腐蚀指南

冶金底漆

之前讨论镍和钴合金的冶金,重要的是,某些冶金方面理解。首先,它应该是明白的合金是一个混合的金属,可能含有少量的非金属,如碳。主要金属合金被称为基地。

一个坚实的解决方案是一种合金在固态有单个原子结构或阶段。第二阶段可能当合金添加到基础的综合水平超过其溶解度极限。所以,当液体溶液,有自然限制多少可以溶解在给定原子结构的金属材料,与液体的解决方案,温度越高,越可以溶解。幸运的是,可以创建过饱和固体的解决方案通过热处理材料在高温下溶解性更高,然后迅速冷却至室温的材料,或者至少500°C以下,原子的扩散(微观结构变化的主要催化剂)不再是明显的。合金在高温下,溶解多余的第二阶段的微观结构,被称为固溶退火。快速冷却,锁在高温显微组织,被称为淬火在凉水中,是最好的表现。

这种过饱和材料的问题是,他们倾向于第二阶段降水在远足500°C以上,当扩散变得可观。例如,这样的旅行期间常见的焊接。

不幸的是,沉淀成核和生长在微观结构缺陷,如晶界。这些然后变得容易优先腐蚀攻击。

第二阶段沉淀并不都是有害的。那些沉淀均匀(即整个微观结构,而不是仅仅在晶界)可以用来加强材料。这就是所谓的沉淀硬化或时效硬化。等热处理用于诱导沉淀往往涉及多个步骤的温度范围500°C到800°C。

锻造和铸造合金的微观结构组成谷物的晶体结构,在一定方向保持一致。然而,这些谷物的作用下可以把这一过程称为机械应力或温度双晶材料,乐队在一粒可以调整。

晶界(不规则几何)双边界(直接和并行)是非常重要的微观结构特性,因为它们是首选的第二阶段的成核点沉淀。

的主要合金元素确定材料的一般行为。然而,小合金元素也很重要。有一些小元素以确保成功的融化和加工;有些是用于调整性能在特定的环境中。其他人则加入诱导沉淀硬化。

除了少数的情况下precipitation-hardenable镍合金设计抵抗水腐蚀,优势很大程度上取决于主要的合金元素。这些提供固溶强化。大型原子如钼特别有效的助力器。

为了最大化镍合金的耐蚀性,许多有意overalloyed和依赖于前面提到的固溶退火和淬火过程来优化他们的微观结构。即使是那些不是overalloyed倾向于第二阶段,由于不溶性残差的存在,如碳。

镍合金冶金

这部分手册的目的是提供信息的物理冶金锻造的四组,耐腐蚀,镍合金,海恩斯国际关联(即镍铬、镍钼、Ni-Cr-Mo Ni-Cr-Fe组)。出于完整性的考虑,然而,微观结构的材料从其他三组将显示和评论。

正如已经讨论的,纯镍的原子结构是面心立方(FCC),或称为γ相在镍合金冶金领域。工业纯镍(镍),其中有几个成绩,和镍铜(Ni-Cu)合金通常表现出稳定的FCC微观结构,尽管(由于不溶性杂质碳的产品这两个组),碳化物,甚至自由碳,可以观察到晶界或分散在这些材料。碳化物的存在很明显的微观结构的退火后的镍200和蒙乃尔合金®400:

顺便说一句,除非另有说明,本手册涉及的光学显微照片展出金相程序如下:

1. 波兰的安装示例0.5毫米氧化铝。
2. 与棉拭子自来水。
3. 同时还湿,浸泡在溶液95毫升的试剂级(37 wt. %)盐酸+ 5 g草酸在水晶体(添加)。
4. 以电解蚀刻在5 V,使阳极样品。
5. 断开关在视觉检测反射率的变化。
6. 搅拌样品大力腐蚀剂,删除多余的电影。
7. 删除在自来水。
8. 与甲醇清洁。
9. 在热空气干燥。

这腐蚀剂被称为“万能腐蚀”海恩斯国际。

是适当的结合起来讨论的镍铬合金和Ni-Cr-Mo组,因为一些重要商业价值,锻造,钼耐蚀镍铬合金含有重要的水平,所以,同样的相图是相关的。

的850°C部分Ni-Cr-Mo相图,如下所示,提供了一些迹象表明铬和钼镍的溶解性,没有其他的合金元素。在这个温度,它表明,铬含量30 wt. %,然后钼含量必须低于10 wt. %,保持单相(FCC)结构。相反,如果钼含量25 wt. %,铬含量应小于10 wt. %。

