니켈 기반 합금이란 무엇입니까? 이 글을 읽고 모든 것을 이해해보세요!

니켈 기반 합금이란 무엇입니까? 이 글을 읽고 모든 것을 이해해보세요!

니켈 기반 합금은 650~1000도의 고온에서 고강도, 산화 및 부식에 대한 저항성과 같은 포괄적인 특성을 갖는 합금 유형을 말합니다.

주요 특성에 따라 니켈 기반 내열 합금, 니켈 기반 내식성 합금, 니켈 기반 내마모 합금, 니켈 기반 정밀 합금 및 니켈 기반 형상 기억 합금으로 구분됩니다.

고온 합금은 다양한 기판에 따라 철 기반 고온 합금, 니켈 기반 고온 합금 및 코발트 기반 고온 합금으로 구분됩니다. 그 중 니켈계 고온합금을 니켈계 합금이라 한다.

니켈 기반 합금의 대표적인 재료는 다음과 같습니다.

1. Incoloy800과 같은 Incoloy 합금의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다. 32Ni-21Cr-Ti, Al; 내열합금이다.

2. Inconel600과 같은 인코넬 합금의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다. 73Ni-15Cr-Ti, Al; 내열합금이다.

3. Hastelloy C-276와 같은 Hastelloy 합금의 주요 구성 요소는 다음과 같습니다. 56Ni-16Cr-16Mo-4W; 내식성 합금입니다.

4. 모넬 합금, 즉 모넬 400과 같은 모넬 합금이 주성분이다. 65Ni-34Cu; 내식성 합금입니다.

주요 합금 원소

주요 합금원소로는 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 알루미늄, 티타늄, 붕소, 지르코늄 등이 있다. 그 중 Cr, Ai 등이 주로 산화방지제 역할을 하며, 기타 원소들은 고용강화, 석출강화, 입자 경계 강화.

그것은 650 ~ 1000 도의 고온에서 강도가 높고 산화 및 부식에 대한 저항력이 있습니다. 충분히 높은 고온 강도와 산화 및 부식에 대한 저항성으로 인해 항공기 엔진 블레이드, 로켓 엔진, 원자로 및 에너지 변환 장비 제조에 자주 사용됩니다. 고온 부품.

개발 이력

니켈 기반 고온 합금(이하 니켈 기반 합금)은 1930년대 후반에 개발되었습니다. 영국은 1941년에 처음으로 니켈 기반 합금 Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)를 생산했습니다. 크리프강도를 향상시키기 위해 알루미늄을 첨가하여 Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)을 개발하였습니다. 1940년대 중반 미국,{16}}1940년대 후반 소련, 중반 중국{18}}도 니켈 기반 합금을 개발했습니다. 니켈 기반 합금 개발에는 합금 구성 개선과 생산 공정 혁신이라는 두 가지 측면이 포함됩니다. 1950년대 초, 진공 용해 기술의 발전으로 알루미늄과 티타늄 함량이 높은 니켈 기반 합금을 정제할 수 있는 조건이 마련되었습니다. 초기 니켈 기반 합금의 대부분은 변형된 합금이었습니다. 1950년대 후반, 터빈 블레이드의 작동 온도 증가로 인해 합금에 더 높은 고온 강도가 요구되었습니다. 그러나 합금의 강도가 높으면 변형이 어렵거나 불가능할 수도 있습니다. 따라서 인베스트먼트 주조 기술을 사용하여 성능이 좋은 일련의 합금을 개발했습니다. 고온 강도 주조 합금. 중반-1960에서는 더 나은 특성을 갖는 방향성 결정화 및 단결정 초합금과 분말 야금 초합금이 개발되었습니다. 선박 및 산업용 가스 터빈의 요구를 충족시키기 위해 1960년대부터 우수한 열간 내식성과 안정적인 구조를 갖춘 다수의 고크롬 니켈 기반 합금이 개발되었습니다. 1940년대 초반부터 1970년대 후반까지 약 40년 동안 니켈 기반 합금의 작동 온도는 700도에서 1100도로 증가했으며, 연간 평균 약 10도씩 증가했습니다.

