Apa itu paduan berbahan dasar nikel? Baca artikel ini untuk memahami semuanya!
Paduan berbahan dasar nikel mengacu pada jenis paduan yang memiliki sifat komprehensif seperti kekuatan tinggi dan ketahanan tertentu terhadap oksidasi dan korosi pada suhu tinggi 650 hingga 1000 derajat.
Menurut sifat utamanya, mereka dibagi menjadi paduan tahan panas berbasis nikel, paduan tahan korosi berbasis nikel, paduan tahan aus berbasis nikel, paduan presisi berbasis nikel, dan paduan memori bentuk berbasis nikel.
Paduan suhu tinggi dibagi menjadi paduan suhu tinggi berbasis besi, paduan suhu tinggi berbasis nikel, dan paduan suhu tinggi berbasis kobalt sesuai dengan substrat yang berbeda. Diantaranya, paduan suhu tinggi berbahan dasar nikel disebut sebagai paduan berbahan dasar nikel.
Bahan perwakilan paduan berbasis nikel meliputi:
1. Paduan Incoloy, seperti Incoloy800, komponen utamanya adalah; 32Ni-21Cr-Ti, Al; itu adalah paduan tahan panas;
2. Paduan inconel, seperti Inconel600, komponen utamanya adalah; 73Ni-15Cr-Ti, Al; itu adalah paduan tahan panas;
3. Paduan Hastelloy, seperti Hastelloy C-276, komponen utamanya adalah; 56Ni-16Cr-16Mo-4W; itu adalah paduan tahan korosi;
4. Paduan monel, yaitu paduan monel, seperti Monel 400, komponen utamanya adalah; 65Ni-34Cu; itu adalah paduan tahan korosi;
Elemen paduan utama
Unsur paduan utama adalah kromium, tungsten, molibdenum, kobalt, aluminium, titanium, boron, zirkonium, dll. Diantaranya, Cr, Ai, dll. Terutama berperan sebagai antioksidan, dan unsur lainnya memiliki penguatan larutan padat, penguatan presipitasi dan penguatan batas butir.
Ia memiliki kekuatan tinggi dan ketahanan tertentu terhadap oksidasi dan korosi pada suhu tinggi 650 hingga 1000 derajat. Karena kekuatan suhunya yang cukup tinggi serta ketahanannya terhadap oksidasi dan korosi, ia sering digunakan dalam pembuatan bilah mesin pesawat terbang, mesin roket, reaktor nuklir, dan peralatan konversi energi. Bagian bersuhu tinggi.
Sejarah Perkembangan
Paduan suhu tinggi berbahan dasar nikel (selanjutnya disebut paduan berbahan dasar nikel) dikembangkan pada akhir tahun 1930-an. Britania Raya pertama kali memproduksi paduan berbahan dasar nikel Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) pada tahun 1941; untuk meningkatkan kekuatan mulur, aluminium ditambahkan untuk mengembangkan Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al). Amerika Serikat pada pertengahan{16}}an, Uni Soviet pada akhir tahun 1940an, dan Tiongkok pada pertengahan juga mengembangkan paduan berbahan dasar nikel. Pengembangan paduan berbahan dasar nikel mencakup dua aspek, yaitu perbaikan komposisi paduan dan inovasi proses produksi. Pada awal 1950-an, perkembangan teknologi peleburan vakum menciptakan kondisi untuk pemurnian paduan berbasis nikel yang mengandung banyak aluminium dan titanium. Sebagian besar paduan awal berbahan dasar nikel adalah paduan yang mengalami deformasi. Pada akhir tahun 1950-an, karena peningkatan suhu pengoperasian bilah turbin, paduan tersebut diharuskan memiliki kekuatan suhu tinggi yang lebih tinggi. Namun, jika kekuatan paduannya tinggi, akan sulit atau bahkan tidak mungkin untuk berubah bentuk. Oleh karena itu, teknologi pengecoran investasi digunakan untuk mengembangkan serangkaian paduan dengan kinerja yang baik. Paduan pengecoran kekuatan suhu tinggi. Pada pertengahan{26}}s, kristalisasi terarah dan superalloy kristal tunggal serta superalloy metalurgi serbuk dengan sifat yang lebih baik dikembangkan. Untuk memenuhi kebutuhan kapal dan turbin gas industri, sejumlah paduan berbasis nikel kromium tinggi dengan ketahanan korosi panas yang baik dan struktur stabil telah dikembangkan sejak tahun 1960an. Dalam waktu sekitar 40 tahun dari awal tahun 1940an hingga akhir tahun 1970an, suhu operasi paduan berbasis nikel meningkat dari 700 derajat menjadi 1100 derajat, dengan peningkatan rata-rata sekitar 10 derajat per tahun.
