Paduan berbahan dasar nikel untuk paduan suhu tinggi
Paduan berbahan dasar nikel
Paduan suhu tinggi mengacu pada jenis bahan logam berbahan dasar besi, nikel, dan kobalt yang dapat bekerja pada suhu tinggi di atas 600 derajat dan pada tekanan tertentu dalam waktu lama, serta memiliki kekuatan suhu tinggi yang tinggi, ketahanan oksidasi yang baik, dan ketahanan terhadap korosi panas. , kinerja kelelahan yang baik dan ketangguhan patah serta sifat komprehensif lainnya, disebut superalloy di Eropa dan Amerika Serikat. Biasanya digunakan untuk komponen yang bekerja pada suhu tinggi (600~1200 derajat ) dan kondisi tegangan kompleks dalam waktu lama.
Paduan berbahan dasar nikel saat ini merupakan paduan suhu tinggi yang paling banyak digunakan dan terutama digunakan di lingkungan kerja seperti suhu tinggi, asam kuat atau alkali, dan oksidasi kuat. Pengembangan dan penggunaannya dimulai pada akhir tahun 1930-an dengan latar belakang kemunculan pesawat jet yang memberikan tuntutan lebih tinggi pada kinerja paduan suhu tinggi. Artikel ini akan memperkenalkan paduan berbasis nikel dari aspek berikut.
1. Ketik
Dibagi berdasarkan kinerja:
Paduan tahan korosi berbahan dasar nikel: Elemen paduan utamanya adalah tembaga, kromium, dan molibdenum. Ini memiliki kinerja komprehensif yang baik dan dapat menahan berbagai korosi asam dan korosi tegangan. Terutama mencakup paduan nikel-tembaga (Ni-Cu) (paduan Monel), paduan nikel-kromium (Ni-Cr) (paduan tahan panas berbasis nikel, Incoloy, seri Inconel), paduan nikel-molibdenum (Ni-Mo) ( Seri Hastelloy B), paduan nikel-kromium-molibdenum (Ni-Cr-Mo) (terutama seri Hastelloy C), dll. Pada saat yang sama, nikel murni juga merupakan perwakilan khas dari paduan tahan korosi berbasis nikel.
Paduan tahan aus berbahan dasar nikel: Unsur paduan utamanya 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.
Paduan presisi berbahan dasar 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 berbasis nikel: paduan nikel yang 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.
2. Karakteristik paduan berbahan dasar nikel yang umum digunakan
Inconel 600: Memiliki ketahanan korosi suhu tinggi dan ketahanan oksidasi yang baik, sifat pemrosesan dan pengelasan panas dan dingin yang sangat baik, dan memiliki kekuatan termal yang memuaskan dan plastisitas tinggi di bawah 700 derajat;
Inconel 625: Ketahanan yang sangat baik terhadap lubang, korosi celah, korosi intergranular dan erosi pada media klorida; tahan asam dan kemampuan las yang baik; versi kelelahan siklus rendah dari Inconel 625 yang umum digunakan Bellow.
Inconel 690: Kandungan kobaltnya rendah, cocok untuk aplikasi terkait energi nuklir, dan resistivitasnya rendah. Misalnya, tabung perpindahan panas pembangkit uap di pembangkit listrik tenaga nuklir reaktor air bertekanan semuanya terbuat dari 690 bahan.
Inconel 713C: Paduan pengecoran berbahan dasar nikel-kromium yang dikeraskan dengan presipitasi.
Inconel 718: Dengan "fase penguatan fase, kinerja pengelasan yang baik.
Inconel 751: Menambahkan lebih banyak kandungan aluminium memberikan kekuatan putus yang lebih baik dalam kisaran suhu tinggi mendekati 870 derajat.
Inconel 792: Menambahkan lebih banyak kandungan aluminium membuatnya lebih tahan korosi pada suhu tinggi, sehingga cocok untuk pembuatan turbin gas.
Inconel 939: 'penguatan fase untuk meningkatkan kinerja pengelasan.
Incoloy 020: Menunjukkan ketahanan korosi yang sangat baik di lingkungan kimia yang mengandung asam sulfat, klorida, asam fosfat, dan asam nitrat.
Incoloy 028: Tahan terhadap asam dan garam, kandungan tembaga membuatnya tahan terhadap asam sulfat.
Incoloy 330: Menunjukkan kekuatan yang baik pada suhu tinggi dan ketahanan yang baik terhadap lingkungan oksidasi dan pereduksi.
