Nederlands (Formeel) 
English 
Español 
Français 
العربية 
Русский 
Português 
Deutsch 
Italiano 
日本語 
Türkçe 
Українська 
Sommige materialen uit de metaalfamilie staan bekend als supermaterialen of superlegeringen. Deze materialen hebben meestal geavanceerde eigenschappen. Ze kunnen bijvoorbeeld hun fysieke eigenschappen behouden bij hogere temperaturen en onder specifieke spanning.
Een van de beste voorbeelden van superlegeringen in de materialenwereld zijn superlegeringen op basis van nikkel. Deze legering heeft uitzonderlijke eigenschappen waardoor het beter is dan andere materialen en superlegeringen, zoals superlegeringen op basis van ijzer en kobalt. Naast weerstand tegen hoge temperaturen zijn deze nikkellegeringen ook bestand tegen hoge corrosie en zware werkomstandigheden.
Mensen willen echter vaak weten waarom legeringen op basis van nikkel superlegeringen worden genoemd. Het antwoord ligt gewoon in de opmerkelijke eigenschappen van nikkellegeringen. Toch zal dit artikel u helpen om duidelijke concepten op te bouwen met betrekking tot deze vraag.
Dus, zonder verder oponthoud, laten we in de post duiken!
Wat zijn legeringen op nikkelbasis?
Zoals de naam al aangeeft, bestaan legeringen op nikkelbasis voornamelijk uit nikkel en enkele andere legeringen. Ze staan bekend om hun hoge corrosiebestendigheid en uitstekende sterkte bij hoge temperaturen. Bovendien kunnen deze legeringen vermoeidheid, kruip en trek weerstaan. Vanwege de bovengenoemde eigenschappen worden ze meestal superlegeringen op basis van nikkel genoemd.
Bovendien worden ze beschouwd als perfect voor turbine-, warmtewisselaar- en vliegtuigmotortoepassingen.
Bron: Youtube
Productie en verwerking van superlegeringen op basis van nikkel
De productie en verwerking van nikkelsuperlegeringen hangt meestal af van hun samenstelling. De samenstelling is echter afhankelijk van de gebruikte hoeveelheid materiaal. Over het algemeen kunnen twee tot wel tien legeringselementen worden gebruikt om superlegeringen op basis van nikkel te vormen. Deze elementen maken bijna de helft uit van het totale gewicht van de superlegering.
Normaal gesproken resulteert de combinatie van nikkel met vaste stoffen zoals aluminium of titanium in de vorming van een evenwichtsmicrostructuur bestaande uit gamma-priem en gamma. Dit zorgt voor de sterkte van de superlegering onder invloed van verhoogde temperatuur.
Nikkel superlegeringen kunnen op verschillende manieren worden vervaardigd, zoals poeder, gegoten of gesmeed. Deze superlegeringen absorberen materiaalsterkte door precipitatieversterking of behandeling in vaste oplossing. Chroom, molybdeen, kobalt, niobium, ijzer, wolfraam en tantaal worden meestal gebruikt om vaste oplossingen te versterken.
Wat zijn de kenmerken van superlegeringen op basis van nikkel?
Hieronder volgen enkele kenmerken die passen bij zowel superlegeringen als nikkellegeringen. Daarom worden deze legeringen als superlegeringen beschouwd. Laten we eens in detail kijken!
-
Hoge hittebestendigheid
Gewoonlijk verliezen metalen hun sterkte wanneer ze aan hoge temperaturen worden blootgesteld. Maar nikkelsuperlegeringen kunnen hoge temperaturen verdragen, waardoor ze momenteel de meest gebruikte superlegeringen zijn. De reden hiervoor is dat nikkel dezelfde structuur (kubisch-gecentreerd) kan behouden van kamertemperatuur tot ni smelttemperatuur. De inherente thermische bescherming van superlegeringen behoudt de integriteit van het materiaal.
Het weerstaan van de hoge hitte hangt meestal af van verschillende nikkelsamenstellingen gemengd met nikkellegeringen. De nikkellegering Inconel 718 bestaat bijvoorbeeld uit 55% nikkel, 6% ijzer, 21% chroom en een klein percentage mangaan, koolstof en koper. Het biedt een uitzonderlijke weerstand tegen hoge temperaturen en bescherming tegen oxidatie en corrosie. Daarnaast heeft een nikkellegering van Duranickel meer dan 94% nikkel. Het heeft uitstekende veereigenschappen tot 316°C en wordt veel robuuster bij thermische behandeling.
