Kompletní znalost slitin na bázi niklu
Slitina na bázi niklu a přidáním dalších prvků se nazývá slitina niklu. Nikl má dobré mechanické, fyzikální a chemické vlastnosti. Přidáním vhodných prvků lze zlepšit jeho oxidační odolnost, odolnost proti korozi, pevnost při vysokých teplotách a zlepšit některé fyzikální vlastnosti. Slitiny niklu lze použít jako materiály pro elektronky, přesné slitiny (magnetické slitiny, přesné odporové slitiny, elektrotepelné slitiny atd.), vysokoteplotní slitiny na bázi niklu, slitiny odolné proti korozi na bázi niklu a slitiny s tvarovou pamětí. Slitiny niklu jsou široce používány v odvětvích, jako je vývoj energetiky, chemie, elektronika, navigace, letectví a kosmonautika.
Nikl může tvořit různé slitiny s mědí, železem, manganem, chromem, křemíkem a hořčíkem. Mezi nimi je slitina niklu a mědi slavná slitina Monel. Má vysokou pevnost, dobrou plasticitu a stabilní chemické vlastnosti v atmosféře pod 750 stupňů. Je široce používán v elektrotechnickém průmyslu, vakuových trubicích, chemickém průmyslu, lékařském zařízení a v průmyslu navigace a stavby lodí.
1. Definice slitiny na bázi niklu
Slitiny na bázi niklu se obecně nazývají slitiny s obsahem Ni přesahujícím 30 % hmotn. Běžné produkty mají obsah Ni vyšší než 50 % hmotn. Díky své vynikající mechanické pevnosti při vysokých teplotách a odolnosti proti korozi se souhrnně nazývají superslitiny spolu se slitinami na bázi železa a kobaltu (Superalloy) se obecně používá ve vysokoteplotních prostředích nad 540 stupňů a různé konstrukce slitin se vybírají podle k příležitostem použití. Většinou se používá ve speciálních prostředích odolných proti korozi, prostředí s vysokou teplotou koroze a zařízení, která vyžadují mechanickou pevnost při vysokých teplotách. Často se používá v letectví, energetice, petrochemickém průmyslu nebo speciální elektronice/optoelektronice a dalších oborech.
Oblasti použití
Charakteristika požadavků na výrobek
Použití produktu
letecký průmysl
Udržuje dobrou mechanickou pevnost při extrémně vysokých teplotách
Letecké motory, plynové turbíny, ventily motorů
energetický průmysl
Dobrá odolnost proti vysokoteplotní vulkanizaci a vysokoteplotní oxidaci
Díly pecí, izolace, průmysl tepelného zpracování, ropný a plynárenský průmysl
petrochemický průmysl
Odolné vůči korozi vodními roztoky (kyseliny, zásady, chloridové ionty)
Odsolovací zařízení, petrochemické přepravní potrubí
Elektronika/Optoelektronika Obecný průmysl
Obecně odolné vůči korozi nebo prostředí s vysokou teplotou s nízkým stupněm odolnosti
Pouzdra na baterie, olověné rámečky, mřížky počítačových monitorů
2. Vznik a vývoj
Slitiny na bázi niklu byly vyvinuty koncem 30. let 20. století. Spojené království poprvé vyrobilo slitinu na bázi niklu Nimonic75 (Ni-20Cr-0.4Ti) v roce 1941; za účelem zlepšení pevnosti při tečení byl přidán Al k vývoji Nimonic 80 (Ni-20Cr-2.5 Ti-1.3Al); Spojené státy v polovině{14}}, Rusko na konci 40. let a Čína v polovině{16}} také vyvinuly slitiny na bázi niklu. Vývoj slitin na bázi niklu zahrnuje dva aspekty, a to zlepšení složení slitiny a inovaci technologie výroby.
Například na počátku 50. let 20. století vytvořil rozvoj technologie vakuového tavení podmínky pro rafinaci slitin na bázi niklu s vysokým obsahem Al a Ti, což vedlo k podstatnému zvýšení pevnosti slitiny a provozní teploty. Koncem 50. let 20. století se kvůli zvýšení provozní teploty lopatek turbíny požadovalo, aby slitiny měly vyšší pevnost za vysokých teplot. Pokud by však byla pevnost slitiny vysoká, bylo by obtížné nebo dokonce nemožné ji deformovat. Proto byla k vývoji série slitin s dobrou pevností za vysokých teplot použita technologie přesného lití. slévárenských slitin. V polovině-1960 let byla vyvinuta směrová krystalizace a monokrystalické superslitiny s lepším výkonem a také superslitiny práškové metalurgie.
Aby byly uspokojeny potřeby lodí a průmyslových plynových turbín, byla od 60. let 20. století vyvinuta řada slitin na bázi niklu s vysokým obsahem Cr s dobrou odolností proti korozi za tepla a stabilní strukturou. Za přibližně 40 let od počátku 40. let do konce 70. let 20. století se provozní teplota slitin na bázi niklu zvýšila ze 700 na 1 100 stupňů, což je průměrný nárůst asi o 10 stupňů za rok. Dnes může provozní teplota slitin na bázi niklu překročit 1 100 stupňů. Od výše uvedené slitiny Nimonic75 s jednoduchým složením až po nedávno vyvinutou slitinu MA6000 může pevnost v tahu dosáhnout 2 220 MPa a mez kluzu 192 MPa při 1 100 stupních; Jeho trvalá pevnost dosahuje cca 1000 hodin při teplotě 1100 stupňů /137MPa a lze jej použít v lopatkách leteckých motorů.