Bahan dan khasiat
Superalloy berbahan dasar nikel adalah yang paling banyak digunakan. Alasan utamanya adalah pertama, paduan berbahan dasar nikel dapat melarutkan lebih banyak elemen paduan dan menjaga stabilitas struktur yang lebih baik; kedua, mereka dapat membentuk senyawa intermetalik tipe A3B yang koheren dan teratur [Ni3(Al, Ti)] Sebagai fase penguatan, paduan dapat diperkuat secara efektif dan memperoleh kekuatan suhu tinggi yang lebih tinggi dibandingkan superalloy berbahan besi dan superalloy berbahan dasar kobalt; ketiga, paduan berbahan dasar nikel yang mengandung kromium memiliki sifat oksidasi dan ketahanan yang lebih baik dibandingkan superalloy berbahan dasar besi. Kemampuan korosi gas. Paduan berbahan dasar nikel mengandung lebih dari sepuluh unsur, di antaranya Cr terutama berperan sebagai anti-oksidasi dan anti-korosi, dan unsur-unsur lain terutama berperan sebagai penguat. Menurut cara penguatannya, mereka dapat dibagi menjadi: elemen penguatan larutan padat, seperti tungsten, molibdenum, kobalt, kromium dan vanadium; elemen penguat presipitasi, seperti aluminium, titanium, niobium dan tantalum; unsur penguat batas butir, seperti boron, zirkonium, Magnesium dan unsur tanah jarang, dll.
Paduan suhu tinggi berbahan dasar nikel mencakup paduan yang diperkuat larutan padat dan paduan yang diperkuat dengan presipitasi menurut metode penguatannya.
Proses produksi
Dalam hal peleburan: untuk mendapatkan baja cair yang lebih murni, mengurangi kandungan gas dan kandungan unsur berbahaya; pada saat yang sama, karena adanya unsur-unsur yang mudah teroksidasi seperti Al, Ti, dll. pada beberapa paduan, peleburan non-vakum sulit dikendalikan; dan untuk mendapatkan termoplastisitas yang lebih baik, paduan tahan panas berbahan dasar nikel biasanya dilebur dengan tungku induksi vakum, atau bahkan diproduksi dengan peleburan induksi vakum ditambah tungku konsumsi vakum atau metode peleburan tungku elektroslag.
Dalam hal deformasi: proses penempaan dan penggulungan diadopsi. Untuk paduan dengan termoplastisitas yang buruk, digunakan proses ekstrusi yang merata dan kemudian penggulungan atau ekstrusi langsung dengan selubung baja ringan (atau baja tahan karat). Tujuan deformasi adalah untuk mematahkan struktur pengecoran dan mengoptimalkan struktur mikro.
Pengecoran: Tungku induksi vakum biasanya digunakan untuk melebur paduan utama untuk memastikan komposisi dan mengontrol kandungan gas dan pengotor, dan bagian-bagiannya dibuat menggunakan pengecoran presisi peleburan kembali vakum.
Perlakuan panas: Paduan yang terdeformasi dan beberapa paduan cor memerlukan perlakuan panas, termasuk perlakuan larutan, perlakuan antara, dan perlakuan penuaan. Mengambil contoh paduan Udmet 500, sistem perlakuan panasnya dibagi menjadi empat tahap: perlakuan larutan, 1175 derajat, 2 jam, Pendinginan udara; pengobatan menengah, 1080 derajat, 4 jam, pendingin udara; perawatan penuaan primer, 843 derajat, 24 jam, pendingin udara; perawatan penuaan sekunder, 760 derajat, 16 jam, pendingin udara. Untuk memperoleh status organisasi dan kinerja keseluruhan yang baik.
