisionsguss hergestellt.
Wärmebehandlung: Verformte Legierungen und einige Gusslegierungen erfordern eine Wärmebehandlung, einschließlich Lösungsbehandlung, Zwischenbehandlung und Alterungsbehandlung. Am Beispiel der Legierung Udmet 500 ist das Wärmebehandlungssystem in vier Stufen unterteilt: Lösungsbehandlung, 1175 Grad, 2 Stunden, Luftkühlung; Zwischenbehandlung, 1080 Grad, 4 Stunden, Luftkühlung; Primäralterungsbehandlung, 843 Grad, 24 Stunden, Luftkühlung; Sekundäralterungsbehandlung, 760 Grad, 16 Stunden, Luftkühlung. Um den erforderlichen organisatorischen Status und eine gute Gesamtleistung zu erreichen.
