5s
+1
Submission successful!
Hợp kim gốc niken là hợp kim mà niken là nguyên tố cấu tạo nên cấu trúc, và chính cấu trúc đó quyết định lớp. Nguyên tố nền không được chọn vì các đặc tính riêng của nó mà vì thực tế là nó có thể hòa tan một lượng lớn các nguyên tố khác mà không làm thay đổi dạng tinh thể của nó. Đó là điều làm cho họ hợp kim này trở nên rộng lớn, và cũng là lý do tại sao họ hợp kim này không thể được mô tả bằng một danh sách các đặc tính duy nhất.
Một sự phân biệt cần được làm rõ trước các danh mục, vì nó là nguồn gốc của hầu hết sự nhầm lẫn về chủ đề này. Hợp kim gốc niken rộng hơn hợp kim gốc niken chịu nhiệt độ cao. Các hợp kim chịu nhiệt độ cao, còn gọi là siêu hợp kim, là một lớp được định nghĩa bởi nhiệt độ sử dụng: định nghĩa được công bố là hợp kim có thể sử dụng trên khoảng 0,7 nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối của nó, nơi mà khả năng chống biến dạng từ từ và chống oxy hóa là các tiêu chí thiết kế chi phối. Siêu hợp kim được cấu tạo trên nền sắt, nền coban hoặc nền niken, vì vậy nền niken là một lựa chọn trong lớp đó, và lớp đó không phải là toàn bộ luyện kim niken.
Niken nguyên chất và các hợp kim niken-đồng là hợp kim gốc niken không phải là siêu hợp kim. Các hợp kim chính xác, trong đó các loại từ tính mềm là quen thuộc nhất, cũng nằm ngoài lớp nhiệt độ. Gia đình hợp kim nhớ hình dạng cũng vậy. Coi hai thuật ngữ này là đồng nghĩa sẽ khiến các danh mục dưới đây không thể nêu chính xác, và các phần sau phần này giữ chúng tách biệt.
Ma trận là thứ mang tên. Nếu pha liên tục trong vật liệu hoàn chỉnh là niken, thì hợp kim đó là gốc niken, bất kể các nguyên tố khác là gì và ứng dụng có thể là gì. Do đó, phạm vi thành phần là rất lớn, vì họ hợp kim này bao gồm mọi thứ từ niken thương mại tinh khiết ở mức 99,6% đến siêu hợp kim được làm cứng bằng kết tủa với hàng tá phụ gia có chủ đích.
| Nền của ma trận | Nền đó đóng góp gì | Nó được chọn ở đâu |
|---|---|---|
| Sắt | Rẻ và dễ gia công, và đủ cho nhiệt độ vừa phải. Ma trận có thể biến đổi, điều này đặt ra giới hạn về lượng hợp kim mà nó có thể chịu được trước khi các đặc tính trở nên không ổn định | Các bộ phận kết cấu lớn nơi chi phí quan trọng hơn phạm vi nhiệt độ cao nhất |
| Coban | Điểm nóng chảy cao và khả năng chống mỏi nhiệt tốt, với ma trận chống lại sự mềm hóa mà các hợp kim làm cứng bằng kết tủa gặp phải ở phạm vi cao nhất của chúng | Các bộ phận nóng phải chịu chu kỳ nhiệt, và công việc phủ bề mặt chống mài mòn |
| Niken | Ma trận không thay đổi dạng tinh thể từ nhiệt độ phòng đến điểm nóng chảy, cho phép thêm một lượng lớn hợp kim mà không làm cấu trúc trở nên không ổn định. Hướng dẫn được công bố cho công việc động cơ máy bay đặt niken lên trước hai nền khác cho nhiệm vụ đó | Phạm vi nhiệm vụ rộng nhất trong họ hợp kim, từ dịch vụ chống ăn mòn đến các bộ phận quay nóng nhất |
Điểm cấu trúc mà mọi thứ khác tuân theo là đơn giản để phát biểu. Niken có cấu trúc lập phương tâm mặt, và nó vẫn là lập phương tâm mặt. Không có sự biến đổi thù hình giữa nhiệt độ phòng và điểm nóng chảy, vì vậy việc nung nóng hợp kim niken không làm thay đổi sự sắp xếp của mạng tinh thể của nó.
Sắt biến đổi. Sự khác biệt đó là lý do tại sao nền niken chịu được hóa học mà nền sắt không thể: các nguyên tố có thể được thêm vào với số lượng lớn vào ma trận sẽ không sắp xếp lại bên dưới chúng. Hậu quả đối với người mua là lý do tại sao một họ hợp kim duy nhất có thể bao gồm dịch vụ chống ăn mòn, dịch vụ điện và dịch vụ nhiệt độ cao mà không làm cho luyện kim trở nên mâu thuẫn.
