Українська 
English 
Español 
Français 
العربية 
Русский 
Português 
Deutsch 
Italiano 
Nederlands (Formeel) 
日本語 
Türkçe 
Деякі матеріали з родини металів відомі як суперматеріали або суперсплави. Ці матеріали, як правило, мають розширені властивості. Наприклад, вони можуть зберігати свої фізичні властивості при високих температурах і під впливом певних навантажень.
Одним з найкращих прикладів суперсплавів у матеріальному світі є суперсплави на основі нікелю. Цей сплав має виняткові характеристики, які роблять його кращим за інші матеріали та суперсплави, такі як суперсплави на основі заліза та кобальту. Окрім стійкості до високих температур, ці нікелеві сплави також можуть протистояти високій корозії та суворим умовам експлуатації.
Однак люди часто потребують роз'яснення, чому сплави на основі нікелю називають суперсплавами. Відповідь просто полягає в чудових властивостях нікелевих сплавів. Тим не менш, ця стаття допоможе вам сформувати чіткі уявлення щодо цього питання.
Тож, без зайвих слів, давайте зануримося в пост!
Що таке сплави на основі нікелю?
Як випливає з назви, нікелеві сплави в основному складаються з нікелю та деяких інших сплавів. Вони відомі своєю високою корозійною стійкістю та відмінною високотемпературною міцністю. Крім того, ці сплави можуть витримувати втому, повзучість і міцність на розрив. Завдяки вищезазначеним властивостям їх зазвичай називають суперсплавами на основі нікелю.
Крім того, вони вважаються ідеальними для застосування в турбінах, теплообмінниках та авіаційних двигунах.
Джерело: Youtube
Виробництво та обробка суперсплавів на основі нікелю
Виробництво та обробка нікелевих суперсплавів зазвичай залежать від їхнього складу. Однак склад залежить від використаної кількості матеріалу. Як правило, для формування суперсплавів на основі нікелю можуть використовуватися два або до десяти легуючих елементів. Ці елементи складають майже половину всієї ваги суперсплаву.
Зазвичай, коли нікель з'єднується з розчинниками, такими як алюміній або титан, це призводить до утворення рівноважної мікроструктури, що складається з гамма-прима та гамма. Це забезпечує міцність суперсплаву під впливом підвищеної температури.
Нікелеві суперсплави можуть бути виготовлені різними способами, наприклад, порошковим, литим або кованим способом. Ці суперсплави поглинають міцність матеріалу завдяки зміцненню осадом або обробці твердими розчинами. Для зміцнення твердих розчинів зазвичай використовують хром, молібден, кобальт, ніобій, залізо, вольфрам і тантал.
Які характеристики суперсплавів на основі нікелю?
Нижче наведено деякі характеристики, які підходять як для суперсплавів, так і для нікелевих сплавів. Саме тому ці сплави вважаються суперсплавами. Давайте подивимось детальніше!
-
Висока термостійкість
Зазвичай метали втрачають свою міцність під впливом високих температур. Але нікелеві суперсплави здатні витримувати високі температури, що робить їх найбільш широко використовуваними суперсплавами. Причиною цього є те, що нікель може зберігати однакову структуру (гранецентровану кубічну) від кімнатної температури до температури плавлення нікелю. Властивий суперсплавам термічний захист зберігає цілісність матеріалу.
Як правило, стійкість до високих температур залежить від різних композицій нікелю, змішаних зі сплавами на основі нікелю. Наприклад, нікелевий сплав Inconel 718 складається з нікелю 55%, заліза 6%, хрому 21% і невеликого відсотка марганцю, вуглецю та міді. Він забезпечує виняткову витривалість до високих температур і захист від окислення та корозії. Крім того, нікелевий сплав Duranickel має вміст нікелю понад 94%. Він має відмінні пружинні властивості до 316°C і стає набагато міцнішим при термічній обробці.