-
Uitzonderlijke kracht
De externe belasting bepaalt de sterkte van een materiaal die erop wordt uitgeoefend zonder dat het materiaal vervormt. Superlegeringen op basis van nikkel kunnen een treksterkte van meer dan 700 MPa en een vloeigrens van 275 MPa vertonen. Over het algemeen kunnen deze legeringen een hoge sterkte vertonen, zelfs bij extreme temperaturen van 650 tot 1000°C.
Verrassend genoeg vertonen sommige superlegeringen op basis van nikkel een vloeigrens tot 1125 MPa, die groter is dan de sterkte van diamant. Een dergelijke uitzonderlijke sterkte kan ongetwijfeld alleen van superlegeringen worden verwacht.
Bij de toepassing van schijven en turbines bevat de fase van deze superlegering niobium of vanadium. Door deze fase te gebruiken, kunnen fabrikanten de sterkte van het materiaal efficiënt verhogen.
-
Corrosiebestendigheid
In omgevingen zoals mariene of chemische omgevingen treden corrosie en oxidatie relatief snel op en beschadigen ze de metalen machines. Gelukkig hebben nikkellegeringen een uitstekende weerstand tegen een corrosieve en complexe zure omgeving, wat weer een van de uitstekende eigenschappen van superlegeringen is. Om corrosie in deze omgevingen te weerstaan, bevatten deze legeringen voornamelijk tot tien soorten legeringselementen.
Bovendien is het nikkelelement zelf uitstekend bestand tegen caustische alkali-corrosie en spanningscorrosie van Cl-ionen. De toevoeging van passiveerelementen in legeringen op basis van nikkel vormt echter vaste oplossingen met een substraatfase die helpt om het corrosiepotentieel en de thermodynamische stabiliteit van de materialen te verbeteren. U kunt bijvoorbeeld koper (Cu), chroom (Cr) en molybdeen (Mo) toevoegen om de corrosiebestendigheid van de legering te verhogen.
-
Bewerkbaarheid
De ingenieurs moeten op zoek gaan naar materialen die gemakkelijk te bewerken zijn. In dit opzicht hebben legeringen op basis van nikkel een betere vloeigrens, afschuifspanning en weerstand tegen hoge temperaturen. Daardoor zijn ze beter dan andere metalen op het gebied van lasbaarheid.
Enkele bekende voorbeelden van op nikkel gebaseerde legeringen die op de markt verkrijgbaar zijn, zijn de volgende:
- Legering voor de chemische industrie: Inconel, Monel en Incoloy.
- Voor legeringen met elektrische weerstand: Incoloy legering 800, Resistohm en Brightray.
-
Bestand tegen ruwe werkomgevingen
Nikkellegeringen zijn bestand tegen zware werkomstandigheden, zoals gaskamers in de lucht- en ruimtevaart, zure omgevingen, structurele onderdelen in kernenergie, petroleum en de zeevaart. Bovendien worden ze niet aangetast door water, warme lucht en bepaalde waterige oplossingen dankzij hun hoge chemische stabiliteit.
Kortom, de productie van superlegeringen is effectief bestand tegen hoge druk, hoge temperatuur en corrosieve omstandigheden.
Enkele veelgebruikte soorten legeringen op nikkelbasis
|
Soorten legeringen op nikkelbasis |
|||
|
Soorten |
Definitie | Toepassingen |
Voorbeelden |
|
Nikkel-Ijzer legeringen |
Het mengsel van nikkel met een bepaalde hoeveelheid ijzer levert een nikkel-ijzerlegering op die een zeer lage thermische uitzetting vertoont in extreme omstandigheden. | ● Precisiemeetapparatuur
Thermostaatstangen Transformatoren Geheugenopslagapparaten Inductoren |
Invar 36
Invar 42 |
|
Nikkel-Koper Legeringen |
Omdat de nikkel-koperlegering uit koper bestaat, zijn het zeer corrosiebestendige materialen, en het gebrek aan magnetische eigenschappen maakt ze toepasbaar voor verschillende toepassingen. | Mariene toepassingen
Leidingsystemen Zeewater afsluiters ● Pompassen |
Monel 400
Monel R405 Monel K500
|
|
Nikkel-chroom legeringen |
Nikkel-chroomlegeringen worden gekenmerkt door hoge temperatuursterkte, goede elektrische weerstand en uitstekende corrosiebestendigheid bij alle temperaturen. | Elektrische weerstandverwarmers
Broodroosters Andere verwarmingselementen |
René 41
Ni70Cr30 |
|
Nikkel-Titanium Legeringen |
Nikkel-Titaanlegeringen staan bekend om hun vormvastheid. Wanneer de oorspronkelijke vorm van het onderdeel vervormd wordt, zal het zijn oorspronkelijke vorm onthouden en kan het er weer in worden omgezet wanneer dat nodig is. | Drukvaten
Producten voor leidingen Pompen en kleppen Warmtewisselaars Kleppen |
Gelegeerd B-2 |
|
Nikkel-molybdeen legeringen |
De aanwezigheid van molybdeen in een nikkel-molybdeenlegering zorgt voor een hoge chemische weerstand tegen reducerende zuren, zoals zwavelzuur, zoutzuur en fosforzuur. | Schokdempers in de bouw | Nitinol |
Toepassingen van superlegeringen op basis van nikkel
-
Ruimtevaart
Legeringen op basis van nikkel met een hoog Cr-gehalte, een goede weerstand tegen thermische corrosie en een stabiele structuur worden als de beste beschouwd voor de productie van schepen en industriële gasturbines. Met name vliegtuigen zijn complexe machines die veel specificaties vereisen onder zware omstandigheden. Lucht- en ruimtevaartingenieurs zijn voornamelijk afhankelijk van op nikkel gebaseerde legeringen om onderdelen te ontwerpen die bestand zijn tegen zware omgevingsomstandigheden. Deze legeringen zijn bestand tegen extreme weersomstandigheden om een veilig gebruik te garanderen.