Giới hạn về lượng có thể thêm vào không phải là một con số cố định. Nó đạt được khi hợp kim bắt đầu tách ra các pha không mong muốn, và những pha cần tránh thì đã được biết rõ. Chúng tự chúng giòn, và chúng loại bỏ khỏi ma trận các nguyên tố đã được thêm vào để làm bền nó, vì vậy thiệt hại được nhân đôi.
| Pha hình thành | Đặc điểm của nó | Tại sao nó không mong muốn |
|---|---|---|
| Sigma | Một pha đóng gói chặt chẽ về mặt tô pô. Các nguyên tử của nó giữ trình tự xếp chồng của kim loại đóng gói chặt chẽ, nhưng chúng không đóng gói chặt chẽ | Được mô tả trong tài liệu công bố là nguy hiểm nhất trong nhóm. Giòn, và nó tách crôm và molypden ra khỏi ma trận |
| Mu | Một pha đóng gói chặt chẽ về mặt tô pô khác, hình thành dưới dạng tấm | Các tấm xuất hiện dưới dạng kim trong mặt cắt và làm giảm độ dẻo và tuổi thọ đứt gãy do biến dạng từ từ |
| Laves | Một pha đóng gói chặt chẽ về mặt tô pô liên quan đến niobi và các phụ gia tương tự | Cơ chế gây hại tương tự: giòn tại chỗ, và nó làm cạn kiệt ma trận |
| Cacbua ở ranh giới | Không phải lúc nào cũng có hại. MC và các cacbua liên quan giữ các ranh giới hạt và giảm sự trượt dọc theo chúng | Hữu ích ở ranh giới, có hại khi chúng hình thành dưới dạng màng liên tục hoặc thô trong quá trình sử dụng |
Không có quy tắc đơn giản nào cho nồng độ mà bất kỳ chất nào trong số này xuất hiện. Hướng dẫn được công bố là các giới hạn thành phần phải được đọc từ biểu đồ pha cho hệ thống cụ thể, hoặc được đo lường, đó là lý do tại sao đặc tả hợp kim không thể được viết bằng cách cộng các nguyên tố có lợi lại và dừng lại.
Làm bền có nghĩa là làm cho đĩa dịch chuyển khó di chuyển qua mạng tinh thể hơn. Hợp kim niken được làm bền theo hai cách, và hầu hết các loại thương mại đều sử dụng cả hai.
Một nguyên tử có kích thước khác nằm trong mạng tinh thể niken làm biến dạng cục bộ và làm cho mạng tinh thể khó trượt. Danh sách các nguyên tố có tác dụng như vậy trong cả ma trận và pha kết tủa bao gồm coban, sắt, crôm, niobi, tantali, molypden, vonfram, vanadi, titan và nhôm. Tác dụng là có thật nhưng khiêm tốn, và nó giữ ở mọi nhiệt độ cho đến điểm mà bản thân các nguyên tử bắt đầu khuếch tán.
Cơ chế thứ hai mang lại đặc tính nhiệt độ cao cho họ hợp kim này, và nó phụ thuộc vào sự trùng hợp cấu trúc. Thêm nhôm hoặc titan vào nền niken tạo ra cấu trúc vi mô hai pha: một ma trận, ký hiệu là γ, với các hạt của một pha liên kim loại, ký hiệu là γ′, phân tán trong đó. Hai mạng tinh thể có kích thước tương tự nhau và thẳng hàng theo từng ô, một mối quan hệ mà mô tả được công bố gọi là khối-khối, và do đó hạt kết hợp với ma trận khi nó còn nhỏ.
Sự trùng hợp đó tạo ra ba lợi ích riêng biệt cùng một lúc. Giao diện giữa hai pha có năng lượng thấp, vì vậy các hạt chống lại sự thô hóa, đó là sự ổn định cấu trúc quan trọng ở nhiệt độ cao. Hạt có trật tự nguyên tử, và trật tự đó cản trở sự di chuyển của các đĩa dịch chuyển. Và vì sự thô hóa được thúc đẩy bởi việc giảm năng lượng giao diện, giao diện kết hợp làm chậm quá trình mà nếu không sẽ làm mềm hợp kim.