Incoloy 800: Memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap retak korosi tegangan pada klorida, larutan berair NaOH konsentrasi rendah, serta air bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi. Ia dapat tetap stabil dan mempertahankan struktur austenitiknya bahkan setelah terpapar suhu tinggi dalam jangka waktu lama.
Incoloy 803: Dirancang untuk digunakan di lingkungan yang kaya sulfur.
Incoloy 825: Memiliki ketahanan korosi yang baik dalam mereduksi dan mengoksidasi asam, ketahanan terhadap retak korosi tegangan, korosi lubang dan korosi celah, ketahanan korosi yang sangat baik terhadap asam sulfat dan asam fosfat, serta sifat pemrosesan panas dan dingin yang baik. , mudah untuk didinginkan dan dilas.
Incoloy 908: memiliki kekuatan tarik tinggi, ketahanan terhadap pertumbuhan retak lelah, kemampuan las yang baik, stabilitas dan keuletan metalurgi, ketangguhan patah dan benturan yang tinggi, koefisien muai panas yang rendah, ketahanan terhadap penggetasan oksigen, dan tidak ada retak selama karakteristik pemrosesan panas.
Incoloy 907: Kekuatan tinggi dan koefisien ekspansi termal rendah pada suhu tinggi.
Incoloy 945X: Dirancang untuk lingkungan yang kaya klorin, molibdenum meningkatkan ketahanannya terhadap korosi celah dan korosi lubang.
Incoloy MA956: Dibuat melalui paduan mekanis dan bukan melalui proses peleburan integral, sulit untuk dilas dan perlu dipanaskan hingga 200C agar dapat terbentuk.
Monel 400: Memiliki kekuatan tinggi dan ketahanan korosi yang sangat baik di lingkungan asam dan basa, sangat cocok untuk kondisi pereduksi. Ia juga memiliki keuletan dan konduktivitas termal yang baik. Biasa digunakan dalam teknik kelautan, pengolahan kimia dan hidrokarbon, penukar panas, katup dan pompa.
Monel 401: Ini memiliki karakteristik pengelasan terlindung gas inert tungsten yang mudah, pengelasan resistansi dan mematri. Untuk aplikasi listrik dan elektronik khusus.
Monel 404: Dapat digunakan untuk pengelasan dan penempaan dengan menggunakan teknik pengelasan umum, tetapi tidak dapat diproses dengan panas. Ia memiliki suhu rendah, permeabilitas rendah dan sifat mematri yang baik. Umumnya digunakan untuk transistor dan segel logam.
Monel 405: mudah dipotong, terutama digunakan sebagai bahan baku mesin sekrup otomatis, dan umumnya tidak direkomendasikan untuk aplikasi lain.
Monel 450: Memiliki kekuatan lelah yang baik dan konduktivitas termal yang tinggi. Umumnya digunakan pada kondensor, penyuling, evaporator dan tabung penukar panas serta pipa air garam.
Monel K-500: Pada dasarnya memiliki kinerja yang sama dengan Monel 400 dan biasanya digunakan pada poros pompa, impeler, pengikis, kerah bor sumur minyak, instrumen, dan komponen elektronik.
Monel 502: memiliki ketahanan mulur dan ketahanan oksidasi yang baik, dan juga dapat diproses seperti baja tahan karat austenitik.
Hastelloy B-2: Ketahanan korosi yang sangat baik dalam mengurangi lingkungan.
Hastelloy B-3: versi B2 yang ditingkatkan, memiliki ketahanan korosi yang sangat baik terhadap asam klorida pada suhu dan konsentrasi apa pun;
Hastelloy C-4: Stabilitas termal yang baik, ketangguhan yang baik, dan ketahanan terhadap korosi pada 650~1040 derajat ;
Hastelloy C-22: Ketahanannya terhadap korosi seragam pada media pengoksidasi lebih baik dibandingkan C-4 dan C-276, dan ketahanannya terhadap korosi lokal sangat baik;
Hastelloy C-276: memiliki ketahanan yang baik terhadap korosi oksidatif dan reduksi sedang, serta ketahanan yang sangat baik terhadap korosi tegangan;
Hastelloy C-2000: Paduan tahan korosi paling komprehensif dengan ketahanan korosi seragam yang sangat baik di lingkungan oksidasi dan reduksi;
Hastelloy G-30: Paduan berbahan dasar nikel dengan kandungan kromium tinggi, kinerja luar biasa dalam asam fosfat dan media asam campuran pengoksidasi kuat lainnya;
Hastelloy X: Menggabungkan kekuatan tinggi, antioksidan, dan pemrosesan yang mudah.