-
Виняткова міцність
Зовнішнє навантаження визначає міцність матеріалу, прикладеного до нього без будь-якої деформації матеріалу. Суперсплави на основі нікелю можуть демонструвати межу міцності понад 700 МПа і межу плинності 275 МПа. Найчастіше ці сплави можуть демонструвати високу міцність навіть при екстремальних температурах від 650 до 1000°C.
Дивно, але деякі суперсплави на основі нікелю демонструють межу плинності до 1125 МПа, що перевищує міцність алмазу. Без сумніву, таку виняткову міцність можна очікувати тільки від суперсплавів.
При виготовленні дисків і турбін фаза цього суперсплаву містить ніобій або ванадій. Використовуючи цю фазу, виробники можуть ефективно підвищити міцність матеріалу.
-
Стійкість до корозії
У таких середовищах, як морське або хімічне, корозія та окислення відбуваються порівняно швидко і завдають шкоди металевим механізмам. На щастя, нікелеві сплави мають чудову стійкість до корозійного та складного кислотного середовища, що знову ж таки є однією з видатних властивостей суперсплавів. Щоб протистояти корозії в цих середовищах, ці сплави в основному містять до десяти типів легуючих елементів.
Крім того, нікель сам по собі має чудову стійкість до корозії в їдких лугах і корозії під дією іонів Cl. Однак додавання пасивуючих елементів до сплавів на основі нікелю утворює тверді розчини з фазою підкладки, що сприяє підвищенню корозійного потенціалу та термодинамічної стабільності матеріалів. Наприклад, можна додати мідь (Cu), хром (Cr) і молібден (Mo), щоб підвищити корозійну стійкість сплаву.
-
Оброблюваність
Інженерам потрібно шукати матеріали, які легко піддаються механічній обробці. У зв'язку з цим сплави на основі нікелю мають кращу межу плинності, міцність на зсув і стійкість до високих температур. Як наслідок, вони переважають інші метали з точки зору зварюваності.
Деякі відомі приклади сплавів на основі нікелю, доступних на ринку, наведені нижче:
- Сплав для хімічної промисловості: Інконель, монель та інколой.
- Для сплавів електричного опору: Інколой сплав 800, Resistohm та Brightray.
-
Стійкість до суворих умов експлуатації
Нікелеві сплави витримують суворі умови експлуатації, такі як аерокосмічні газові камери, кислотні середовища, структурні компоненти ядерної енергетики, нафтова та морська промисловість. Крім того, завдяки високій хімічній стійкості вони не піддаються впливу води, теплого повітря та окремих водних розчинів.
Коротше кажучи, виробництво суперсплавів може ефективно протистояти високому тиску, високій температурі та корозійним умовам.
Деякі поширені типи сплавів на основі нікелю
|
Типи сплавів на основі нікелю |
|||
|
Типи |
Визначення | Додатки |
Приклади |
|
Нікель-залізні сплави |
Суміш нікелю з деякою кількістю заліза дає нікель-залізний сплав, який демонструє дуже низьке теплове розширення в екстремальних умовах. | Прецизійне вимірювальне обладнання
Стрижні термостатів Трансформатори ● Пристрої для зберігання даних Індуктори |
Інвар 36
Інвар 42 |
|
Нікель-мідні сплави |
Оскільки нікель-мідний сплав складається з міді, вони є дуже стійкими до корозії матеріалами, а відсутність магнітних властивостей робить їх придатними для різних застосувань. | Морське застосування
Трубопровідні системи Клапани для морської води Вали насосів |
Монель 400
Монель R405 Monel K500
|
|
Нікель-хромові сплави |
Нікель-хромові сплави характеризуються високотемпературною міцністю, хорошим електричним опором і відмінною корозійною стійкістю при будь-яких температурах. | Електричні нагрівачі опору
Тостери Інші нагрівальні елементи |
Рене 41
Ni70Cr30 |
|
Нікель-титанові сплави |
Нікель-титанові сплави славляться своєю формостійкістю. При деформації вихідної форми деталі вона запам'ятовує свою початкову форму і може бути повернута до неї, коли це буде потрібно. | Посудини, що працюють під тиском
Трубопровідна продукція Насоси та клапани Теплообмінники Клапани |
Сплав B-2 |
|
Нікель-молібденові сплави |
Наявність молібдену в нікель-молібденовому сплаві забезпечує високу хімічну стійкість до відновлювальних кислот, таких як сірчана, соляна та фосфорна кислоти. | Амортизатори в будівництві | Нітинол |
Застосування суперсплавів на основі нікелю
-
Аерокосмічна галузь
Сплави на основі нікелю з високим вмістом хрому з хорошою термічною корозійною стійкістю і стабільною структурою вважаються найкращими для виробництва кораблів і промислових газових турбін. Зокрема, літаки - це складні машини, які вимагають дотримання багатьох специфікацій в суворих умовах експлуатації. Аерокосмічні інженери в основному покладаються на сплави на основі нікелю при проектуванні деталей, які можуть працювати в суворих умовах навколишнього середовища. Ці сплави мають здатність витримувати екстремальні погодні умови для забезпечення безпечного використання.