성분 및 특성

니켈 기반 초합금이 가장 널리 사용됩니다. 주된 이유는 첫째, 니켈 기반 합금이 더 많은 합금 원소를 용해시키고 더 나은 구조적 안정성을 유지할 수 있다는 것입니다. 둘째, 응집력 있고 규칙적인 A3B 유형의 금속간 화합물 [Ni3(Al, Ti)]을 형성할 수 있습니다. 강화 단계로서 합금은 철 기반 초합금 및 코발트 기반 초합금보다 효과적으로 강화되고 더 높은 고온 강도를 얻을 수 있습니다. 셋째, 크롬을 함유한 니켈 기반 합금은 철 기반 초합금보다 산화 및 저항 특성이 더 좋습니다. 가스 부식 능력. 니켈 기반 합금에는 10개 이상의 원소가 포함되어 있으며 그 중 Cr은 주로 항산화 및 부식 방지 역할을 하고 기타 원소는 주로 강화 역할을 합니다. 강화 방식에 따라 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 크롬 및 바나듐과 같은 고용체 강화 원소; 알루미늄, 티타늄, 니오븀, 탄탈륨 등의 석출 강화 원소; 붕소, 지르코늄, 마그네슘 및 희토류 원소 등과 같은 결정립계 강화 원소.

니켈계 고온합금에는 강화방법에 따라 고용강화합금과 석출강화합금이 있다.

생산 과정

제련 측면에서: 보다 순수한 용강을 얻기 위해 가스 함량과 유해 원소 함량을 줄입니다. 동시에 일부 합금에는 쉽게 산화되는 Al, Ti 등과 같은 원소가 존재하기 때문에 비진공 제련을 제어하기가 어렵습니다. 더 나은 열가소성을 얻기 위해 니켈 기반 내열 합금은 일반적으로 진공 유도로로 제련되거나 심지어 진공 유도 제련과 진공 소모성로 또는 일렉트로 슬래그로 재용해 방법으로 생산됩니다.

변형 측면에서 단조 및 압연 공정이 채택됩니다. 열가소성이 낮은 합금의 경우 연강(또는 스테인리스강) 덮개를 사용한 균일한 압출 및 압연 또는 직접 압출 공정이 사용됩니다. 변형의 목적은 주조 구조를 파괴하고 미세 구조를 최적화하는 것입니다.

주조: 일반적으로 모합금을 제련하여 조성을 확보하고 가스 및 불순물 함량을 제어하기 위해 진공 유도로를 사용하며, 부품은 진공 재용해-정밀 주조를 사용하여 제작됩니다.

열처리: 변형된 합금 및 일부 주조 합금에는 용체화 처리, 중간 처리 및 시효 처리를 포함한 열처리가 필요합니다. Udmet 500 합금을 예로 들면, 열처리 시스템은 용액 처리, 1175도, 2시간, 공기 냉각의 4단계로 구분됩니다. 중간 처리, 1080도, 4시간, 공기 냉각; 1차 노화 처리, 843도, 24시간, 공기 냉각; 2차 노화 처리, 760도, 16시간, 공기 냉각. 필요한 조직 상태와 좋은 전반적인 성과를 얻기 위해.

