L'alliage à base de nickel est le superalliage le plus utilisé et le plus résistant à haute température.
Les principales raisons sont les suivantes :
- Davantage d'éléments d'alliage peuvent être dissous dans l'alliage à base de nickel et la stabilité de la structure peut être maintenue.
- Le composé intermétallique A3B ordonné et cohérent γ'[Ni3(Al, Ti)] peut être formé en tant que phase de renforcement, de sorte que l'alliage peut être efficacement renforcé et que la résistance à haute température est supérieure à celle des superalliages à base de fer et de cobalt.
- 3. L'alliage à base de nickel contenant du chrome présente une meilleure résistance à l'oxydation et à la corrosion gazeuse que le superalliage à base de fer.
Les alliages à base de nickel contiennent plus de dix éléments, dont le Cr qui joue principalement un rôle d'anti-oxydation et d'anti-corrosion, et les autres éléments qui jouent principalement un rôle de renforcement.
En fonction de leur mode d'action de renforcement, on peut distinguer : les éléments de renforcement en solution solide, tels que le tungstène, le molybdène, le cobalt, le chrome et le vanadium ;
Éléments renforcés par précipitation tels que l'aluminium, le titane, le niobium et le tantale ; éléments renforçant les joints de grains tels que le bore, le zirconium, le magnésium et les terres rares.
Les superalliages à base de nickel sont des alliages renforcés par solution solide et des alliages renforcés par précipitation, selon la méthode de renforcement.
" Alliage renforcé par solution solide
Il présente une certaine résistance à haute température, une bonne résistance à l'oxydation, à la corrosion thermique, au froid et à la fatigue thermique, ainsi qu'une bonne plasticité et une bonne soudabilité. Il peut être utilisé pour fabriquer des pièces soumises à des températures de travail élevées et à de faibles contraintes, telles que la chambre de combustion des turbines à gaz.
" Alliage renforcé par précipitation
En général, trois méthodes de renforcement sont intégrées, à savoir le renforcement par solution solide, le renforcement par précipitation et le renforcement des joints de grains. Le produit présente donc une bonne résistance au fluage à haute température, une bonne résistance à la fatigue, une bonne résistance à l'oxydation et une bonne résistance à la corrosion thermique, et peut être utilisé pour fabriquer des composants soumis à de fortes contraintes à haute température, tels que les aubes de turbines et les disques de turbines à gaz.
L'alliage à base de nickel a une résistance élevée et une résistance à l'oxydation à 650~1000℃. En fonction des propriétés principales, il est subdivisé en alliage résistant à la chaleur à base de nickel, alliage résistant à la corrosion à base de nickel, alliage résistant à l'usure à base de nickel, alliage de précision à base de nickel et alliage à mémoire de forme à base de nickel.
" Alliage résistant à la corrosion à base de nickel
Les principaux éléments d'alliage sont le cuivre, le chrome et le molybdène. Il possède de bonnes propriétés générales et peut résister à la corrosion acide et à la corrosion sous contrainte. La première application est l'alliage nickel-cuivre (Ni-Cu), également connu sous le nom d'alliage Monel (alliage Monel Ni 70 Cu30) ; il existe également l'alliage nickel-chrome (Ni-Cr), l'alliage nickel-molybdène (Ni-Mo) (qui se réfère principalement à l'alliage Ni 70 Cu30), l'alliage Ni 70 Cu30, l'alliage Ni 70 Cu30, l'alliage Ni 70 Cu30 et l'alliage Ni 70 Cu30). Hastelloy B ), l'alliage nickel-chrome-molybdène (Ni-Cr-Mo) (principalement la série Hastelloy C), etc. Par ailleurs, le nickel pur est également un représentant typique des alliages résistants à la corrosion à base de nickel. Ces alliages résistants à la corrosion à base de nickel sont principalement utilisés dans la fabrication de composants pour divers environnements résistants à la corrosion, tels que le pétrole, les produits chimiques et l'énergie électrique.