Газові турбіни - одне з найкращих застосувань аерокосмічної промисловості. Турбіна - це вентилятор, який обертається і використовує джерело енергії для генерації, як вітрова турбіна. Газ під тиском генерує необхідну енергію для обертання турбіни.
-
Камери згоряння
Матеріали для камер згоряння мають відносно низькі вимоги до міцності. Однак міцність повинна зберігатися до робочих температур 1100 °C і вище. Крім того, стійкість до окислення, а також стійкість до термічної втоми і вигину є найбільш критичними вимогами.
Щоб зробити виробництво більш доступним, матеріал також повинен мати хорошу формувальну здатність і зварюваність. Ось чому суперсплави на основі нікелю є найкращим вибором для камер згоряння.
-
Лопаті турбіни
Секція лопатки турбіни, що знаходиться під крилом, працює в діапазоні температур 650-980 °C і тиску 138 МПа. При 760 °C корінь лопатки, прикріплений до диска, зазнає розтягуючих напружень від 276 до 552 МПа поза траєкторією гарячих газів. Ось чому матеріали для турбін повинні мати достатню пластичність, щоб протистояти деформації повзучості. Тому для виготовлення турбінних лопаток використовують сплави на основі нікелю, оскільки їхні механічні властивості можуть зберігатися протягом тривалого періоду.
-
Парові турбіни
Для виготовлення дисків парових турбін використовують суперсплави на основі нікелю. Диски турбін повинні мати високу повзучість і міцність на розрив для захисту від розриву при робочих температурах маточини. Робочі температури дисків парових турбін сягають 760 °C. Така температура досягається лише на зовнішньому ободі біля місця кріплення лопатки. Крім того, робочі напруження, викликані відцентровими навантаженнями, є високими на ободі. Воно зростає до центру цих обертових компонентів, перевищуючи 483 МПа.
-
Ядерні застосування
Високі температури та високий рівень корозії характеризують середовище атомних електростанцій. Стрижні управління, активні зони реакторів та інші компоненти виробляються з використанням сплавів на основі нікелю. Як наслідок, ядерна промисловість може отримати значну вигоду від цього суперсплаву.
-
Запчастини до двигунів
Завдяки своїй чудовій жароміцності суперсплави ідеально підходять для застосування в пристроях, що генерують тепло, таких як теплообмінники. Це пов'язано з тим, що суперсплави використовуються у виробництві деталей двигунів. Крім того, в аксесуарах для літаків та аерокосмічного обладнання також використовуються нікелеві суперсплави.
Висновок
Нарешті ви отримали логічну відповідь на своє запитання, чому сплави на основі нікелю є суперсплавами? Видатні властивості та сфери застосування суперсплаву роблять його ідеальним суперсплавом. У двох словах, ви можете використовувати суперсплави на основі нікелю там, де потрібна стійкість до високих температур, корозії та міцності. Використання цих сплавів в якості матеріалу для виготовлення вашої продукції дійсно позитивно вплине на неї.