| Ma trận, γ | Pha kết tủa, γ′ | |
|---|---|---|
| Mạng tinh thể | Lập phương tâm mặt, được mô tả là lập phương-F | Lập phương nguyên thủy, được mô tả là lập phương-P |
| Sự sắp xếp nguyên tử | Dung dịch rắn với sự phân bố ngẫu nhiên | Nguyên tử niken ở tâm mặt, nguyên tử nhôm hoặc titan ở các góc khối |
| Thành phần | Không cố định, đó là điểm của ma trận | Ni3Al, Ni3Ti hoặc Ni3(Al,Ti). Không hoàn toàn theo tỷ lệ, vì các chỗ trống hoặc nguyên tử thay thế làm lệch khỏi tỷ lệ lý tưởng |
| Những gì khác hòa tan trong đó | Hầu hết các phụ gia có chủ đích | Niobi, hafnium và tantali phân bố ưu tiên vào pha kết tủa |
| Mối quan hệ của nó với cái kia | Tạo thành pha liên tục | Hướng khối-khối, vì vậy các cạnh ô của hai cái thẳng hàng hoàn toàn. Kết hợp khi hạt còn nhỏ |
| Nó làm gì cho sức mạnh | Mang lại độ dẻo | Mang lại sức mạnh ở nhiệt độ cao, và là lý do tại sao sức mạnh của các hợp kim này tương đối không nhạy cảm với nhiệt độ |
Tỷ lệ nhôm trên titan là một yếu tố kiểm soát, không phải là chi tiết. Nó thiết lập kích thước và dấu hiệu của sự không khớp giữa hai mạng tinh thể, và sự không khớp âm, tức là pha kết tủa có ô nhỏ hơn, thúc đẩy sự hình thành các cấu trúc lớp dưới tải trọng. Tài liệu được công bố ghi nhận rằng điều này có thể làm giảm tốc độ biến dạng từ từ.
Một nhóm phụ gia thứ ba không làm bền bên trong các hạt. Boron và zirconi phân tách đến các ranh giới hạt, và sự giảm năng lượng ranh giới theo sau được liên kết với khả năng chống biến dạng từ từ tốt hơn và độ dẻo tốt hơn khi sự phá hủy xảy ra do các hạt tách rời. Các nguyên tố tạo cacbua hoạt động theo cách tương tự: các cacbua có xu hướng kết tủa ở các ranh giới và giảm sự trượt dọc theo chúng.
| Vai trò | Các nguyên tố | Nguyên tố đó đang làm gì |
|---|---|---|
| Khả năng chống oxy hóa | Crôm và nhôm | Hình thành lớp oxit bảo vệ. Các phụ gia nhỏ của yttri giúp lớp đó bám vào kim loại bên dưới |
| Làm bền dung dịch rắn | Coban, sắt, crôm, niobi, tantali, molypden, vonfram, vanadi, titan, nhôm | Làm biến dạng mạng tinh thể trong cả ma trận và pha kết tủa. Hầu hết các nguyên tố này hoạt động ở cả hai |
| Kết tủa | Nhôm và titan; niobi hoặc vanadi trong các loại sử dụng pha kết tủa khác | Xây dựng pha có trật tự mang lại sức mạnh ở nhiệt độ cao |
| Làm bền ranh giới hạt | Bo và zirconi | Phân tách đến các ranh giới và giảm năng lượng của chúng |
| Tạo cacbua | Carbon cùng với crôm, molypden, vonfram, niobi, tantali, titan và hafnium | Kết tủa ở các ranh giới và giảm sự trượt, miễn là cacbua vẫn riêng biệt |
Tỷ lệ của pha có trật tự trong cấu trúc vi mô có thể được thiết lập bằng xử lý nhiệt, và các số liệu được công bố cho thấy yêu cầu di chuyển bao xa với công việc. Đây là con số hữu ích nhất trên trang cho người mua, vì nó giải thích tại sao hai hợp kim có thành phần tương tự lại được cung cấp ở các trạng thái khác nhau.
| Nhiệm vụ | Tỷ lệ pha có trật tự được công bố | Điều đó có ý nghĩa gì đối với việc cung cấp |
|---|---|---|
| Cánh quạt tuabin cho động cơ máy bay, hoạt động trên 1.000 °C | Thường trên 0,6 | Cấu trúc vi mô bị chi phối bởi pha kết tủa. Các bộ phận này được đúc thay vì hàn vào các bộ phận lắp ráp, và tỷ lệ pha kết tủa cao là lý do tại sao |
| Sử dụng ở khoảng 750 °C nơi hàn được sử dụng để chế tạo bộ phận | Khoảng 0,2 | Chỉ một phần năm cấu trúc vi mô cần là pha có trật tự. Tỷ lệ thấp hơn để lại đủ độ dẻo cho bộ phận được hàn, điều mà các loại có kết tủa cao không cho phép một cách đáng tin cậy |
Nguồn tương tự đưa ra nhiệt độ mà cơ chế đó bắt đầu thất bại. Sức mạnh trong các hợp kim này đáng chú ý không nhạy cảm với nhiệt độ cho đến một điểm, và con số được công bố cho giới hạn là khoảng 600 °C, sau đó kích hoạt nhiệt là đủ để các đĩa dịch chuyển vượt qua các chướng ngại vật. Đó là lý do tại sao tỷ lệ tăng mạnh đối với các ứng dụng nóng nhất, và không phải vì hợp kim đơn giản là cứng hơn.
