Alloys à haute température à base de nickel: Guide de sélection et d'application pour les alliages à base de nickel
Un alliage composé de nickel comme matrice et autres éléments est appelé alliage à base de nickel. Le nickel a d'excellentes propriétés mécaniques, physiques et chimiques. L'ajout d'éléments appropriés peut améliorer sa résistance à l'oxydation, sa résistance à la corrosion et sa résistance à haute température et améliorer certaines propriétés physiques. Les alliages de nickel peuvent être utilisés pour les tubes électroniques, les alliages de précision (alliages magnétiques, les alliages de résistance de précision, les alliages de chauffage électrique, etc.), les alliages à haute température à base de nickel, les alliages de corrosion à base de nickel, les alliages de mémoire de forme, les alliages de nickel, les alliages de nickel, l'industrie chimique, l'électronique, la navigation, la navigation, la navigation, l'aérospace et les autres fous.
Le nickel peut former divers alliages avec du cuivre, du fer, du manganèse, du chrome, du silicium et du magnésium. Parmi eux, Nickel-Copper se trouve le célèbre alliage monel, qui a une forte résistance, une bonne plasticité et des propriétés chimiques stables dans une atmosphère inférieure à 750 degrés. Il est largement utilisé dans l'industrie électrique, les tubes à vide, l'industrie chimique, les équipements médicaux, l'industrie des constructions navales et d'autres domaines.
Qu'est-ce qu'un alliage à base de nickel?
Les alliages à base de nickel sont généralement appelés alliages avec une teneur en Ni de plus de 30 nt%. Le contenu NI des produits communs dépasse 50%. En raison de leur excellente résistance mécanique à haute température et de leur résistance à la corrosion, les alliages à base de nickel, ainsi que des alliages à base de fer et à base de cobalt, sont appelés alliages à haute température. Ils sont généralement utilisés dans des environnements à haute température supérieurs à 540 degrés, et différentes conceptions d'alliages sont sélectionnées en fonction de leurs scénarios d'utilisation. Ils sont souvent utilisés dans des environnements de corrosion spéciaux résistants à la corrosion et à haute température. Un équipement avec une résistance mécanique à haute température est nécessaire. Couramment utilisé dans les industries aérospatiales, énergétiques, pétrochimiques ou champs électroniques \/ optoélectroniques spéciaux.
Le rôle des éléments dans les alliages à base de nickel
En parlant d'alliages à base de nickel, la première chose à dire est l'élément nickel.
Comme le fer et le cuivre, le nickel est utilisé comme alliage depuis l'avènement de la civilisation. Mais par rapport à l'acier, en laiton et en bronze, les alliages de nickel sont des retardataires dans l'industrie chimique. Avec l'avancement continu de la technologie métallurgique et de fabrication, le développement d'alliages de nickel a été promu, qui a favorisé son application généralisée dans l'industrie chimique. Les alliages de nickel ont une excellente résistance à la corrosion, la force, la ténacité, la stabilité métallurgique, les performances de traitement et les performances de soudage. De nombreux alliages de nickel ont également une excellente résistance à la chaleur, ce qui les rend idéaux pour les applications qui nécessitent une résistance à haute température et une résistance à la corrosion chimique à des températures élevées.
Le rôle principal du nickel dans les alliages à base de nickel est de changer la structure cristalline du matériau. Une valeur importante du nickel dans les alliages à base de nickel est de former une structure cristalline austénite, améliorant ainsi la plasticité, la soudabilité et la ténacité.
Les fonctions de divers éléments dans les alliages à base de nickel, à l'exception du nickel, sont les suivants:
Le rôle des éléments de bore et de silicium: réduisez considérablement le point de fusion de l'alliage, élargissez la plage de température solide-liquide et forment un eutectique à faible fusion; Fonction de réduction de désoxydation et d'élimination des scories; durcissement et renforcement du revêtement; Améliorer les performances des processus opérationnels.
Le rôle des éléments de cuivre: améliorer la résistance à la corrosion aux acides non oxydants.
Le rôle des éléments du chrome: renforcement et passivation de la solution solide; améliorer la résistance à la corrosion et la résistance à l'oxydation à haute température; Le chrome excessif est facile à former du carbure de chrome et des phases durs du borohydride de chrome avec du carbone et du bore, améliorant ainsi la résistance de la dureté et de l'usure de l'alliage.