的850°C部分Ni-Cr-Mo三元系统

(Raghavan等,1984)

几个镍铬和Ni-Cr-Mo材料(例如HASTELLOY®c - 4, C-22HS®, HYBRID-BC1®, 59岁的合金和G-35®合金)实际上是三元系统。除了c - 4合金(在γ相,因此相对稳定)接近γ相边界。这是由于这种材料的趋势,设计师选择最大化铬和钼的内容,增强耐腐蚀性,而使用固溶退火和淬火维护一个(尽管meta-stable)单相(FCC)的微观结构。

这种方法需要避免连续降水是有限的第二阶段(如µ阶段)晶界在随后的热循环(例如,在焊接)。

更糟糕的是,其他第二阶段可能的镍铬和Ni-Cr-Mo合金。他们可以发生在温度范围低于或高于850°C(不太可能)。他们可以造成残余元素(尤其是碳)的存在。或者,他们可以由其他合金添加。

关于第二阶段与不同的温度有关,A2B类型的有序阶段,或在这种情况下,倪₂(铬、钼),可以发生在300°C到650°C远程命令(Raghavan et al, 1982年)。这种排序的驱动力反应取决于原子比例的各种合金元素。沉淀反应是同质的,没有优惠降水在晶界或双边界。在低温范围内,反应是由于扩散率低;然而,在温度接近650°C,反应可以强大到足以被用作加强过程(派克等人,2003年)。的确,这就是反应用于加强C-22HS®合金。

最重要的第二阶段产生的残余(多余的)元素是M6C碳化物,high-molybdenum合金中普遍存在,即使在非常低的残余碳含量(0.005 wt. %或更少)。霍奇1973表明,米₆C形式的温度范围650°C到1038°C C - 276合金(相比之下,760°C到1093°C为µ阶段)。相同的参考表明,碳化物形成的动力学速度比m阶段。

的微观结构G-35®合金、镍铬的代表集团(包含33.2 wt. % 8.1 wt. %钼和铬)如下图所示。第二阶段沉淀的通常是免费的,尽管一些在选定的晶界很明显。这些可能碳化物沉淀,因为最大的碳含量在G-35®合金是高(0.05 wt. %),相对于Ni-Cr-Mo合金,最大的碳含量通常是0.01 wt. %。

微观结构的轧机退火G-35®表

评价倾向第二阶段沉淀(即热稳定性)在这种合金,通常是对他们长期老化治疗,在不同温度升高(通常高于500°C,元素的扩散变得可观)。这样的温度超出了使用耐蚀镍合金的温度,和曝光时间无限高于经验的焊接;不过,他们提供的“真正”的稳定的材料。下面是微观结构(使用光学显微镜拍照)G-35®合金、老化8000小时后538°C (1000°F), 649°C (1200°F),和760°C (1400°F)。的更高的放大倍数,二次电子图像样本年龄在649°C和760°C,在扫描电子显微镜,也显示(斯利瓦斯塔瓦和骗子,2016)。

二次电子图像的轧机退火G-35®板老化后8000 h在649°C (1200°F)

微观结构的轧机退火G-35®板老化后8000 h在760°C (1400°F)

二次电子图像的轧机退火G-35®板老化后8000 h在760°C (1400°F)

微结构的光学显微照片在538°C表示一些老化后第二阶段在晶界沉淀。的光学显微照片和二次电子图像G-35®合金年龄在649°C表明更广泛的晶界沉淀,沉淀加上一些intra-granular,第二个阶段。在760°C长期老化后,国米的合金展览大量intra-granular降水,特别是一个数组内的针状颗粒谷物。

能量色散x射线(EDX)分析显示,第二阶段在G-35®合金、长期接触后在649°C和760°C,是:

1. chromium-rich(约90 wt. %),不含镍(推测是alpha-chromium)阶段。
2. 一个阶段包含大约45 wt. %铬,23 wt. % 30 wt. %镍,钼。
3. 四个阶段包含不同层次的碳(1、3、6和11 wt. %),与不同程度的其他元素。

的退火组织HASTELLOY®c - 276合金在光学显微照片所示。以“清洁”(即precipitate-free、或未修饰)晶界,,像G-35®合金、退火双胞胎。小,黑色颗粒分散在整个组织最有可能氧化杂质。尽管长期的照片岁为c - 276合金微观结构不可用,众所周知,有丝分裂期和碳化物发生在c - 276,已经讨论过的。