Các danh mục dưới đây được tổ chức theo dịch vụ mà hợp kim được mua, đó là cách vật liệu được đặt hàng. Mỗi danh mục là một tập hợp các nguyên tố khác nhau thực hiện một công việc khác nhau, và cột nhiệt độ là phần thường bị nêu sai nhất.
| Danh mục | Điều gì định nghĩa nó | Các nguyên tố mang nó | Đặc tính nhiệt độ |
|---|---|---|---|
| Chịu nhiệt | Sức mạnh và lớp oxit bảo vệ được giữ ở nhiệt độ cao, với khả năng chống biến dạng từ từ là tiêu chí chi phối | Crôm và nhôm cho lớp oxit, nhôm và titan cho pha kết tủa, các kim loại chịu lửa trong dung dịch | Lớp tạo nên danh tiếng nhiệt độ cao của họ hợp kim này. Định nghĩa được công bố của siêu hợp kim là dịch vụ trên khoảng 0,7 nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối |
| Chống ăn mòn | Khả năng chống lại môi trường hóa học, đó là một vấn đề khác và không cần sức mạnh cao | Đồng, crôm và molypden, theo tỷ lệ được xác định bởi môi trường | Niken thương mại tinh khiết nằm ở một đầu của nhóm này, và các loại niken-molypden ở đầu kia. Không loại nào trong số chúng là hợp kim chịu nhiệt độ cao |
| Chống mài mòn | Độ cứng và khả năng chống mất vật liệu khi tiếp xúc, thường là ở nhiệt độ cao | Crôm, molypden và vonfram, với cacbua cho pha cứng | Cacbua làm nhiệm vụ. Ma trận giữ chúng tại chỗ, đó là lý do tại sao loại hợp kim được chọn nhiều vì những gì nó sẽ không mất đi như vì sức mạnh của nó |
| Chính xác | Phản ứng vật lý được kiểm soát chính xác thay vì phản ứng cơ học. Đặc tính được kiểm soát là bất kỳ độ từ thẩm, điện trở hoặc giãn nở nhiệt nào mà ứng dụng dựa vào | Các loại từ tính mềm chạy ở khoảng 80% niken, đó là lý do tại sao độ từ thẩm cao với lực kháng từ thấp | Đọc đặc tính, không phải nhiệt độ. Các loại này không phải là vật liệu tuabin, và nhiệt độ gần 1.000 °C thuộc về danh mục chịu nhiệt chứ không phải danh mục này |
| Nhớ hình dạng | Sự thay đổi cấu trúc tinh thể có thể đảo ngược, trả lại bộ phận về hình dạng đã ghi nhớ | Niken và titan với tỷ lệ nguyên tử gần bằng nhau | Đặc tính hữu ích là nhiệt độ biến đổi, được thiết lập bởi tỷ lệ của hai nguyên tố và được chọn cho ứng dụng |
Không, và sự khác biệt rất quan trọng khi viết đặc tả. Siêu hợp kim được định nghĩa bởi nhiệt độ sử dụng của nó, trên khoảng 0,7 nhiệt độ nóng chảy tuyệt đối, và có thể được cấu tạo trên nền sắt, nền coban hoặc nền niken. Hợp kim gốc niken được định nghĩa bởi ma trận của nó: pha liên tục là niken. Niken thương mại tinh khiết, hợp kim niken-đồng, các loại chính xác từ tính mềm và hợp kim nhớ hình dạng đều là hợp kim gốc niken, và không loại nào trong số chúng là siêu hợp kim.
Bởi vì ma trận không thay đổi dạng tinh thể. Niken vẫn là lập phương tâm mặt từ nhiệt độ phòng đến điểm nóng chảy của nó, không có sự biến đổi thù hình ở giữa, vì vậy một lượng lớn hợp kim có thể được thêm vào mà không làm cấu trúc sắp xếp lại bên dưới nó. Sắt biến đổi, điều này đặt ra giới hạn về hóa học mà nền sắt có thể mang trước khi các đặc tính trở nên không ổn định.
