合金的背景

镍合金的背景

镍合金耐水腐蚀是一个理想的基础,有以下原因:

  1. 有大量的镍,在一个合理的价格。
  2. 它本质上是比铁更耐腐蚀。
  3. 将会呈现出一种韧性,面心立方结构(被称为“伽马”阶段,类似于青睐的奥氏体不锈钢)在其坚实的范围。
  4. 有益的元素,特别是铬、铜、镍和钼,高度溶于(即没有引起他们可以添加大量的降水第二阶段组织)。
  5. 由于其高延性,他们非常适合处理(冷热),制造和焊接。

铬、铜、钼、镍和铁元素添加到,提高其耐蚀性,或(铁)的情况下降低成本。

镍基合金中铬的主要作用是使保护(“被动”)的形成,chromium-rich(氧化物或氢氧化物)表面电影腐蚀氧化性质的解决方案。此类解决方案诱导阴极反应涉及氧气的高潜力,而解决方案减少自然诱发降低潜在的阴极反应涉及氢进化。

纯硝酸溶液氧化,许多其他的酸不洁净的解决方案。杂质的氧化倾向包括铁离子和溶解氧。与钢一样,仅视为“不锈钢”当铬含量超过大约13 wt. %,耐蚀镍合金同样需要一个阈值内容使钝化氧化铬的解决方案。这被认为是大约15 wt. %。更典型的最通用的镍合金的内容从16到23 wt. %。

铜,这是相互溶于镍(即两个元素的混合物表现出单个FCC结构,在缺乏其他合金元素),提高了镍的电阻在海水和减少酸,特别是氢氟酸的。使用少量的一些chromium-bearing镍合金,但几耐蚀镍合金的主要成分(与蒙乃尔®商标),铜含量在30 wt. %左右。

钼使镍崇高,因此增强其抵抗减少酸,即那些诱导阴极反应涉及氢的释放。酸包括盐酸、硫酸等,最常见的工业防腐。由于钼原子相对较大,这也加强了伽马固溶体。

钨(从同一组元素,和一个更大的原子大小)作为部分代替钼合金。钼和钨的溶解性,特别是在其他元素,如铬,是有限的。然而,钼水平的15到20 wt. %可能在chromium-bearing镍合金、钼含量30 wt. %是可行的在镍合金只有轻微增加其他元素。

正如前面提到的,添加铁的原因通常是经济,要么允许使用更便宜的材料收费在融化,或生产材料成本/性能之间的桥梁耐蚀镍基合金和奥氏体和双工(奥氏体/铁素体不锈钢。添加铁的问题之一是,它减少了溶解度(在nickel-rich伽马固溶体)更多的有益的元素,如铬和钼,从而限制这些元素的使用,或导致第二阶段的存在有害的延性和/或耐腐蚀。

有时其他元素添加到熟,耐蚀镍合金(尽管在少量)包括:

  1. 铝、氧气控制在融化,或者(在较高水平)诱导沉淀的“gamma-prime”粒子的微观结构,加强目的。虽然gamma-prime(第二阶段)降低耐蚀性在某种程度上,gamma-prime加强版本的各种镍合金商业成功。
  2. 在融化过程中锰、硫控制。
  3. 钛,占用任何残余碳(或氮)的形式稳定的碳化物和/或carbo-nitrides,或参与的形成很好,加强,gamma-prime沉淀。
  4. 铌(铌),也会占用残余碳,和(在稍高的水平)会导致另一个,好,加强沉淀被称为“gamma-double '”。

碳和硅不良在大多数的残差,耐腐蚀,镍基合金,和先进的技术(如氩氧脱碳,或大气气溶胶)受聘期间融化最小化这两个元素的内容。他们是不受欢迎的,因为他们是不溶于镍,并能产生有害的沉淀,特别是在晶界,在热加工和焊接(退火材料)。

的一个关键步骤的生产和制造这些合金固溶退火,随后快速冷却(淬火)。这使得解散的第二阶段沉淀(由于over-alloying或残差的存在,如碳和硅)可能发生在热(或热)工作,和很大程度上的“锁定”,单阶段结构。Meta-stability通常只有一个问题在后续焊缝的热影响区,晶界沉淀可以引起优先攻击在某些腐蚀性介质的边界。结构变化过程中服务的小问题,因为这些材料的使用温度低于要求造成严重的扩散。

钴合金背景

尽管他们接近的元素周期表,有实质性区别镍和钴的原子结构和特点。如镍、钴是固有的抗腐蚀,可以适应高水平的有益元素。然而,钴展览两个原子形式:

  1. 一种低温六角密积(HCP)。
  2. 高温面心立方(FCC)的形式。

纯钴的转变温度为417°C。合金元素如镍、铁和碳(可溶性有限范围内)被称为FCC稳定剂,并抑制转换温度。铬、钼、钨、另一方面,HCP稳定剂和增加的转变温度。

在现实中,转换是非常缓慢,不容易带来的加热或冷却。事实上,凝固后的熔融状态(或固溶退火和淬火后,造成的产品),钴和钴合金(转换温度升高)通常表现出亚稳FCC结构在室温下。然而,部分转换HCP很容易引起冷加工(即在室温下塑性变形)。

钴和钴合金的变换机械应力的作用下被认为创造进步的宽堆积层错(FCC形式的材料有非常低的堆垛层错的能量)和随后的聚结。广泛的plastically-deformed micro-twinning也观察到,钴基合金。

钴铬提供相同的好处是镍,即它是保护膜的形成/关键尺度腐蚀性液体和高温气体。此外,它影响结构变化的驱动力在钴及其合金,进而影响其机械和磨损行为。

主要作用的镍钴(如果存在)是稳定FCC形式。这种负面影响磨损的性能,但提供了很多好处,尤其是容易造成处理(在足够高的镍内容)。

钼和钨都强,在钴基合金固溶强化特工。他们也导致更高的转换温度,增加抵抗那些涉及micro-fatigue组件的磨损形式(如金属滑动和空蚀)。用于这些钴钼合金开发主要是为耐水腐蚀和磨损。钨在那些造成钴合金开发用于高温使用和那些演员(焊缝覆盖),高碳合金开发主要是为耐磨性在敌对的环境中。

铸造(和焊缝覆盖)钴合金与相对较高的碳含量从0.5到3.5(即wt. %),铬、钼、钨也鼓励组织中的碳化物的形成。这些碳化物(chromium-rich M7C3 M23C6,钼/ tungsten-rich M6C)非常有益的低应力(双体)磨损条件下。

与镍基合金,铁可以用来降低成本,特别是如果它允许使用ferro-compounds或者iron-contaminated垃圾负责材料在熔化。但是,它也可以作为替代FCC稳定器(而不是镍),减少转换温度和使合金更适合的加工和制造。

碳的溶解性高于镍钴;因此,需要减少碳排放的减少,耐腐蚀,耐磨,钴基合金。此外,碳是一个重要的小造成的,高温合金(钴和镍),和一个主要演员和焊缝覆盖,钴合金开发主要是为抵抗磨损。其目的在高温合金是加强,通过稀疏分散的碳化物的形成。耐磨合金的目的是生成高体积分数的硬质合金的微观结构,增加切割和变形阻力。

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