Gasturbines zijn een van de beste toepassingen van de lucht- en ruimtevaartindustrie. Een turbine is een ventilator die ronddraait en een krachtbron gebruikt om energie op te wekken, zoals een windturbine. Gas onder druk genereert de nodige energie om de turbine te laten draaien.
-
Verbrandingskamers
Materialen voor verbrandingskamers hebben relatief lage sterktevereisten. De sterkte moet echter behouden blijven tot bedrijfstemperaturen van 1100 °C of hoger. Bovendien is weerstand tegen oxidatie, samen met weerstand tegen thermische vermoeidheid en knikken, de meest kritische vereiste.
Om de fabricage toegankelijker te maken, moet het materiaal ook goed vervormbaar en lasbaar zijn. Daarom zijn superlegeringen op basis van nikkel de beste keuze voor verbrandingskamers.
-
Turbinebladen
Het aërodynamische gedeelte van de turbineblad ondervindt een temperatuurbereik van 650-980 °C en een druk van 138 MPa. Bij 760 °C ondervindt de bladwortel die aan de schijf is bevestigd trekspanningen van 276 tot 552 MPa buiten het hete gastraject. Daarom moeten turbinematerialen voldoende ductiliteit hebben om kruipvervorming te weerstaan. Daarom worden legeringen op basis van nikkel gebruikt voor de productie van turbinebladen, omdat hun mechanische eigenschappen gedurende langere tijd behouden kunnen blijven.
-
Stoomturbines
Superlegeringen op basis van nikkel worden gebruikt om stoomturbineschijven te maken. Turbine schijven hebben een hoge kruip- en treksterkte nodig voor barstbeveiliging bij de bedrijfstemperaturen van de hub. De bedrijfstemperaturen van een stoomturbineschijf lopen op tot 760 °C. Deze temperatuur doet zich alleen voor op de buitenste rand in de buurt van waar de schoep is bevestigd. Bovendien zijn de bedrijfsspanningen door centrifugale belastingen hoog aan de rand. De spanning wordt hoger naar het midden van deze roterende onderdelen en bedraagt meer dan 483MPa.
-
Nucleaire toepassingen
Omgevingen van kerncentrales worden gekenmerkt door hoge temperaturen en hoge corrosieniveaus. Regelstaven, reactorkernen en andere onderdelen worden geproduceerd met legeringen op nikkelbasis. Daarom kan de nucleaire industrie veel voordeel halen uit deze superlegering.
-
Motor Onderdelen
Door hun uitstekende hittebestendigheid zijn superlegeringen ideaal voor warmteproducerende toepassingen zoals warmtewisselaars. Superlegeringen worden namelijk gebruikt bij de productie van motoronderdelen. Daarnaast worden voor accessoires voor vliegtuig- en ruimtevaartapparatuur ook op ni gebaseerde superlegeringen gebruikt.
Conclusie
Eindelijk hebt u een logisch antwoord op uw vraag: waarom zijn legeringen op basis van nikkel superlegeringen? De uitstekende eigenschappen en toepassingen van superlegeringen maken het een perfecte superlegering. In een notendop kunt u op nikkel gebaseerde superlegeringen gebruiken waar weerstand tegen hoge temperaturen, corrosie en sterkte vereist is. Het gebruik van deze legeringen als productiemateriaal voor uw producten zal ze inderdaad positief beïnvloeden.
