Jaké jsou materiály ze slitin niklu-odolné proti opotřebení?

 

Co je slitina niklu-odolná proti opotřebení?

 

Slitiny niklu-odolné proti opotřebení jsou třídou vysoce{1}}kovových materiálů, které používají nikl jako základ a přidávají různé legující prvky (jako je chrom, molybden, wolfram, niob, železo atd.) a procházejí speciálními zpevňujícími úpravami, čímž vykazují vynikající odolnost v drsných podmínkách opotřebení.

 

Slitiny niklu-odolné proti opotřebení jsou považovány za jeden z „nejlepších materiálů“ pro řešení trojitých problémů – vysoké teploty, koroze a opotřebení. Jejich vynikající výkon pramení z přesného návrhu složení slitiny a kontroly mikrostruktury. Při výběru těchto slitin je nezbytná úzká spolupráce s dodavateli materiálů nebo inženýry, s přihlédnutím ke specifickým provozním podmínkám (T, P, média) a způsobům poruch, pro cílený výběr a testování.

 

Tyto materiály nejen zdědily vynikající -odolnost vůči vysokým teplotám, odolnost proti korozi a dobrou houževnatost slitin na bázi niklu-, ale mají také vynikající odolnost proti opotřebení, poškrábání, korozi a poškození třením díky specifické konstrukci slitiny a mechanismům zpevňování. Tyto materiály jsou široce používány v extrémně náročných pracovních podmínkách. Podrobně popíšeme hlavní mechanismy zpevnění a -otěruvzdornosti, stejně jako běžné skupiny niklových slitin odolných proti opotřebení- a typické jakosti atd.

 

Hlavní mechanismy zpevnění a odolnosti proti opotřebení

 

Posilovací mechanismy řeší „jak to udělat silnější“; Mechanismy odolné proti opotřebení-se zabývají otázkou „jak odolat opotřebení“. Následující čtyři jsou běžné typy zpevňujících materiálů a materiálů odolných proti opotřebení-:

 

1. Pevné posílení roztoku:Přidání chemických prvků, jako je molybden, chrom, wolfram a kobalt pro posílení matrice.

 

2. Posilování ve druhé fázi (zpevnění srážením):

• 'fáze [Ni3(Al, Ti)]:Hlavní zpevňovací fáze v materiálech jako Inconel 718 a X-750 poskytující pevnost při vysokých teplotách.
• Karbidy/boritany:Jako jsou karbidy chrómu (např. Cr7C3, Cr223C6) a karbidy molybdenu/wolframu, což jsou tvrdé částice, které přímo odolávají abrazivnímu opotřebení. Příklady zahrnují karbidy ve slitinách Hastelloy C-276 a stellitu.

 

3. Zesílení intermetalických sloučenin:Jako jsou Ni3Si a Lavesovy fáze.

 

4. Pracovní kalení:U některých slitin (jako Monel K-500) může být jejich povrchová tvrdost výrazně zvýšena tvářením za studena.

 

Běžné druhy slitin niklu-odolné proti opotřebení a jejich aplikace

 

1. Běžné typy: nikl-chrom-slitiny molybdenu (odolné proti korozi a opotřebení)

 

• Hlavní vlastnosti a mechanismus odolnosti proti opotřebení:Extrémně vysoká odolnost proti obecné korozi (zejména smíšené redoxní kyseliny), vyztužená molybdenem a chromem prostřednictvím tuhého roztoku a karbidy poskytují odolnost proti opotřebení.

 

• Hlavní aplikace:Chemická čerpadla a ventily, míchadla, vnitřky reaktorů, systémy odsiřování spalin a papírenský průmysl.

 

 

2. Běžné typy: nikl-slitiny mědi (slitiny Monel)

 

• Hlavní vlastnosti a mechanismus odolnosti proti opotřebení:Vynikající odolnost proti korozi mořské vody, kyseliny sírové a kyseliny fluorovodíkové. K-500 může dosáhnout vyšší tvrdosti kalením stárnutím (srážení Ni₃(Ti,Al)) a zpracováním za studena.

 

• Hlavní aplikace:Komponenty pro lodní techniku, hřídele čerpadel, ventily, škrabky, šnekové dopravníky.

 

 

3. Běžný typ: Typ srážecího kalení (vysoko-teplotní odolnost proti opotřebení)

 

• Hlavní vlastnosti a mechanismus odolnosti proti opotřebení:Extrémně vysoké pevnosti je dosaženo prostřednictvím vysrážení fáze a fáze stárnutí; dobrá stabilita při vysokých-teplotách; odolnost proti opotřebení třením a únavovému opotřebení.

 

• Hlavní aplikace:Lopatky leteckých-motorů, turbínové kotouče, spojovací prvky, vysokoteplotní- matrice a vytlačovací šrouby.

 

 

 

4. Běžné typy: Evoluce austenitické nerezové oceli (vysoká pevnost a odolnost proti opotřebení)

 

• Hlavní vlastnosti a mechanismus odolnosti proti opotřebení:Austenitická nerezová ocel s vysokým-dusíkem, ale s vysokým obsahem niklu (~8,5 %). Vysoké pevnosti a odolnosti proti opotřebení je dosaženo úpravou roztokem dusíku a zpevněním za studena při relativně nízkých nákladech.

 

• Hlavní aplikace:Nemazaná ložiska, otěrové kroužky, spojovací prvky a zařízení na zpracování potravin.

 

 

 

Klíčová kritéria pro výběr-niklových slitin odolných proti opotřebení

 

1. Typ opotřebení:Jedná se o abrazivní opotřebení, erozi, adhezivní opotřebení nebo třecí opotřebení?

2. Environmentální médium:Teplota, tlak, přítomnost kyselin, zásad, solí, oxidů, sulfidů atd.

3. Mechanické požadavky:Požadovaná tvrdost, pevnost, houževnatost a odolnost proti rázovému zatížení.

4. Výrobní proces:Je vyžadován masivní odlitek/výkovek, nebo pouze překrytí povrchovým svarem/tepelným nástřikem?

5. Nákladová-efektivita:Ačkoli jsou slitiny niklu drahé, jejich dlouhá životnost a nízké náklady na údržbu jsou pro kritická zařízení často ekonomické.