微观结构的轧机退火c - 276表

微观结构的轧机退火HYBRID-BC1®表

二次电子图像的轧机退火HYBRID-BC1®表后老化
8000 h 649°C (1200°F)

微观结构的轧机退火HYBRID-BC1®板老化后8000 h在760°C (1400°F)

二次电子图像的轧机退火HYBRID-BC1®表后老化
8000 h 760°C (1400°F)

的存在₂B在HYBRID-BC1®长期老化后合金在649°C (1200°F)显示在上面的显微照片中发挥巨大的作用,尤其是在二次电子图像使用扫描电子显微镜(SEM)。老化后的光学显微照片的区别在538°C (1000°F)和649°C (1200°F)是非常惊人的,因为他们是铭刻在相同条件下。显然,订购的动力反应与温度有关的,由于一个指数增加,扩散率在这个温度范围。

顺便说一句,第二相粒子特约记者明显磨退火和538°C年龄微观结构HYBRID-BC1®合金是由于残余隔离(带)的影响。分班是常见的高钼或钨合金,因为这些元素扩散慢,原因是它们的原子尺寸大。

至于大得多的晶界第二相沉淀明显,和谷物中,混合群体BC1®-合金后长期暴露在760°C (1400°F),这些都是由EDX标识为:

1. 一个阶段包含约55 wt. %钼,33 wt. %镍、和12 wt. %铬。
2. 一个阶段包含43 wt. %钼,33 wt. %镍、和22 wt. %铬。

总之,商业的镍合金含有大量的铬和钼(无论是从镍铬或Ni-Cr-Mo组)通常是亚稳态正常工作温度范围内(即保留时间到427°C)。由于固溶退火和快速冷却,他们表现出微观结构,主要是γ(FCC)阶段,虽然少量的降水可能在晶界氧化和小粒子可以看到,稀疏的整个材料。

大多数这些材料设计短期热远足500°C以上焊接期间(遇到)不会引起连续降水的第二阶段(晶界碳化物或金属间化合物)。然而,长期风险揭示他们的平衡,自然多个阶段。

把现在的镍钼(钼)合金、冶金复杂,倾向于第二阶段,严重损害他们的机械性能和耐应力腐蚀开裂。与钼28日和31.5 wt. %之间的内容,他们可以表现出三个阶段,表示在接下来的二元相图,如果没有完全解决方案快速退火和淬火锁在FCC阶段温度稳定在900°C以上(在这个图是令人困惑的是指定的alpha阶段,而不是通常的伽马阶段)。β是命令的身体——心正方金属间化合物,Ni4Mo,γ是下令斜方晶系的金属间化合物,Ni3Mo。β和γ阶段都是非常有害的,如果他们的形式,造成损失的延性和对氢脆敏感性和氯化物应力腐蚀开裂。测试阶段更快速的形成比γ相的形成。

Nickel-Rich钼镍二元体系的一部分

(Ref。Gutherie和斯坦,1961年)

合金的显微组织HASTELLOY®酮®如下所示。直平行线是一对孪生边界(由单个颗粒内的原子结构的调整,在退火)和随机线合金晶界。遇到的灰色条纹照片蚀刻效果是由于残余隔离从铸锭和优良的黑色颗粒氧化物夹杂物。虽然不是很明显,一些第二阶段颗粒(可能在退火过程中碳化物不溶解)。制备的样品切片,安装,和抛光,其次是蚀刻在铬和盐酸的混合物。

微观结构的轧机退火酮®表

关于诱导有害倪所需的时间₃钼和镍₄莫沉淀钼镍合金,下图展示了Time-Temperature-Transformation图b - 2和酮®合金(Klarstrom 1993)。它演示了镍钼合金成分的微小的变化可以对各种可能的转换有显著的影响。b - 2之间的主要组成物质的不同和酮®合金故意1.5 wt. %添加铬和铁酮®合金,随着钼0.5 wt. %增加内容。有趣的是,原HASTELLOY®B合金不容易有害Ni的快速沉淀₃钼和镍₄莫沉淀,显然是由于其故意5 wt. %铁之外,目的是允许使用钼铁合金生产。然而,HASTELLOY®B合金是更容易在晶界碳化物析出由于其高碳排放津贴,因为它始于氩氧脱碳过程的出现在1960年代中期,使实现镍基耐蚀合金中碳含量很低。