Paduan tahan korosi berbahan dasar nikel
Unsur paduan utama adalah tembaga, kromium dan molibdenum. Ini memiliki kinerja komprehensif yang baik dan dapat menahan berbagai korosi asam dan korosi tegangan. Aplikasi paling awal (diproduksi di Amerika Serikat pada tahun 1905) adalah paduan nikel-tembaga (Ni-Cu), juga dikenal sebagai paduan Monel (paduan monel Ni 70 Cu30); selain itu, ada paduan nikel-kromium (Ni-Cr) (yaitu, paduan tahan panas berbasis nikel, paduan tahan korosi panas di antara paduan tahan korosi), paduan nikel-molibdenum (Ni-Mo) (terutama merujuk hingga seri Hastelloy B, produsen paduan tahan korosi profesional dalam negeri termasuk Institut Penelitian Besi dan Baja Beijing, perusahaan Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd., Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. , dll.), paduan nikel-kromium-molibdenum (Ni-Cr-Mo) (terutama mengacu pada seri Hastelloy C, produsen paduan tahan korosi profesional dalam negeri termasuk Institut Penelitian Besi dan Baja Beijing, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd., dll.). Pada saat yang sama, nikel murni juga merupakan perwakilan khas dari paduan tahan korosi berbasis nikel. Paduan tahan korosi berbasis nikel ini terutama digunakan untuk memproduksi suku cadang untuk berbagai lingkungan tahan korosi seperti minyak bumi, industri kimia, tenaga listrik, dll.
Kategori Paduan tahan korosi berbahan dasar nikel sebagian besar memiliki struktur austenitik. Dalam larutan padat dan kondisi perlakuan penuaan, terdapat fase intermetalik dan karbonitrida logam pada matriks austenit dan batas butir paduan. Berbagai paduan tahan korosi diklasifikasikan menurut komposisi dan karakteristiknya sebagai berikut:
Ketahanan korosi paduan Ni-Cu lebih baik dibandingkan nikel pada media pereduksi, dan ketahanan korosinya lebih baik dibandingkan tembaga pada media pengoksidasi. Ini tahan terhadap gas fluor suhu tinggi, hidrogen fluorida dan hidrogen fluorida tanpa adanya oksigen dan oksidan. Bahan terbaik untuk asam (lihat Korosi Logam).
Paduan Ni-Cr adalah paduan tahan panas berbahan dasar nikel; ini terutama digunakan dalam kondisi media pengoksidasi. Tahan terhadap oksidasi suhu tinggi dan korosi dari gas yang mengandung sulfur, vanadium dan gas lainnya, ketahanan korosinya meningkat seiring dengan meningkatnya kandungan kromium. Jenis paduan ini juga memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi hidroksida (seperti NaOH, KOH) dan ketahanan terhadap korosi tegangan.
Paduan Ni-Mo terutama digunakan dalam kondisi mengurangi korosi sedang. Ini adalah paduan terbaik untuk menahan korosi asam klorida, tetapi dengan adanya oksigen dan oksidan, ketahanan korosi akan menurun secara signifikan.
Paduan Ni-Cr-Mo(W) memiliki sifat-sifat paduan Ni-Cr dan paduan Ni-Mo yang disebutkan di atas. Terutama digunakan dalam kondisi media campuran reduksi oksidasi. Jenis paduan ini memiliki ketahanan korosi yang baik pada gas hidrogen fluorida suhu tinggi, dalam larutan asam klorida dan asam fluorida yang mengandung oksigen dan oksidan, dan pada gas klor basah pada suhu kamar.
Paduan Ni-Cr-Mo-Cu tahan terhadap korosi asam nitrat dan asam sulfat, dan juga memiliki ketahanan korosi yang baik pada beberapa asam campuran reduksi oksidasi.
Paduan tahan aus berbahan dasar nikel
Unsur paduan utama adalah kromium, molibdenum, dan tungsten, dan juga mengandung sejumlah kecil niobium, tantalum, dan indium. Selain ketahanan ausnya, ia juga memiliki sifat anti-oksidasi, ketahanan korosi, dan pengelasan yang baik. Dapat digunakan untuk memproduksi komponen tahan aus, dan juga dapat digunakan sebagai bahan pelapis untuk menutupi permukaan bahan dasar lainnya melalui proses permukaan dan penyemprotan.
Serbuk paduan berbahan dasar nikel mencakup bubuk paduan yang dapat mengalami fluks sendiri dan bubuk paduan yang tidak dapat mengalami fluks sendiri.
Serbuk berbahan dasar nikel non-self-fluxing mengacu pada serbuk paduan berbahan dasar nikel yang tidak mengandung B, Si atau memiliki kandungan B dan Si yang rendah. Jenis bubuk ini banyak digunakan pada pelapis semprotan busur plasma, pelapis semprotan api dan penguatan permukaan plasma. Terutama meliputi: bubuk paduan Ni-Cr, bubuk paduan Ni-Cr-Mo, bubuk paduan Ni-Cr-Fe, bubuk paduan Ni-Cu, bubuk paduan Ni-P dan Ni-Cr-P, Ni-Cr-Mo-Fe Serbuk paduan, Serbuk paduan Ni-Cr-Mo-Si yang tahan aus tinggi, Serbuk paduan Ni-Cr-Fe-Al, Serbuk paduan Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, Serbuk paduan Ni-Cr-Si, Ni - Serbuk paduan tahan aus dan tahan korosi berbahan dasar Cr-W, dll.