Ma trận, ký hiệu là γ, là một dung dịch rắn lập phương tâm mặt với sự phân bố nguyên tử ngẫu nhiên, và nó là pha liên tục. Pha kết tủa, ký hiệu là γ′, là một hợp chất liên kim loại có dạng Ni3Al hoặc Ni3(Al,Ti) với mạng tinh thể lập phương nguyên thủy, trong đó niken nằm ở các tâm mặt và nhôm hoặc titan ở các góc. Hai mạng tinh thể thẳng hàng theo từng ô, được gọi là mối quan hệ khối-khối và làm cho hạt kết hợp với ma trận khi nó còn nhỏ.
Ba hiệu ứng củng cố lẫn nhau. Giao diện giữa hai pha có năng lượng thấp vì các mạng tinh thể khớp nhau, vì vậy các hạt chống lại sự thô hóa và cấu trúc vẫn ổn định. Hạt có trật tự nguyên tử, và trật tự đó cản trở sự di chuyển của các đĩa dịch chuyển. Và vì sự thô hóa được thúc đẩy bởi việc giảm năng lượng giao diện, giao diện kết hợp làm chậm quá trình mà nếu không sẽ làm mềm hợp kim. Dữ liệu được công bố cũng cho thấy sức mạnh giữ gần như không đổi theo nhiệt độ đến khoảng 600 °C trước khi kích hoạt nhiệt chiếm ưu thế.
Không. Giới hạn đạt được khi hợp kim bắt đầu hình thành các pha không mong muốn, và các pha đóng gói chặt chẽ về mặt tô pô là những pha cần chú ý. Sigma được mô tả trong tài liệu công bố là nguy hiểm nhất trong số chúng. Các pha này tự chúng giòn, và chúng cũng loại bỏ crôm, molypden và các nguyên tố tương tự khỏi ma trận, vì vậy hợp kim mất đi sự làm bền mà nó đang mang cũng như thu được một thành phần giòn. Không có quy tắc đơn giản nào cho giới hạn, phải đọc từ biểu đồ pha cho hệ thống hoặc đo lường.
Đó là hợp kim gốc niken được chọn cho phản ứng vật lý thay vì phản ứng cơ học. Các loại từ tính mềm ở khoảng 80% niken là ví dụ rõ ràng nhất: đặc tính được mua là độ từ thẩm cao với lực kháng từ thấp, làm cho vật liệu hữu ích như một lõi thay vì một bộ phận kết cấu. Đó là một yêu cầu thiết kế khác với khả năng chống biến dạng từ từ, và hai danh mục được chỉ định theo những cách khác nhau.
Hợp kim gốc niken là hợp kim mà niken tạo thành pha liên tục, và chính ma trận đó, chứ không phải ứng dụng, mới đưa hợp kim vào họ này. Niken được chọn làm nền vì nó vẫn là lập phương tâm mặt từ nhiệt độ phòng đến điểm nóng chảy, cho phép cấu trúc chấp nhận nhiều hợp kim hơn nền sắt. Sức mạnh đến từ các nguyên tố được giữ trong dung dịch và từ pha kết tủa có trật tự, γ′, thẳng hàng theo từng ô với ma trận và kết hợp với nó. Phụ gia ranh giới hạt và cacbua hoạt động ở các ranh giới. Tỷ lệ hữu ích của pha kết tủa đó dao động từ khoảng 0,2 khi bộ phận phải được hàn ở khoảng 750 °C đến trên 0,6 trong các cánh quạt hoạt động nóng hơn 1.000 °C.
Vật liệu gốc niken được cung cấp từ Thường Châu, Giang Tô trên các danh mục trên: niken nguyên chất và các loại niken-đồng, các họ niken-crôm và niken-crôm-sắt, các loại niken-molypden chống ăn mòn, các hợp kim chịu nhiệt và gia nhiệt, và các loại chính xác, dưới dạng thanh, dây, dải, tấm và ống. Nhà máy có chứng nhận ISO 9001 và được kiểm toán bởi SGS. Gửi môi trường sử dụng hoặc nhiệt độ sử dụng và hình thức yêu cầu, và danh mục sẽ theo đó.
Các số liệu và mô tả cấu trúc được trích dẫn là các giá trị được công bố và không phải là giới hạn chấp nhận. Tỷ lệ kết tủa và giới hạn hợp kim phụ thuộc vào hóa học cá nhân, xử lý nhiệt và kích thước tiết diện, và không có quy tắc chung nào thay thế biểu đồ pha cho hệ thống liên quan. Việc chấp nhận vật liệu được giao dựa trên chứng chỉ thử nghiệm của nhà máy cho mẻ được cung cấp.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
中文
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski