Definição de ligas à base de níquel

Ligas com conteúdo de Ni excedendo 30wt% são chamadas de ligas à base de níquel. Produtos comuns têm conteúdo de Ni excedendo 50wt%. Devido à sua resistência mecânica superior a alta temperatura e resistência à corrosão, eles são combinados com ligas à base de ferro e à base de cobalto como superligas (Superligas).

Este tipo de liga é geralmente usado em um ambiente de alta temperatura acima de 540 ℃, e diferentes ligas são selecionadas de acordo com a aplicação. É usado principalmente em ambientes especiais resistentes à corrosão, ambientes corrosivos de alta temperatura e equipamentos que requerem resistência mecânica a alta temperatura.

É freqüentemente usado na indústria aeroespacial, de energia, petroquímica ou em campos especiais de eletrônica / optoeletrônica.

Campos de aplicação	Características de requisitos	Uso do produto
Aeroespacial	Mantenha uma boa resistência mecânica em temperaturas extremamente altas	Motores de aeronaves, turbinas a gás, válvulas de motor
Energia	Boa resistência à vulcanização a alta temperatura e oxidação a alta temperatura	Peças de fornos, isolamento, indústria de tratamento térmico, indústria de petróleo e gás
Petroquímica	Resistente à corrosão em solução aquosa (ácido, álcali, cloreto)	Planta de dessalinização, gasoduto petroquímico
Eletrônicos	Ambiente geral com baixa resistência à corrosão ou resistência a altas temperaturas	Peças do invólucro da bateria, estrutura de chumbo, cobertura de rede do monitor do computador

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Origem e desenvolvimento

A liga à base de níquel foi desenvolvida no final dos anos 1930. A liga à base de níquel Nimonic 75 (Ni-20Cr-0,4Ti) foi produzida pela primeira vez no Reino Unido em 1941. A fim de aumentar a resistência à fluência, Al foi adicionado para desenvolver o Nimonic 80 (Ni-20Cr-2,5 Ti-1.3Al ); enquanto os Estados Unidos em meados da década de 1940, a Rússia no final da década de 1940 e a China em meados da década de 1950 também desenvolveram ligas à base de níquel.

O desenvolvimento de ligas à base de níquel inclui dois aspectos, a saber, a melhoria da composição da liga e a inovação da tecnologia de produção.

Por exemplo, no início dos anos 1950, o desenvolvimento da tecnologia de fusão a vácuo criou condições para o refino de ligas à base de níquel contendo alto Al e Ti, e levou a um aumento substancial na resistência da liga e na temperatura de serviço. No final da década de 1950, devido ao aumento da temperatura de trabalho das pás das turbinas, as ligas eram obrigadas a ter maior resistência a altas temperaturas. No entanto, quando a resistência da liga era alta, era difícil ou mesmo impossível deformar. Portanto, a tecnologia de fundição de precisão foi usada para desenvolver uma série de resistências de alta temperatura. De ligas de fundição. Em meados da década de 1960, foram desenvolvidas superligas cristalinas e monocristalinas direcionais de melhor desempenho e superligas de metalurgia do pó.

A fim de atender às necessidades de navios e turbinas a gás industriais, várias ligas à base de níquel de alto Cr com boa resistência à corrosão térmica e estrutura estável foram desenvolvidas desde a década de 1960. Em cerca de 40 anos, do início dos anos 1940 ao final dos anos 1970, a temperatura de trabalho das ligas à base de níquel aumentou de 700 para 1.100 ° C, um aumento médio anual de cerca de 10 ° C. Hoje, a temperatura de serviço das ligas à base de níquel pode exceder 1.100 ℃. Da liga Nimonic75 acima mencionada com uma composição simples à liga MA6000 recentemente desenvolvida, a resistência à tração a 1.100 ℃ pode chegar a 2.220 MPa e a resistência ao escoamento é de 192 MPa; Sua durabilidade em condições de 1.100 ℃ / 137MPa é de cerca de 1.000 horas e pode ser usado para lâminas de motores aeronáuticos.

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Características de ligas à base de níquel

Ligas à base de níquel são os materiais mais amplamente usados e mais fortes em superligas. O nome da superliga é derivado das características do material.