니켈 기반 내식성 합금

주요 합금 원소는 구리, 크롬, 몰리브덴입니다. 종합적인 성능이 우수하고 다양한 산성 부식 및 응력 부식에 저항할 수 있습니다. 최초의 적용(1905년 미국에서 생산)은 모넬 합금(Monel 합금 Ni 70 Cu30)이라고도 알려진 니켈-구리(Ni-Cu) 합금이었습니다. 그 밖에도 니켈-크롬(Ni-Cr) 합금(즉, 니켈계 내열합금, 내식합금 중 열간 내식합금), 니켈-몰리브덴(Ni-Mo) 합금(주로 지칭함)이 있다 Hastelloy B 시리즈에 이르기까지 국내 전문 내식성 합금 제조업체에는 베이징 철강 연구소, Shanghai Kangsheng Special Alloy Co., Ltd. 회사, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd.가 포함됩니다. 등), 니켈-크롬-몰리브덴(Ni-Cr-Mo) 합금(주로 Hastelloy C 시리즈를 지칭하며, 국내 전문 내식성 합금 제조업체에는 Beijing Iron and Steel Research Institute, Beijing Rongpin Technology Co., Ltd., Baoti Group Rare Metal Materials Co., Ltd. 등). 동시에 순수 니켈은 니켈 기반 내식성 합금의 대표적인 대표자이기도 합니다. 이러한 니켈 기반 내식성 합금은 주로 석유, 화학 산업, 전력 등 다양한 내식성 환경용 부품을 제조하는 데 사용됩니다.

범주 니켈 기반 내식성 합금은 대부분 오스테나이트 구조를 가지고 있습니다. 고용체 및 시효 처리 상태에서는 합금의 오스테나이트 매트릭스와 결정립계에 금속간 상과 금속 탄질화물이 존재합니다. 다양한 내식성 합금은 그 구성에 따라 분류되며 그 특성은 다음과 같습니다.

Ni-Cu 합금의 내식성은 환원 매체에서 니켈보다 우수하고 산화 매체에서는 내식성이 구리보다 우수합니다. 산소와 산화제가 없을 때 고온의 불소 가스, 불화수소 및 불화수소에 내성이 있습니다. 산에 가장 적합한 재료입니다(금속 부식 참조).

Ni-Cr 합금은 니켈 기반 내열 합금입니다. 그것은 산화 매체 조건 하에서 주로 사용됩니다. 황, 바나듐 및 기타 가스를 포함하는 가스로 인한 고온 산화 및 부식에 강하며 크롬 함량이 증가함에 따라 내식성이 증가합니다. 이러한 유형의 합금은 또한 수산화물(예: NaOH, KOH) 부식 및 응력 부식 저항성에 대한 저항성이 우수합니다.

Ni-Mo 합금은 주로 중간 부식을 줄이는 조건에서 사용됩니다. 염산 부식에 저항하는 가장 좋은 합금이지만 산소와 산화제가 있으면 내식성이 크게 감소합니다.

Ni-Cr-Mo(W) 합금은 위에서 언급한 Ni-Cr 합금 및 Ni-Mo 합금의 특성을 가지고 있습니다. 주로 산화-환원 혼합 매체 조건에서 사용됩니다. 이 유형의 합금은 고온의 불화수소 가스, 산소와 산화제를 함유한 염산 및 불산 용액, 실온의 습한 염소 가스에서 내식성이 우수합니다.

Ni-Cr-Mo-Cu 합금은 질산 및 황산 부식 모두에 저항성이 있으며 일부 산화-환원 혼합산에서도 내식성이 우수합니다.

니켈 기반 내마모성 합금

주요 합금 원소는 크롬, 몰리브덴, 텅스텐이며 소량의 니오븀, 탄탈륨, 인듐도 포함되어 있습니다. 내마모성 외에도 우수한 항산화, 내식성 및 용접 특성을 가지고 있습니다. 내마모성 부품 제조에 사용할 수 있으며, 표면처리 및 스프레이 공정을 통해 다른 모재의 표면을 덮는 코팅재로도 사용할 수 있습니다.

니켈계 합금분말에는 자기유동성 합금분말과 비자기유동성 합금분말이 있습니다.

