1j22铁镍合金(镍基合金知识大全)
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本文导读目录:
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1j22铁镍合金
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镍基合金知识大全
镍能与铜,铁,锰,铬,硅,镁组成多种合金。
其中镍铜合金是著名的蒙乃尔合金,它强度高,塑性好,在750度以下的大气中,化学性能稳定,广泛用于电气工业,真空管,化学工业,医疗器材和航海船舶工业等方面。
镍基合金一般以Ni含量超过30wt%之合金称之,常见产品之Ni含量都超过50wt%,由于具有超群的高温机械强度与耐蚀性质,与铁基和钴基合金合称为超合金(Superalloy),一般是应用在540℃以上的高温环境,并依其使用场合,选用不同合金设计,多用于特殊耐蚀环境、高温腐蚀环境、需具备高温机械强度之设备。
常应用于航天、能源、石化工业或特殊电子/光电等领域。
如50年代初,真空熔炼技术的发展,为炼制含高Al和Ti的镍基合金创造了条件,而带动了合金强度与使用温度的大幅提高。
50年代后期,由于涡轮叶片工作温度的提高,要求合金有更高的高温强度,但是合金的强度高了,就难以变形,甚至不能变形,于是采用精密铸造技术,发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。
60年代中期发展出性能更好的方向性结晶和单晶高温合金,以及粉末冶金高温合金。
(1)性能超优异:高温下可维持高强度,且具有优异的抗潜变、抗疲劳等机械性质,以及抗氧化和耐蚀特性与良好的塑性和焊接性。
(3)工作环境超恶劣:镍基合金被广泛用于各种严苛之使用条件,如航天飞行引擎燃气室的高温高压部份、核能、石油、海洋工业之结构件,耐蚀管线等。
镍基合金的晶体结构主要为高温稳定之面心立方体(FCC)沃斯田铁结构,为了提高其耐热性质,添加了大量的合金元素,这些元素会形成各种二次相,提升了镍基合金之高温强度。
二次相的种类包含各种形式之MC、M23C6、M6C、M7C3碳化物,主要分布在晶界,以及如'或''等结构上为整合性(Coherent)之有序(Ordering)介金属化合物。
'与''相之其化学组成大致是Ni3(Al,Ti)或Ni3Nb,此类有序相在高温下非常稳定,经由它们的强化可得到优良的潜变破坏强度。
(1)固溶强化元素,如W、Mo、Co、Cr和V等,藉由此类原子半径与基材的不同,在Ni-Fe之基地造成局部晶格应变来强化材料;。
镍基合金室温下就具有较高的拉伸强度(TS1,200-1,600;YS900-1,300MPa),且兼具良好的延展性,。
潜变变形之三个阶段,以及温度对潜变影响之强度-应用温度示意图。
应力和应变率的关系随潜变机制的不同而有所不同,一般说来,温度的升高或是应力的增加都会增加稳态潜变的变形速率并缩短潜变寿命。
潜变之机制可分为(1)差排潜变:受到高温的帮助,差排可能沿滑移面发生滑移,进而发生变形。
(2)扩散潜变:由原子移动造成,沿晶粒散的称为Nabarro-HerringCreep,在高温时为主要机制。
沿晶界扩散的叫做CobleCreep,在低温时为主要机制。
(3)晶界滑移:因高温时晶界较弱,材料易沿晶界产生滑移,造成沿晶裂缝。
故高温时晶粒越小越容易产生晶界滑移潜变及沿晶裂缝。
金属的潜变变形常为差排潜变与晶界滑移的交互作用,镍基合金由于具有介金属相的析出,可大幅抑制差排潜变,而晶界上析出之碳化物则可帮助抵抗晶界滑移造成之潜变现象,。
此外,从传统的铸造方式改以单向性凝固长柱状晶,抵抗高温潜变的性质会上升,若进一步长成单晶时,抗潜变能力更大幅提高,故镍基合金也发展出方向性共晶凝固、单晶铸造、粉末冶金等特殊技术,进一步增进了镍基合金抵抗高温潜变的能力。
纯镍材料如Ni200/201(UNSN02200/UNSN02201)是商业纯镍(>99.0%)。
它具有良好的机械性能和优异的抗腐蚀能力,及其它有用物理特性,包括其磁性能、磁致伸缩性能、高的导热和导电性能等。
Ni200的抗腐蚀能力使得它在面对如食品、人造纤维以及苛性碱等需要保证产品纯净的应用中特别有用。
在结构应用中当抗腐蚀能力是主要考虑因素时使用也很广泛。
镍基耐蚀合金包括哈氏合金以及Ni-Cu合金等,主要合金元素是Cr、Mo、Cu等,具有良好的综合性能,可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。
最早应用Ni-Cu成份之Monel;此外还有Ni-Cr合金(即镍基耐热合金,耐蚀合金中的耐热腐蚀合金)、Ni-Mo合金、Ni-Cr-Mo合金(即哈氏合金之C系列)等。
以耐蚀特性而言,Ni-Cu合金在还原性介质中耐蚀性优于Ni,而在氧化性介质中耐蚀性又优于Cu,在无氧和氧化剂的条件下,是耐高温氟气、氟化氢和氢氟酸的最好的材料;Ni-Cr合金主要在氧化性介质条件下使用。
可抗高温氧化和含硫、钒等气体的腐蚀,合金中含Cr量在大于13%时才能造成有效的抗蚀作用,而Cr含量越高,其耐蚀性越好,但在非氧化性介质如盐酸中,耐蚀性较差,这是因为非氧化性酸不易使合金生成氧化膜,同时对氧化膜还有溶解作用。
不同合金在还原酸(HCl)中之耐蚀性质数据。
镍基合金在加工方面常采用锻造、轧制等方式型,对于热塑性差的合金甚至采用挤压开胚后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压技术。
一般变形的目的是为了破碎铸造组织,优化微观组织结构。
镍基合金在高温时较高之变形阻抗与热延性的不稳定,增加了镍基合金制程上的困难度。
一般镍基合金强度高,冷、热加工不易,以C-276为例,高温变形阻抗约为不锈钢之2.4倍;且冷加工之高硬化率使得其强度可至不锈钢的2倍。
而热加工时除需考虑高温变形阻抗外,还需考虑不同温度下热延性之不同变形阻或夹杂物出现之区域)的发生与否,而不纯区则会伤害合金之高温机械性质,。
以超合金铸件而抗与热延性同时允许进行加工之温度范围,才能视为热加工制程之工作区间。
加工后或部份铸造合金需进行热处理,镍基合金固溶热处理之目的,为视产品性质(如韧性或潜变)之需求,进行晶粒尺寸之控制,并以高温促使发生再结晶与应力消除,以及回溶前制程中析出之不良相,如M23C6、、等。
以固溶强化型镍基合金而言,其热处理程序为(1)升温至析出物可发生回溶之温度,(2)持温以达到所需晶粒尺寸,(3)冷速须控制避免如敏化相M23C6等之析出。
镍基合金相对于不锈钢有什么优势?
1.镍基合金有更高的强度,特别是在温度较高时。
3.镍基合金对于强腐蚀的还原性酸,比如盐酸,氢氟酸和中低浓度的硫酸有更好的抵抗能力。
5.有些镍基合金有更好的耐局部腐蚀有很强的抗性(如点蚀和缝隙腐蚀)。
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