合金的背景

镍合金背景

镍是耐水腐蚀合金的理想基体,原因如下:188bet金宝搏手机客户端下载

  1. 这里镍供应充足,价格合理。
  2. 它天生比铁更耐腐蚀。
  3. 在整个固体范围内,它表现出韧性、面心立方结构(称为“伽马”相,类似于不锈钢中受欢迎的“奥氏体”)。
  4. 有益元素,特别是铬、铜和钼,高度溶于镍(即,它们可以大量添加,而不会导致微观结构中第二相的沉淀)。
  5. 由于其高延展性,它们非常适合锻造加工(热加工和冷加工)、制造和焊接。

铬、铜、钼和铁是添加到镍中的元素,以增强其耐腐蚀性,或(对于铁而言)降低成本。

铬在镍基合金中的主要作用是在氧化性腐蚀溶液中形成保护性(“钝化”)富铬(氧化物或氢氧化物)188bet金宝搏手机客户端下载表面膜。这类溶液会诱发涉及氧气的高电位阴极反应,而还原性溶液会诱发涉及析氢的低电位阴极反应。

纯硝酸溶液会氧化,许多其他酸的不纯溶液也是如此。具有强氧化倾向的杂质包括铁离子和溶解氧。与钢一样,只有当铬含量超过大约13 wt.%时才被视为“不锈”钢,耐腐蚀镍合金也需要铬含量阈值才能在氧化溶液中实现钝化。188bet金宝搏手机客户端下载据信这大约是15% wt.%。在最通用的镍合金中,更典型的是含量从16到23 wt.%不等。188bet金宝搏手机客户端下载

铜可互溶于镍(即,在不含其他合金元素的情况下,两种元素的所有混合物均呈现单一FCC结构),可增强镍在海水中的抗腐蚀性,并可还原酸,尤其是氢氟酸。少量用于某些含铬镍合金,但却是几种耐腐蚀镍合金(与蒙乃尔®商标相关)的主要成分,铜含量约为30 wt.%。188bet金宝搏手机客户端下载

钼使镍呈长方形,因此增强了镍对还原性酸的抵抗力,即那些诱发阴极反应并释放氢的酸。这种酸包括盐酸和硫酸,这是最常见的工业腐蚀剂。由于钼原子相对较大,它也增强了伽马固溶体。

钨(来自同一组元素,原子尺寸更大)在某些合金中被用作钼的部分替代品。188bet金宝搏手机客户端下载钼和钨的溶解度,特别是在铬等其他元素存在时,是有限的。然而,在含铬镍合金中,钼含量为15 - 20 wt.%是可能的,在镍合金中,钼含量为30 wt.%是可行的,只需要少量添加其他元素。188bet金宝搏手机客户端下载

如前所述,添加铁的原因通常是经济的,要么允许在熔炼过程中使用较便宜的装料材料,要么生产能够弥合耐腐蚀镍基合金与奥氏体和双相(奥氏体/铁素体)不锈钢之间的成本/性能差距的材料。添加铁的一个问题是,它降低了更有益元素(如铬和钼)的溶解度(在富镍伽马固溶体中),从而限制了这些元素的使用,或导致存在对延展性和/或耐腐蚀性有害的第二相。188bet金宝搏手机客户端下载

有时添加到锻造耐腐蚀镍合金中的其他元素(尽管数量很少)包括:188bet金宝搏手机客户端下载

  1. 铝,用于熔化过程中的氧控制,或(在略高的水平上)在微观结构中诱导细“γ素”粒子沉淀,用于强化目的。虽然伽马底漆(作为第二相)在一定程度上降低了耐腐蚀性,但各种镍合金的伽马底漆强化版本在商业上取得了成功。188bet金宝搏手机客户端下载
  2. 锰,用于熔化过程中的硫控制。
  3. 钛,以稳定碳化物和/或氮化碳的形式结合任何残余碳(和/或氮),或参与形成细小、强化的γ素沉淀。
  4. 铌(铌),它也能吸附残余碳,并(在稍高的水平上)产生一种交替的、精细的、强化的沉淀,称为“伽马双素”。