Time-Temperature-Transformation图b - 2和酮®合金

(裁判:Klarstrom, 1993)

关于Ni-Cr-Fe和Ni-Fe-Cr材料,最相关的相图的800°C部分Ni-Cr-Fe三元系统中,由雷诺和Rivlin(如下所示)。

的800°C部分Ni-Cr-Fe三元系统

(雷诺和Rivlin, 1981)

然而,应该指出的是,Ni-Cr-Fe耐蚀合金通常包含大量的钼,呈现这个图不那么相关。可以说明的是,铁限制造成镍基合金、钼的溶解度,促进σ(s)的存在阶段overalloyed材料。

一般来说,造成,Ni-Cr-Fe Ni-Fe-Cr材料可以被认为同样的镍铬和Ni-Cr-Mo合金。也就是说,他们可以稍微overalloyed(大量的)来最大化他们的耐腐蚀,但必须注意在固溶退火和快速冷却,以确保一个最佳(γ相为主,但可能亚稳)组织温度范围内服务。另外,焊接不应导致连续晶界沉淀的一个或多个第二阶段;否则,优惠晶界袭击可能发生在特定的解决方案。Ni-Cr-Fe和Ni-Fe-Cr合金用于腐蚀服务还受益于超低碳和硅的内容,因为这些不溶性,残余元素可以导致有害的碳化物的沉淀和金属间化合物,分别。

启用一个微观结构对比G-30®合金(Ni-Cr-Fe组)和G-35®合金(镍铬的组)、退火和年龄的微观结构前以下显微照片所示。

微观结构的轧机退火G-30®表

微观结构的轧机退火G-30®板老化后8000 h在538°C (1000°F)

微观结构的轧机退火G-30®板老化后8000 h在649°C (1200°F)

二次电子图像的轧机退火G-30®板老化后8000 h在649°C (1200°F)

微观结构的轧机退火G-30®板老化后8000 h在760°C (1400°F)

二次电子图像的轧机退火G-30®板老化后8000 h在760°C (1400°F)

EDX分析表明存在三个第二阶段G-30®合金、长期老化后在649°C和760°C。一个包含大约80 wt. %铬,被认为是α铬。第二个包含大约40 wt. %铬,25 wt. %镍、14 wt. %钼、7 wt. %钨、铁和12 wt. %。第三,最有可能的硬质合金,含有约4.5 wt. %碳,65 wt. %铬、10 wt. %钼、钨和5 wt. %。

完成部分冶金锻造,耐腐蚀,镍基合金,它是适当的说明轧机退火Ni-Fe-Cr合金的微观结构。因此,825合金的显微照片所示。其细粒度是特殊表处理的结果,和/或存在一个明显的碳含量,导致碳化钛色散,这将鼓励晶界钉。

825合金微观结构的轧机退火

钴合金冶金

独特的冶金特点造成的,耐腐蚀——(磨损)钴基合金在本手册概述了早些时候,这里只提供一些额外的细节。考虑首先是钨-轴承,高碳合金,海恩斯的微结构®6 b(钨铬钴合金®6 b)所示的合金。注意大型离散硬质合金颗粒;它们的大小和形态不仅造成产品提供显著增强延性(与等价物)相比,但也导致更高的抗低应力磨损(如果研磨粒子比碳化物,并能“溜冰”)。根据安东尼和沉默,1979,体重6 b合金碳化物的比例大约是12.5,其中约90%是M₇C₃约10%是M₂₃C₆。

微观结构造成的海恩斯®6 b板

关于演员等价物,这些都是使用,往往在焊缝覆盖形式。的微观结构焊缝覆盖如下所示。注意,碳化物更细,和分散的亚共晶的方式。

焊缝显微组织覆盖钨铬钴合金6®合金所应用
等离子弧焊转移

合金的微观结构造成ULTIMET®(molybdenum-bearing的代表、低碳钴合金)非常类似于镍铬和Ni-Cr-Mo合金,在退火和淬火条件的解决方案中,如下所示。这是通过设计,提供最佳的耐腐蚀。其杰出的磨损特征不是来自硬颗粒在材料的存在,但显微结构的变化(压力)在原子级别(孪生和HCP血小板的形成);这些诱导高的加工硬化率,提供高阻地下断裂。

微观结构造成的盘ULTIMET®合金