Les alliages résistants à la corrosion à base de nickel ont principalement des structures austénitiques. À l'état de solution solide et de traitement de vieillissement, il existe des phases intermétalliques et des nitrures de carbone métallique sur la matrice austénitique et les joints de grains de l'alliage, et divers alliages résistants à la corrosion sont classés en fonction de leur composition et de leurs caractéristiques comme suit :
L'alliage Ni-Cu présente une meilleure résistance à la corrosion que le nickel en milieu réducteur et une meilleure résistance à la corrosion que le cuivre en milieu oxydant. Il s'agit du meilleur matériau pour résister au fluor gazeux à haute température, au fluorure d'hydrogène et à l'acide fluorhydrique en l'absence d'oxygène et d'oxydants.
L'alliage Ni-Cr est également un alliage résistant à la chaleur à base de nickel ; il est principalement utilisé dans des conditions de milieu oxydant. Il résiste à l'oxydation à haute température et à la corrosion des gaz contenant du soufre et du vanadium, et sa résistance à la corrosion augmente avec la teneur en chrome. Ce type d'alliage présente également une bonne résistance à la corrosion par les hydroxydes (tels que NaOH, KOH) et une bonne résistance à la corrosion sous contrainte.
L'alliage Ni-Mo est principalement utilisé dans des conditions de corrosion par des milieux réducteurs. C'est l'un des meilleurs alliages pour résister à la corrosion par l'acide chlorhydrique, mais en présence d'agents aérobies et oxydants, la résistance à la corrosion sera considérablement réduite.
L'alliage Ni-cr-mo (W) possède les propriétés de l'alliage Ni-Cr et de l'alliage Ni-Mo ci-dessus. Il est principalement utilisé dans des milieux mixtes oxydants et réducteurs. Ce type d'alliage présente une bonne résistance à la corrosion dans le gaz de fluorure d'hydrogène à haute température, dans l'acide chlorhydrique et la solution d'acide fluorhydrique contenant de l'oxygène et un oxydant, et dans le gaz de chlore humide à température ambiante.
L'alliage Ni-Cr-Mo-Cu peut résister à la corrosion par l'acide nitrique et l'acide sulfurique, et présente également une bonne résistance à la corrosion dans certains acides mixtes réducteurs d'oxydation.
Domaine d'application
Les superalliages à base de nickel sont utilisés dans de nombreux domaines, notamment :
1. Océan : Structures marines dans l'environnement marin, dessalement de l'eau de mer, mariculture, échange thermique de l'eau de mer, etc.
2, protection de l'environnement : équipement de désulfuration des gaz de combustion pour la production d'énergie thermique, traitement des eaux usées.
3. Domaine de l'énergie : production d'énergie nucléaire, utilisation complète du charbon, production d'énergie marémotrice, etc.
4. Domaine pétrochimique : raffinage du pétrole, équipement chimique, etc.
5. Domaine alimentaire : production de sel, brassage de sauce soja, etc.
" Alliage résistant à l'usure à base de nickel
Les principaux éléments d'alliage sont le chrome, le molybdène et le tungstène, mais ils contiennent également de petites quantités de niobium, de tantale et d'indium. Outre la résistance à l'usure, la résistance à l'oxydation, la résistance à la corrosion et les performances de soudage sont bonnes. Il peut être utilisé comme matériau de revêtement, qui peut être revêtu sur la surface d'autres matériaux de base par soudage de surface et processus de pulvérisation.
Les poudres à base de nickel comprennent les poudres d'alliages autofluidifiants et les poudres d'alliages non autofluidifiants.