비자기 플럭스 니켈계 분말은 B, Si를 함유하지 않거나 B 및 Si 함량이 낮은 니켈계 합금 분말을 의미합니다. 이러한 유형의 분말은 플라즈마 아크 스프레이 코팅, 화염 스프레이 코팅 및 플라즈마 표면 강화에 널리 사용됩니다. 주로 포함: Ni-Cr 합금 분말, Ni-Cr-Mo 합금 분말, Ni-Cr-Fe 합금 분말, Ni-Cu 합금 분말, Ni-P 및 Ni-Cr-P 합금 분말, Ni-Cr-Mo-Fe 합금 분말, Ni-Cr-Mo-Si 고내마모 합금 분말, Ni-Cr-Fe-Al 합금 분말, Ni-Cr-Fe-Al-B-Si 합금 분말, Ni-Cr-Si 합금 분말, Ni - Cr-W계 내마모, 내식 합금분말 등

니켈 합금 분말에 B와 Si를 적당량 첨가하면 니켈계 자기 플럭싱 합금 분말이 형성됩니다. 공융 합금 및 표면 경화 합금으로도 알려진 소위 자가 플럭싱 합금 분말은 니켈, 코발트 및 철에 저융점 공융 물질을 형성할 수 있는 합금 원소(주로 붕소 및 실리콘)를 첨가하여 형성된 일련의 분말입니다. 기반 합금. 재료. 일반적으로 사용되는 니켈 기반 자체 플럭싱 합금 분말에는 Ni-B-Si 합금 분말, Ni-Cr-B-Si 합금 분말, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu가 포함됩니다. , 고몰리브덴 니켈계 자기 플럭스 합금 분말, 고크롬 몰리브덴 니켈계 자기 플럭스 합금 분말, Ni-Cr-WC계 자기 플럭스 합금 분말, 고동 자기 플럭스 합금 분말, 텅스텐 카바이드 분산 니켈- 자가플럭스 합금분말 합금분말 등

합금에서 다양한 원소의 역할:

●붕소 및 실리콘 원소의 역할: 합금의 융점을 크게 낮추고, 고체-액체 온도대를 확장하고, 저융점 공융을 형성합니다. 탈산 환원 및 슬래깅 기능이 있습니다. 코팅을 강화하고 강화하십시오. 운영 프로세스 성능을 향상시킵니다.

●구리 원소의 역할: 비산화성 산에 대한 내식성을 향상시킵니다.
●크롬 원소의 역할: 고용체 강화 및 부동태화; 내식성 및 고온 산화 저항성 향상; 과잉 크롬은 탄소 및 붕소와 함께 탄화 크롬 및 붕화 크롬 경질상을 쉽게 형성하여 합금 경도와 내마모성을 향상시킵니다.

●몰리브덴 원소의 역할: 큰 원자 반경은 고용 후 결정 격자의 큰 왜곡을 유발하고 합금 매트릭스를 크게 강화하며 매트릭스의 고온 강도와 적색 경도를 향상시킵니다. 코팅의 네트워크 구조를 절단하고 줄일 수 있습니다. 가스 저항성을 향상시킵니다. 니켈 기반 정밀 합금의 부식 및 침식 능력을 향상시킵니다.

니켈 기반 연자성 합금, 니켈 기반 정밀 저항 합금, 니켈 기반 전열 합금 등이 포함됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 연자성 합금은 니켈이 약 80% 함유된 퍼멀로이(Permalloy)입니다. 최대 투자율과 초기 투자율이 높고 보자력이 낮습니다. 전자 산업에서 중요한 철심 소재입니다. 니켈 기반 정밀 저항 합금의 주요 합금 원소는 크롬, 알루미늄 및 구리입니다. 이 합금은 저항률이 높고 온도 저항률 계수가 낮으며 내식성이 우수하며 저항기를 만드는 데 사용됩니다. 니켈계 전열합금은 크롬을 20% 함유한 니켈합금입니다. 항산화 및 부식 방지 특성이 우수하며 1000 ~ 1100 도의 온도에서 오랫동안 사용할 수 있습니다.

니켈 기반 형상기억합금

50(at)% 티타늄을 함유한 니켈 합금. 회복온도는 70도이며 형상기억효과가 좋다. 니켈-티타늄 성분 비율의 작은 변화는 30~100도 범위 내에서 회복 온도를 변경할 수 있습니다. 주로 우주선에 사용되는 자동 개폐 구조 부품, 항공 우주 산업에 사용되는 자려 패스너, 생물 의학에 사용되는 인공 심장 모터 등을 제조하는 데 사용됩니다.