Ligas de alta temperatura baseadas em níquel: guia de seleção e aplicação para ligas à base de níquel
Uma liga composta por níquel como matriz e outros elementos é chamada de liga à base de níquel. O níquel possui excelentes propriedades mecânicas, físicas e químicas. A adição de elementos apropriados pode melhorar sua resistência a oxidação, resistência à corrosão e força de alta temperatura e melhorar certas propriedades físicas. Ligas de níquel podem ser usadas para tubos eletrônicos, ligas de precisão (ligas magnéticas, ligas de resistência de precisão, ligas de aquecimento elétrico, etc.), ligas de alta temperatura à base de níquel, ligas de corrosão à base de níquel, ligas de corrosão e aloas de níquel, integridade de energia, integridade de energia, ligas de níquel, ligas de níquel.
O níquel pode formar várias ligas com cobre, ferro, manganês, cromo, silício e magnésio. Entre eles, o níquel-cobre é a famosa liga de monel, que possui alta resistência, boa plasticidade e propriedades químicas estáveis em uma atmosfera abaixo de 750 graus. É amplamente utilizado na indústria elétrica, tubos de vácuo, indústria química, equipamentos médicos, indústria de construção naval e outros campos.
O que é uma liga baseada em níquel?
As ligas à base de níquel são geralmente chamadas de ligas com um teor de Ni de mais de 30wt%. O conteúdo de Ni de produtos comuns excede 50wt%. Devido à sua excelente resistência mecânica de alta temperatura e resistência à corrosão, as ligas à base de níquel, juntamente com ligas à base de ferro e cobalto, são chamadas de ligas de alta temperatura. Eles geralmente são usados em ambientes de alta temperatura acima de 540 graus, e diferentes projetos de liga são selecionados de acordo com seus cenários de uso. Eles são frequentemente usados em ambientes especiais de corrosão resistente à corrosão e de alta temperatura. É necessário equipamento com resistência mecânica de alta temperatura. Comumente usado em indústrias aeroespacial, energia, petroquímica ou campos de eletrônicos\/optoeletrônicos especiais.
O papel dos elementos em ligas à base de níquel
Falando em ligas baseadas em níquel, a primeira coisa a falar é o elemento níquel.
Como ferro e cobre, o níquel tem sido usado como uma liga desde o advento da civilização. Mas, em comparação com aço, latão e bronze, as ligas de níquel são retardatários na indústria química. Com o avanço contínuo da tecnologia metalúrgica e de fabricação, o desenvolvimento de ligas de níquel foi promovido, que promoveu sua aplicação generalizada na indústria química. As ligas de níquel têm excelente resistência à corrosão, força, resistência, estabilidade metalúrgica, desempenho de processamento e desempenho da soldagem. Muitas ligas de níquel também têm excelente resistência ao calor, tornando-as ideais para aplicações que requerem resistência à força de alta temperatura e resistência à corrosão química em altas temperaturas.
O principal papel do níquel nas ligas à base de níquel é alterar a estrutura cristalina do material. Um valor importante de níquel em ligas à base de níquel é formar uma estrutura cristalina austenita, melhorando assim a plasticidade, soldabilidade e resistência.
As funções de vários elementos em ligas à base de níquel, exceto níquel, são as seguintes:
O papel dos elementos de boro e silício: reduz significativamente o ponto de fusão da liga, expande a faixa de temperatura líquido sólido e forma uma eutética de baixa fusão; Redução de desoxidação e função de remoção de escória; endurecimento e fortalecimento do revestimento; melhorar o desempenho do processo operacional.
O papel dos elementos de cobre: melhorar a resistência à corrosão a ácidos não oxidantes.
O papel dos elementos do cromo: fortalecimento e passivação da solução sólida; melhorar a resistência à corrosão e a resistência a oxidação de alta temperatura; O cromo excessivo é fácil de formar fases duras de cromo e boro -hidreto com carbono e boro, melhorando assim a dureza e a resistência ao desgaste da liga.