La poudre de nickel non autofluidifiante est une poudre d'alliage à base de nickel qui ne contient pas de B, Si ou dont la teneur en B, Si est faible. Ce type de poudre est largement utilisé dans le revêtement par projection plasma à l'arc, le revêtement par projection à la flamme et le renforcement de la surface par plasma. Elle comprend principalement : la poudre d'alliage Ni-Cr, la poudre d'alliage Ni-Cr-Mo, la poudre d'alliage Ni-Cr-Fe, la poudre d'alliage Ni-Cu, la poudre d'alliage Ni-P et Ni-Cr-P, la poudre d'alliage Ni-Cr-Mo-Fe, la poudre d'alliage Ni-Cr-Mo-Si à haute résistance à l'usure, la poudre d'alliage Ni-Cr-Fe-Al, la poudre d'alliage Ni-Cr-Fe-Al-B-Si, la poudre d'alliage Ni-Cr-Si, la poudre d'alliage de résistance à l'usure à base de Ni-Cr-W, etc.
La poudre d'alliage autofondant à base de nickel a été formée en ajoutant une quantité appropriée de B et de Si à la poudre d'alliage de nickel. La poudre d'alliage autofondant est également connue sous le nom d'alliage à faible eutectique, d'alliage à surface dure. Il s'agit d'une série de matériaux en poudre formés par l'ajout d'éléments d'alliage eutectique à faible fusion (principalement le bore et le silicium) à des alliages à base de nickel, de cobalt et de fer. Les poudres d'alliage autofluorescent à base de nickel couramment utilisées sont la poudre d'alliage Ni-B-Si, Ni-Cr-B-Si-Mo, Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu, la poudre d'alliage autofluorescent à base de nickel à haute teneur en molybdène, la poudre d'alliage autofluorescent à base de nickel à haute teneur en molybdène, la poudre d'alliage autofluorescent à base de Ni-Cr-W-C, la poudre d'alliage autofluorescent à haute teneur en cuivre, la poudre d'or, la poudre d'alliage autofluorescent à base de nickel de type dispersion de carbure de tungstène, etc.
Le rôle des différents éléments dans l'alliage :
● Le rôle des éléments bore et silicium : réduire considérablement le point de fusion de l'alliage, étendre la zone de température de la phase solide-liquide et former un eutectique à bas point de fusion ; réduction de la désoxydation et fonction de scorification ; durcissement et renforcement du revêtement ; améliorer les performances du processus d'exploitation.
● Le rôle de l'élément cuivre : améliorer la résistance à la corrosion des acides non oxydants.
● Le rôle de l'élément chrome : renforcement de la solution solide, passivation ; Améliorer la résistance à la corrosion et à l'oxydation à haute température ; L'excès de chrome est facile à former la phase dure du carbure de chrome et du borure de chrome avec le carbone et le bore, améliorant ainsi la dureté et la résistance à l'usure de l'alliage.
Rôle de l'élément molybdène : le rayon atomique est grand, le réseau cristallin est déformé après la mise en solution, ce qui renforce considérablement la matrice de l'alliage et améliore la résistance à haute température et la dureté au rouge de la matrice ; il peut couper et réduire le tissu réticulaire dans le revêtement ; il améliore la résistance à la cavitation et à l'érosion.
" Alliage de précision à base de nickel
Il s'agit notamment d'alliages magnétiques doux à base de nickel, d'alliages de résistance de précision à base de nickel et d'alliages de chauffage électrique à base de nickel. L'alliage magnétique doux le plus couramment utilisé est le permalliage de nickel 80%. Sa perméabilité maximale et sa perméabilité initiale sont élevées, sa coercivité est faible et il constitue un matériau de base important dans l'industrie électronique. Les principaux éléments d'alliage de l'alliage de résistance de précision à base de nickel sont le chrome, l'aluminium et le cuivre. Cet alliage présente une résistivité élevée, un faible coefficient de température de résistivité et une bonne résistance à la corrosion ; il est utilisé pour fabriquer des résistances. L'alliage électrothermique à base de nickel est un alliage de chrome-nickel 20% avec une bonne résistance à l'oxydation et à la corrosion, et peut être utilisé pendant une longue période à 1000~1100℃.