Le rôle des éléments de molybdène: le rayon atomique est grand, le réseau est significativement déformé après une solution solide, renforce considérablement la matrice en alliage et améliore la résistance à haute température et la dureté rouge de la matrice; peut couper et réduire la structure du réseau dans le revêtement; Améliorer la cavitation et la résistance à l'érosion des alliages de précision à base de nickel.
Propriétés des alliages à base de nickel
Les alliages de chrome nickel ordinaire en particulier sont caractérisés par une résistance à la chaleur extrêmement élevée jusqu'à environ 750 degrés Celsius et sont donc capables de résister à des charges constantes près du point de fusion. Ils ont également une excellente ductilité et une résistance à la traction, une faible conductivité thermique, de bonnes propriétés de formation à froid et une forte résistance à la corrosion. La faible densité, une résistance chimique élevée et une résistance à l'usure élevée rendent cet alliage particulièrement adapté aux applications à haute température où l'aluminium et l'acier sont instables.
Les propriétés d'application favorables de l'alliage rendent le traitement plus difficile: les vitesses de coupe relativement faibles ne peuvent être utilisées que dans des zones à courte durée d'outils. Lors de l'usinage de l'aluminium avec des outils de découpe de carbure non coupés, la durée de vie de l'outil standard est de quelques jours. Pour l'usinage du fer ductile, la durée de vie de l'outil est réduite à environ une heure, tandis que pour les alliages à base de nickel, la durée de vie de l'outil se situe entre cinq et dix minutes.
Les alliages de nickel sont plus chers que l'acier inoxydable. Cependant, une comparaison économique basée sur les coûts initiaux plutôt que sur les coûts du cycle de vie peut devoir être plus précis. Par exemple, le prix de l'alliage Ni-cr-mo est environ 8 fois celui de l'acier inoxydable 5CR -18 et 2 fois celui de l'acier inoxydable super austénitique. Cependant, en raison de l'excellente résistance à la corrosion des alliages de nickel, le coût initial est souvent compensé par les économies de coûts à long terme de la durée de vie de l'équipement prolongé, des coûts de maintenance réduits et des temps d'arrêt minimaux.
Les propriétés physiques des alliages de nickel sont très similaires à celles des aciers inoxydables austénitiques de la série 300. Le taux d'expansion thermique des alliages à base de nickel est à peu près équivalent à celui de l'acier au carbone, mais nettement inférieur à celui des aciers inoxydables de la série 300.
Bien que la conductivité thermique du nickel pur soit plus élevée que celle de l'acier au carbone, la conductivité thermique de la plupart des alliages de nickel est significativement plus faible, et dans certains cas encore plus bas que celle des aciers inoxydables austénitiques.
En plus du nickel pur, la force des alliages de nickel utilisés dans l'industrie de la transformation chimique est beaucoup plus élevée que celle des aciers inoxydables de la série 300. Les alliages de nickel ont également une très bonne ductilité et de la ténacité. Les contraintes maximales admissibles pour la plupart des alliages utilisées dans l'équipement chimique sont données dans la section VIII de la chaudière ASME et du code des navires à pression.
Les alliages de nickel sont des microstructures entièrement austénitiques. Presque tous les alliages de nickel utilisés dans l'industrie chimique sont renforcés en solution solide. L'augmentation de leur force provient de l'ajout d'éléments de durcissement efficaces, tels que le molybdène et le tungstène, plutôt que la formation de carbures. Comme les aciers inoxydables austénitiques, les alliages de nickel de solution solide ne peuvent pas être renforcés par le traitement thermique, uniquement par le travail à froid.
Une autre grande classe d'alliages à base de nickel peut être renforcé par les traitements thermiques durcissant les précipitations. La plupart de ces alliages sont spécialisés pour les applications à ultra-haute résistance, telles que celles utilisées dans la production profonde d'huile et de gaz et les processus de pression ultra-élevée.
Outre les vannes et les pièces de machines rotatives, les alliages à base de nickel durcies des précipitations ont des applications limitées en équipement chimique. Ces alliages incluent des turbines à gaz, des combusteurs et des avions.