在大多数锻造、耐腐蚀、镍基合金中,碳和硅是不理想的残留物,在熔化过程中采用了复杂的技术(如氩氧脱碳或AOD),以尽量减少这两种元素的含量。它们是不受欢迎的,因为它们不易溶于镍,并且在热加工和焊188bet金宝搏手机客户端下载接(退火材料)过程中会产生有害的沉淀,尤其是在晶界处。

在这些合金的生产和制造的关键步骤是固溶退火,然后是快速冷却(淬火)。这使得不需要的第二相沉淀(由于过度合金化,或残留的存在,如碳和硅)在热加工(或温加工)中可能发生的溶解,以及这种很大程度上的单相结构的“锁定”。亚稳态一般只在后续焊缝的热影响区存在问题,在这些区域,晶界的沉淀会导致某些腐蚀介质中晶界的优先侵蚀。由于这些材料的预期使用温度低于引起显著扩散所需的温度金宝搏app,因此在使用过程中结构变化并不重要。

钴合金背景

尽管镍和钴在元素周期表上的位置很接近,但它们的原子结构和特征却有很大的不同。与镍一样,钴具有天然的抗腐蚀能力,并能容纳高水平的有益元素。然而,钴有两种原子形式:

  1. 一种低温的六方紧密堆积(HCP)形式
  2. 一种高温面心立方(FCC)形式。

纯钴的转变温度为417℃。镍、铁和碳等合金元素(在其有限的可溶范围内)被称为FCC稳定剂,并抑制转变温度。另一方面,铬、钼和钨是HCP稳定剂,可提高转化温度。

实际上,这种转变非常缓慢,不容易通过加热或冷却实现。事实上,在从熔融状态凝固后(或在锻造产品的情况下,在固溶退火和淬火后),钴和钴合金(具有升高的转变温度)通常在室温下表现出亚稳态FCC结构。然而,冷加工(即室温下的塑性变形)很容易导致HCP的部分转变。188bet金宝搏手机客户端下载

钴和钴合金在机械应力作用下的转变被认为是通过产生宽层错(层错能量非常低的材料的F188bet金宝搏手机客户端下载CC形式)和随后的聚结来进行的。在塑性变形的钴基合金中也观察到广泛的微孪晶。

铬对钴的益处与对镍的益处相同,即铬是腐蚀性流体和高温气体中形成保护膜/鳞片的关键。此外,它还影响钴及其合金结构变化的驱动力,进而影响其机械和磨损行为。188bet金宝搏手机客户端下载

在钴基中镍(如果存在)的主要作用是稳定FCC形式。这对磨损性能有负面影响,但提供了许多好处,特别是易于锻造加工(在镍含量足够高的情况下)。

钼和钨都是钴基合金中的强固溶增强剂。188bet金宝搏手机客户端下载它们还会导致更高的转变温度,这增加了对那些涉及微疲劳部件(如金属间滑动和空化侵蚀)的磨损形式的抵抗力。钼用于钴合金中,主要用于耐水腐蚀和磨损。188bet金宝搏手机客户端下载钨用于高温使用的锻造钴合金和铸造(和焊接覆盖层)高碳合金,主要用于在恶劣环境下的耐188bet金宝搏手机客户端下载磨性。

在碳含量相对较高(即0.5至3.5 wt.%)的铸造(和堆焊)钴合金中,铬、188bet金宝搏手机客户端下载钼和钨也鼓励在微观结构中形成碳化物。这些碳化物(富铬M7C3和M23C6以及富钼/钨M6C)在低应力(双体)磨损条件下非常有益。

与镍基合金一样,铁可以用来降低成本,特别是如果它允188bet金宝搏手机客户端下载许在熔化过程中使用铁化合物或受铁污染的废料。然而,它也可以作为替代FCC稳定剂(而不是镍),以降低转变温度,使合金更易于锻造加工和制造。188bet金宝搏手机客户端下载

碳在钴中的溶解度高于在镍中的溶解度;因此,在锻造、耐腐蚀和耐磨的钴基合金中减少碳的需求更少。此外,碳是锻造高温合金(钴和镍)的重要微量添加剂,也是铸造和堆焊钴合金的主要添加剂,钴合金主要用于耐磨。它在高温合金中的作用是通过形成稀疏分散的碳化物来强化。其在耐磨合金中的用途是在其微观结构中生成高体积分数的碳化物,以提高其切削和变形抗力188bet金宝搏手机客户端下载。