" Alliage à mémoire de forme à base de nickel
Alliage de nickel contenant 50(at)% de titane. La température de récupération est de 70℃, et l'effet de mémoire de forme est bon. Un petit changement dans la proportion de composants de nickel-titane peut faire changer la température de récupération dans la gamme de 30~100℃. Il est largement utilisé dans la fabrication de pièces structurelles d'ouverture automatique utilisées dans les engins spatiaux, les attaches d'autostimulation utilisées dans l'industrie aérospatiale, les moteurs de cœur artificiel utilisés dans la biomédecine, etc.
Tissus
En plus de la matrice d'austénite, il y a des phases γ' dispersées dans la matrice, des carbures secondaires sur le joint de grain et des carbures et borures primaires précipités pendant la solidification. Avec l'augmentation du degré d'alliage, les changements de microstructure ont la tendance suivante : le nombre de phases γ' augmente progressivement, la taille augmente progressivement, et la taille de la phase γ' devient un cube, et la taille et la forme du même alliage apparaissent différentes phases γ'. Dans l'alliage de coulée, l'eutectique γ+γ' se forme également pendant le processus de solidification, et le joint de grain précipite un carbure granulaire discontinu et est entouré de films minces de phase γ'. Ces modifications de la microstructure améliorent les propriétés de l'alliage.
La composition chimique des alliages modernes à base de nickel est très complexe et la saturation de l'alliage est très élevée. Il est donc nécessaire de contrôler strictement la teneur de chaque élément de l'alliage (en particulier l'élément de renforcement principal), sinon il sera facile de précipiter des phases nocives pendant l'utilisation, telles que la phase σ, µ, ce qui endommagera la résistance et la ténacité de l'alliage. Des aubes de turbine à cristal directionnel et des aubes de turbine à cristal unique ont été développées dans des superalliages coulés à base de nickel.
La lame cristalline directionnelle élimine les joints de grains transversaux qui sont sensibles aux trous et aux fissures, et rend tous les joints de grains parallèles à la direction de l'axe de contrainte, améliorant ainsi les performances de service de l'alliage. La lame monocristalline élimine tous les joints de grains et ne nécessite pas l'ajout d'éléments de renforcement des joints de grains, de sorte que la température de fusion initiale de l'alliage est relativement plus élevée, ce qui améliore la résistance à haute température de l'alliage et les propriétés globales de l'alliage.
Technologie de production
Les alliages à base de nickel, en particulier les alliages renforcés par précipitation, contiennent des éléments d'alliage élevés tels que l'aluminium et le titane. Ils sont généralement fondus dans un four à induction sous vide et refondus dans un four consommable sous vide ou un four à laitier électrolytique. Traitement à chaud par forgeage, laminage, pour les alliages fortement alliés, en raison de leur faible thermoplasticité, extrusion après laminage ou extrusion directe de la gaine en acier doux (ou en acier inoxydable). L'alliage coulé est généralement fondu dans un four à induction sous vide, et les pièces sont fabriquées par refonte sous vide et moulage de précision.
L'alliage déformé et une partie de l'alliage coulé doivent être traités thermiquement, y compris le traitement de solution, le traitement intermédiaire et le traitement de vieillissement, en prenant l'alliage Udmet 500 comme exemple, son système de traitement thermique est divisé en quatre étapes : traitement de solution, 1175℃, 2 heures, refroidissement à l'air ; traitement intermédiaire, 1080℃, 4 heures, refroidissement à l'air ; traitement de vieillissement unique, 843℃, 24 heures, refroidissement à l'air ; traitement de vieillissement secondaire, 760℃, 16 heures, refroidissement à l'air. Afin d'obtenir l'état organisationnel requis et une bonne performance globale.
Nous produisons des superalliages à base de nickel de haute performance. Si vous avez ce besoin, n'hésitez pas à nous contacter