Menambahkan B dan Si dalam jumlah yang sesuai ke bubuk paduan nikel akan membentuk bubuk paduan self-fluxing berbasis nikel. Yang disebut bubuk paduan self-fluxing, juga dikenal sebagai paduan eutektik dan paduan permukaan keras, adalah serangkaian bubuk yang dibentuk dengan menambahkan elemen paduan (terutama boron dan silikon) yang dapat membentuk eutektik dengan titik leleh rendah pada nikel, kobalt, dan besi. paduan berbasis. Bahan. Serbuk paduan self-fluxing berbasis nikel yang umum digunakan meliputi serbuk paduan Ni-B-Si, serbuk paduan Ni-Cr-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu , Bubuk paduan self-fluxing berbahan dasar nikel molibdenum tinggi, bubuk paduan self-fluxing berbahan dasar nikel kromium molibdenum tinggi, bubuk paduan self-fluxing berbasis nikel molibdenum tinggi, bubuk paduan self-fluxing berbahan dasar Ni-Cr-WC, bubuk paduan self-fluxing tembaga tinggi, nikel dispersi tungsten karbida- bubuk paduan self-fluxing berbasis bubuk paduan, dll.
Peran berbagai elemen dalam paduan:
●Peran unsur boron dan silikon: menurunkan titik leleh paduan secara signifikan, memperluas zona suhu padat-cair, dan membentuk eutektik dengan titik leleh rendah; memiliki fungsi reduksi deoksidasi dan slagging; mengeraskan dan memperkuat lapisan; meningkatkan kinerja proses operasi.
●Peran elemen tembaga: meningkatkan ketahanan korosi terhadap asam non-pengoksidasi.
●Peran elemen kromium: penguatan dan pasivasi larutan padat; meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan ketahanan oksidasi suhu tinggi; kelebihan kromium dengan mudah membentuk fase keras kromium karbida dan kromium borida dengan karbon dan boron untuk meningkatkan kekerasan paduan dan ketahanan aus.
●Peran elemen molibdenum: jari-jari atomnya yang besar menyebabkan distorsi besar pada kisi kristal setelah larutan padat, secara signifikan memperkuat matriks paduan, meningkatkan kekuatan suhu tinggi dan kekerasan merah matriks; dapat memotong dan mengurangi struktur jaringan pada lapisan; meningkatkan ketahanan terhadap gas. Kemampuan korosi dan erosi pada paduan presisi berbasis nikel.
Termasuk paduan magnet lunak berbahan dasar nikel, paduan ketahanan presisi berbahan dasar nikel, dan paduan elektrotermal berbahan dasar nikel, dll. Paduan magnet lunak berbahan dasar nikel adalah Permalloy, yang mengandung sekitar 80% nikel. Ia memiliki permeabilitas magnet maksimum yang tinggi dan permeabilitas magnet awal serta gaya koersif yang rendah. Ini adalah bahan inti besi yang penting dalam industri elektronik. Elemen paduan utama dari paduan ketahanan presisi berbasis nikel adalah kromium, aluminium, dan tembaga. Paduan ini memiliki resistivitas tinggi, koefisien resistivitas suhu rendah dan ketahanan korosi yang baik, dan digunakan untuk membuat resistor. Paduan pemanas listrik berbahan dasar nikel merupakan paduan nikel yang mengandung 20% kromium. Ini memiliki sifat anti-oksidasi dan anti-korosi yang baik dan dapat digunakan untuk waktu yang lama pada suhu 1000 hingga 1100 derajat.
Paduan memori bentuk berbasis nikel
Paduan nikel mengandung 50(at)% titanium. Suhu pemulihannya 70 derajat dan efek memori bentuknya bagus. Perubahan kecil pada proporsi komponen nikel-titanium dapat mengubah suhu pemulihan dalam kisaran 30 hingga 100 derajat. Hal ini sebagian besar digunakan untuk memproduksi bagian struktural pembuka otomatis yang digunakan dalam pesawat ruang angkasa, pengencang self-galving yang digunakan dalam industri dirgantara, motor jantung buatan yang digunakan dalam biomedis, dll.