3. Perbandingan ciri-ciri merek yang umum digunakan
1. Komposisi kimia N5 mirip dengan N02201, dan komposisi kimia N6 dan N7 mirip dengan N02200. Karena N02200 memiliki kandungan karbon kurang dari atau sama dengan 0,15%, ia mengalami grafit pada suhu 315 derajat dan membuat material menjadi rapuh, sehingga suhu maksimum yang digunakan adalah 315 derajat.
2. 800, 800H, dan 800HT memiliki komposisi unsur kimia yang sama pada standar ASME. 800 memiliki kandungan karbon terendah, suhu anil 982-1038 derajat, dan suhu penggunaan di bawah 600 derajat; 800H memiliki kandungan Al+Ti yang terbatas, dan setelah perlakuan larutan padat khusus (1121-1177 derajat ), butiran kristal menjadi kasar, dan butiran tersebut ASTM- 5.0, ketahanan pecah mulur di atas 600 derajat meningkat secara signifikan; 800HT meningkatkan kandungan Al+Ti, dan setelah perlakuan larutan padat khusus (1121-1177 derajat), butiran kristal menjadi kasar, dan ukuran butirannya adalah ASTM-5.0, Ketahanan pecah mulur tertinggi di atas 700 gelar meningkat secara signifikan. Jika suhu perlakuan panas terlalu tinggi, butiran material akan mengembang, memiliki batas mulur yang lebih tinggi dan batas kekuatan yang bertahan lama, serta menurunkan ketangguhan. Temperatur perlakuan panas yang lebih tinggi menghasilkan nukleasi yang lebih cepat dan peningkatan jumlah kristal. Saat ini, butirannya relatif baik. Bila waktu pemaparan diperpanjang maka bulir akan tumbuh. Ketika laju pendinginan lambat, butiran juga akan membesar. Secara umum, semakin tinggi suhunya (gradiennya semakin kecil), semakin besar ukuran butirnya. Semakin kecil butirannya, semakin tinggi kekuatan dan kekerasannya, serta semakin baik plastisitas dan ketangguhannya. Namun, dalam lingkungan kerja bersuhu tinggi, butiran menjadi lebih kasar dan total panjang batas butir berkurang. Deformasi atau kerusakan yang disebabkan oleh geseran sepanjang batas butir atau kinerja mulur ditingkatkan.
3. Komposisi kimia utama N06600: 72Ni-15Cr-8Fe, komposisi kimia utama N08800: 33Ni-42Fe-21Cr, yang setara dengan membagi Konten 72Ni di N06600 menjadi 33Ni+45Fe, dan mengurangi biaya dengan mengganti sebagian nikel.
4. Komposisi kimia utama N10675 adalah 65Ni-29.5Mo-2Fe-2Cr, dan komposisi kimia N10276 adalah 54Ni-16Mo-15Cr . Hal ini kira-kira dapat dianggap sebagai membagi 29,5Mo di N10675 menjadi 16Mo+15Cr. Karena peningkatan kandungan Cr, bahan tersebut memiliki ketahanan terhadap oksidasi. Kemampuan media untuk menimbulkan korosi.
4. Pengertian istilah
Grafitisasi: Baja karbon rendah mengalami transformasi grafitisasi pada paparan jangka panjang hingga 450 derajat, dan struktur sementit terurai menjadi Fe3C=3Fe+C (grafit).
Creep: Material logam patah sepanjang batas butir akibat pembebanan suhu tinggi dalam jangka waktu lama.
Perlakuan larutan padat: Biarkan senyawa fase Cr23C6 yang diendapkan dan fase σ (fasa rapuh FeCr) dilarutkan kembali ke dalam struktur austenit untuk membentuk struktur austenit jenuh.
Perlakuan sensitisasi: Bertahan dalam kisaran 400-800 derajat untuk waktu yang lama, struktur austenit akan mengalami kekurangan kromium pada batas butir karbida karena pembentukan Cr23C6.
Korosi intergranular: Senyawa Cr23C6 yang terbentuk pada struktur austenit menyebabkan penipisan kromium pada batas butir karbida. Kandungan Cr bahan kurang dari 12%, dan butiran bahan pecah.
Modulus elastis: rasio tegangan terhadap regangan selama tahap deformasi elastis.
Rasio Poisson: rasio perubahan relatif ukuran melintang/ukuran memanjang selama tahap deformasi elastis.
Koefisien ekspansi linier: Panjang linier dan volume kristal meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.