• (1) Excelente desempenho: pode manter alta resistência em alta temperatura e tem excelente resistência à fluência, resistência à fadiga e outras propriedades mecânicas, bem como resistência à oxidação e corrosão, e boa plasticidade e soldabilidade.
• (2) A adição de liga é supercomplicada: ligas à base de níquel geralmente adicionam mais de dez elementos de liga para melhorar a resistência à corrosão em diferentes ambientes; e reforço de solução sólida ou reforço de precipitação.
• (3) O ambiente de trabalho é extremamente severo: ligas à base de níquel são amplamente utilizadas em várias condições operacionais adversas, como peças de alta temperatura e alta pressão de câmaras de gás de motor de voo aeroespacial, peças estruturais para energia nuclear, petróleo, indústrias navais e tubulações resistentes à corrosão.

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O efeito de vários elementos em

O níquel metálico retém a austenita e uma estrutura cúbica de face centrada até atingir seu ponto de fusão. Isso fornece um grau de liberdade para a transição dúctil-frágil e também reduz muito os problemas de fabricação causados pela coexistência de outros metais. Na seqüência eletroquímica, o níquel é inerte do que o ferro e mais ativo do que o cobre. Portanto, em um ambiente redutor, o níquel é mais resistente à corrosão do que o ferro, mas não o cobre. À base de níquel e cromo, a liga possui resistência à oxidação, podendo produzir diversos tipos de ligas com uma ampla gama de aplicações, para que tenham a melhor resistência aos ambientes redutores e oxidantes.

Em comparação com o aço inoxidável e outras ligas à base de ferro, as ligas à base de níquel podem conter mais elementos de liga em um estado de solução sólida e podem manter uma boa estabilidade metalúrgica. Esses fatores permitem a adição de uma variedade de elementos de liga, de modo que um grande número de ligas à base de níquel podem ser usadas em vários ambientes corrosivos.

Os elementos comuns em ligas à base de níquel incluem principalmente:

Níquel:
Fornece estabilidade metalúrgica, melhora a estabilidade térmica e soldabilidade, melhora a resistência à corrosão para reduzir ácidos e soda cáustica e melhora a resistência à corrosão sob tensão, especialmente em ambientes de cloreto e soda cáustica.

Cromo:
Melhoram as propriedades antioxidantes e antioxidantes em alta temperatura, bem como as propriedades anti-enxofre e as propriedades anti-corrosão e de corrosão em frestas.

Molibdênio:
Melhorar a resistência à corrosão para reduzir ácidos, melhorar a resistência à corrosão por pite e fenda no ambiente de solução aquosa contendo cloreto e melhorar a resistência a altas temperaturas.

Ferro:
Melhora a resistência ao ambiente de cementação em alta temperatura, reduz o custo da liga e controla a expansão térmica.

Cobre:
Melhoram a resistência à corrosão para ácidos redutores (especialmente aqueles ácido sulfúrico e ácido fluorídrico usados em locais onde o ar não está circulando) e sais. A adição de cobre à liga de níquel-cromo-molibdênio-ferro ajuda a melhorar a resistência ao ácido fluorídrico, resistência à corrosão do ácido fosfórico e ácido sulfúrico.

Alumínio:
Melhora a resistência à oxidação em altas temperaturas e o endurecimento por envelhecimento.

Titânio:
Combinado com carbono, reduz a corrosão intergranular causada pela precipitação de carboneto de cromo durante o tratamento térmico e melhora o fortalecimento do envelhecimento.

Nióbio:
Combinado com o carbono, ele reduz a corrosão intergranular causada pela precipitação do carboneto de cromo durante o tratamento térmico, melhora a resistência à corrosão por pites e fendas e melhora a resistência a altas temperaturas.

Tungsten:
Melhore a resistência para reduzir a corrosão ácida e local, melhore a resistência e a soldabilidade.

Azoto:
Melhora a estabilidade metalúrgica, melhora a resistência à corrosão por pites e fendas e aumenta a resistência.

Cobalto:
Fornece resistência aprimorada a altas temperaturas, resistência aprimorada à carbonatação e vulcanização.

Muitos desses elementos de liga podem se combinar com o níquel em uma ampla gama de composições para formar uma solução sólida monofásica, garantindo que a liga tenha boa resistência à corrosão sob muitas condições corrosivas. A liga também apresenta boas propriedades mecânicas no estado totalmente recozido, sem se preocupar com alterações metalúrgicas prejudiciais causadas pela fabricação ou processamento térmico. Muitas ligas com alto teor de níquel podem aumentar sua resistência por meio de endurecimento por solução sólida, precipitação de carboneto, endurecimento por precipitação (envelhecimento) e fortalecimento por dispersão.

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