O papel dos elementos do molibdênio: o raio atômico é grande, a treliça é significativamente distorcida após a solução sólida, fortalece significativamente a matriz da liga e melhora a força de alta temperatura e a dureza vermelha da matriz; pode cortar e reduzir a estrutura da rede no revestimento; Melhore a cavitação e a resistência à erosão das ligas de precisão à base de níquel.
Propriedades de ligas à base de níquel
As ligas comuns de níquel-cromo, em particular, são caracterizadas por resistência ao calor extremamente alta até cerca de 750 graus Celsius e, portanto, são capazes de suportar cargas constantes próximas ao ponto de fusão. Eles também têm excelente ductilidade e resistência à tração, baixa condutividade térmica, boas propriedades de formação de frio e alta resistência à corrosão. Baixa densidade, alta resistência química e alta resistência ao desgaste tornam essa liga particularmente adequada para aplicações de alta temperatura, onde o alumínio e o aço são instáveis.
As propriedades favoráveis da aplicação da liga tornam o processamento mais difícil: velocidades de corte relativamente baixas só podem ser usadas em áreas com vidas de ferramentas curtas. Ao usinar o alumínio com ferramentas de corte de carboneto não revestidas, a vida útil da ferramenta padrão é de alguns dias. Para a usinagem de ferro dúctil, a vida útil da ferramenta é reduzida para cerca de uma hora, enquanto para ligas à base de níquel, a vida útil da ferramenta é entre cinco e dez minutos.
As ligas de níquel são mais caras que o aço inoxidável. No entanto, uma comparação econômica com base nos custos iniciais e não nos custos do ciclo de vida pode precisar ser mais precisa. Por exemplo, o preço da liga Ni-Cr-MO é cerca de 8 vezes o de 5cr -18 ni aço inoxidável e 2 vezes o de aço inoxidável super austenítico. No entanto, devido à excelente resistência à corrosão das ligas de níquel, o custo inicial geralmente é compensado pela economia de custos a longo prazo da vida útil prolongada do equipamento, custos reduzidos de manutenção e tempo mínimo de inatividade.
As propriedades físicas das ligas de níquel são muito semelhantes às dos aços inoxidáveis austeníticos da 300 séries. A taxa de expansão térmica das ligas à base de níquel é aproximadamente equivalente à do aço carbono, mas significativamente menor que a de 300 aços inoxidáveis em série.
Enquanto a condutividade térmica do níquel pura é maior que a do aço carbono, a condutividade térmica da maioria das ligas de níquel é significativamente menor e, em alguns casos, ainda menor que a dos aços inoxidáveis austeníticos.
Além do níquel puro, a força das ligas de níquel usadas na indústria de processamento químico é muito maior que a de 300 aços inoxidáveis da série. As ligas de níquel também têm muito boa ductilidade e resistência. As tensões máximas permitidas para a maioria das ligas usadas em equipamentos químicos são apresentados na seção VIII da caldeira ASME e do código do vaso de pressão.
As ligas de níquel são microestruturas totalmente austeníticas. Quase todas as ligas de níquel usadas na indústria química são solidárias fortalecidas. O aumento de sua força vem da adição de elementos de endurecimento eficazes, como molibdênio e tungstênio, em vez da formação de carbonetos. Como aços inoxidáveis austeníticos, as ligas de níquel de solução sólida não podem ser fortalecidas pelo tratamento térmico, apenas pelo trabalho frio.
Outra grande classe de ligas à base de níquel pode ser fortalecida por tratamentos térmicos de endurecimento por precipitação. A maioria dessas ligas é especializada em aplicações de resistência ultra-alta, como as usadas na produção profunda de petróleo e gás e processos de pressão ultra-alta.
Além de válvulas e peças de máquinas rotativas, as ligas à base de níquel endurecidas com precipitação têm aplicações limitadas em equipamentos químicos. Essas ligas incluem turbinas a gás, combustores e aeronaves.
