โลหะผสมนิกเกิลอุณหภูมิสูง

โลหะผสมนิกเกิลอุณหภูมิสูง

นิกเกิลเป็นองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดในโลก แต่จนถึงศตวรรษที่ผ่านมาการใช้งานเชิงพาณิชย์นั้นมี จำกัด เนื่องจากความยากลำบากในการขุดและการกลั่น การพัฒนาเครื่องยนต์เจ็ทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่สำคัญสำหรับการพัฒนาโลหะผสมนิกเกิลที่สามารถรักษาความแข็งแรงสูงได้ที่อุณหภูมิสูง

นิกเกิลมีจุดหลอมเหลวของ 1453 องศาเซลเซียสซึ่งสูงกว่าโลหะมากเช่นทองแดง (1084 องศาเซลเซียส) และอลูมิเนียม (660 องศาเซลเซียส) แต่ต่ำกว่าโลหะเช่นทงสเตน (3400 องศาเซลเซียส) อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพที่อุณหภูมิสูงไม่เพียง แต่เกี่ยวกับจุดหลอมเหลวของโลหะมิฉะนั้นเหล็ก (1150 องศาเซลเซียส) หรือเหล็ก (1,400 องศาเซลเซียส) จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น คุณสมบัติอีกอย่างหนึ่งของโลหะผสมนิกเกิลและนิกเกิลคือความสามารถในการสร้างชั้นออกไซด์แบบพาสซีฟที่หนาและมั่นคงเมื่อถูกความร้อนซึ่งช่วยปกป้องพวกเขาจากการกัดกร่อนต่อไปซึ่งช่วยให้พวกเขาทำงานที่อุณหภูมิสูง ชั้นออกไซด์นี้สามารถมีความหนาได้หลายไมครอนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและสภาพแวดล้อมที่โลหะสัมผัส โลหะผสมนิกเกิลยังทนต่อการเกิด carburization ซึ่งเป็นคาร์บอนที่มีอุณหภูมิสูงเช่นในระหว่างการแคร็กของก๊าซในการแปรรูปทางเคมีหรือการกลั่น

กลไกการเสริมสร้างความเข้มแข็ง
ความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงทั้งนี้ขึ้นอยู่กับโลหะผสมที่เฉพาะเจาะจงความแข็งแรงของอุณหภูมิสูงจะถูกรักษาไว้โดยการเสริมความแข็งแรงของสารละลายที่เป็นของแข็ง กลไกของการเสริมความแข็งแกร่งของสารละลายที่เป็นของแข็งคือการเพิ่มอะตอมขององค์ประกอบการผสมกับโครงตาข่ายคริสตัลของนิกเกิล การก่อกวนของโครงสร้างผลึกนี้ทำให้การเสียรูปยากขึ้นโดยการชะลอตัวหรือป้องกันการเคลื่อนไหวของ "การเคลื่อนที่" องค์ประกอบต่าง ๆ เช่นโมลิบดีนัมจะถูกเพิ่มเข้าไปใน Inconel 625 (โลหะผสม 625, UNS N06625, 2.4856) เพื่อเพิ่มความแข็งแรง

ในการเพิ่มความเข้มแข็งของการตกตะกอนปริมาณ niobium, ไทเทเนียมและอลูมิเนียมจำนวนเล็กน้อยรวมกับนิกเกิลเพื่อสร้าง precipitates intermetallic การตกตะกอนเหล่านี้เกิดขึ้นในระหว่างการรักษาความร้อนครั้งสุดท้ายหรือที่เรียกว่าอายุ การตกตะกอนเหล่านี้ยังชะลอการเคลื่อนไหวของการเคลื่อนที่ในโครงสร้างผลึกซึ่งเพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน ที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นกลไกนี้ยังช่วยลดโอกาสในการคืบคลานซึ่งใช้งานได้ดีในการใช้งานด้านการบินและอวกาศ อัลลอยด์นิกเกิลที่ใช้การเพิ่มความเข้มแข็งของการตกตะกอน ได้แก่ Inconel 718 (โลหะผสม 718, UNS N07718, 2.4668), Inconel 725 (โลหะผสม 725, UNS N07725), Incoloy 925 (Alloy 925, UNS N09925) และ Monel K {11} 2.4375)

อัลลอยด์เช่น Inconel 718 และ Inconel 625 รักษาคุณสมบัติเชิงกลส่วนใหญ่ที่อุณหภูมิสูงถึง 650 องศาเซลเซียส (1200 องศาฟาเรนไฮต์) แต่สามารถเลือกใช้ที่อุณหภูมิใกล้ 1,000 องศาเซลเซียส

เนื่องจากโลหะผสมนิกเกิลพร้อมกับโลหะอื่น ๆ อีกมากมายจึงสามารถปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกายภาพอื่น ๆ นอกเหนือจากความแข็งแรง โครเมี่ยมและโมลิบดีนัมมักจะถูกเพิ่มเข้ามาเพื่อเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนและการออกซิเดชั่นโดยเฉพาะโมลิบดีนัมโดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ได้รับการพิจารณาเพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อหลุม ทองแดงยังใช้ในโลหะผสม Incoloy 825 เพื่อเพิ่มความต้านทานต่อการลดกรดเช่นกรดซัลฟูริกฟอสฟอริกและกรดไฮโดรคลอริก