Nikalne legure kategoriziraju se na osnovu njihovog sastava, svojstava i aplikacija. Glavne vrste uključuju:
Legure nikla-željeza: Sadrže 30-70% nikl sa gvožđem kao sekundarni element, često sa dodacima poput hrom, molibdena ili bakra. Primjeri uključuju invar (64% ni, 36% fe), poznat po niskoj termičkom ekspanziji i Permalloy (78% ni, 22% Fe), koristi se u magnetskim aplikacijama.
Legure nikla-bakra: Tipično sastoji se od 60-70% nikla i 20-30% bakra, sa manjim elementima poput željeza ili mangana. Monel 400 (67% ni, 30% CU) je glavni primjer, cijenjen za otpornost na koroziju u morskom i hemijskom okruženju.
Legure nikla-hromi: Sadrži visoki hrom (10-30%) za otpornost oksidacije, s niklom kao bazom. Inconel 600 (76% ni, 16% CR, 8% FE) široko se koristi u postavkama visokih temperatura poput peći i izmjenjivača topline.
Legure nikla-molibdena: Bogat molibdenom (15-30%) da se odupiru koroziji od kiselina (npr. Zlotoklorična kiselina). Hastelloy B-2 (62% ni, 28% MO) je ključni primjer, koji se koristi u kemijskoj obradi.
Nikal-hromi-molibden legure: Kombinirati hrom i molibden za uravnoteženu oksidaciju i otpornost na koroziju. Hastelloy C-276 (57% NI, 16% CR, 16% MO) izdvaja u oštrim okruženjima poput rješenja bogata hloridom.
Legure nikla-titana (legure oblika-memorije): Poput Nitinola (55% ni, 45% TI), koji pokazuju efekte memorije i superelastičnost, koji se koriste u medicinskim proizvodima (stenti) i zrakoplovnim komponentama.
Nikel Superolloys: Legure visokih performansi s niklom kao bazom (30-70%), poboljšane elementima poput hrom, kobalta, aluminija i titanijuma za ekstremnu čvrstoću visokoj temperaturi. Primjeri uključuju inconel 718 i jednokristalne legure poput CMSX-4.
Magnetna svojstva nikla superalloja ovise o njihovom sastavu, posebno niklom sadržaju i legiranim elementima.
Sam nikl je feromagnetski(Privlače se magnetima) na sobnoj temperaturi. Međutim, mnogi su nadlejni nikl sune-magnetni ili slabo magnetniZbog legiranja dodataka koji poremeti feromagnetsku narudžbu.
Na primjer:
Inconel 718, koji sadrži ~ 52% ni zajedno sa hromom, niobijumom i molibdenom, uglavnom je ne-magnetni u svojoj ne-starenom stanju.
Alloys with higher nickel content (e.g., >80%) može zadržati slabu feromagnetizam, ali to je rijetko u nadležnim superoma, gdje hrom i drugi elementi često potiskuju magnetsko ponašanje.
Ključni razlog su da elementi poput kroma, molibdena i kobalta mogu smanjiti feromagnetsku temperaturu nikla, čineći legure ne-magnetnom na sobnoj temperaturi. Ova nekretnina je povoljna u zrakoplovnom i električnom primjenu gdje magnetna smetnja moraju biti minimizirana.
Carbides su važni taloženi u niklom superonije, formiranim ugljikom reagiranjem s vatrostalnim metalima. Oni poboljšavaju snagu visoke temperature, otpornost na puzanje i graničnu stabilnost zrna. Uobičajeni karbide uključuju:
Mc Carbides: Kubični karbide sa strukturom nacl-tipa, gdje "M" predstavlja metale poput titanijuma (TIC), tantalum (TAC), niobijum (NBC) ili Hafnijum (HFC). Ovi obrazac tokom učvršćenja i često se nalaze kao diskretni čestice, jačajući matricu i inhibiraju rast zrna.
M₂₃c₆ Carbides: Složeni karbide (npr., Cr₂₃c₆, (CR, MO) ₂₃c₆) koji talog u graničnim granicama. Poboljšavaju granicu žitarica, smanjujući intergranularne pukotine pod visokim temperaturnim stresom. Hrom je primarni metal u m₂₃c₆, molibden ili volfram zamjenjujući u nekim slučajevima.
M₆c karbides: Šesterokutni ili kubni karbide (npr. (MO, W, NI) ₆c) koji se formiraju na srednjim temperaturama. Često se nalaze u legurima bogatim molibdenom ili volfram (npr. Hastelloy X) i doprinose otpornosti na puzanje prinosnim dislokacijama.
M₇c₃ Carbides: Manje uobičajeno, ali promatrano u nekim legurama, ovi karbide (npr., Cr₇c₃) mogu formirati tokom toplotnog tretmana i mogu se transformirati u m₂₃c₆ na višim temperaturama.
Raspodjela i vrsta karbida kontroliraju se putem toplotnog tretmana, osiguravajući optimalnu mehanička svojstva za uslugu visokog temperature.
Superoni na bazi nikla imaju relativno nisku toplinsku provodljivost u odnosu na metale poput bakra ili aluminija, svojstva koja uravnotežuje zadržavanje topline i konstrukcijski integritet u primjeni visokog temperatura.
Tipične vrijednosti: Termički provodljivost se kreće od10 do 25 W / (m · K)na sobnoj temperaturi, lagano smanjuje na povišenim temperaturama. Na primjer:
Inconel 718: ~ 11 w / (m · k) u 20 stepeni, ~ 16 w / (m · k) u 800 stepeni.
CMSX-4 (jednokristalni superomalloy): ~ 12 W / (m · k) u 20 stepeni, ~ 18 w / (m · k) po 1.000 stepena.
Hastelloy X: ~ 14 W / (m · k) u 20 stepeni, ~ 20 w / (m · k) u 800 stepeni.
Čimbenici koji utiču na provodljivost: Legirani elementi (npr. Molibden i volfram smanjuju provodljivost), mikrostrukturne karakteristike (npr. Prilika približava rasipačim fononima, spuštajući termički transport), a temperatura (provodljivost se lagano povećava sa temperaturom zbog poboljšanog pokreta).
Inženjerski značaj: Niska toplotna provodljivost pomaže zadržavanju toplote u vrućim dijelovima plinskih turbina, smanjujući termičke gradijente i poboljšanje efikasnosti. Takođe minimizira prijenos topline na hladnije komponente, štiteći ih od pregrijavanja.
Superojci na bazi nikla kritični su u zrakoplovstvu zbog njihove sposobnosti da izdrži ekstremne temperature, mehanički stres i koroziju i koroziju. Ključne legure i njihove aplikacije uključuju:
Inconel 718:
Sastav: ~ 52% NI, 19% CR, 18,5% FE, 5% NB, 3% MO, 1% TI, 0,6% al.
Aplikacije: Turbine diskove, noževi i kućišta u mlaznim motorima (npr. Turbine sa niskim pritiskom) i raketni motori. Njegova izvrsna zavarivost i visoka čvrstoća na 650-700 stepeni čine ga svestranim za strukturne komponente.
Inconel 625:
Sastav: ~ 61% NI, 21,5% CR, 9% MO, 3,6% NB, 2,5% FE.
Aplikacije: Komore za sagorevanje, ispušni sustavi i kanali. Njegova superiorna otpornost oksidacije (do 1.093 stepena) i korozijsko otpornost Ourešeno okruženje motora.
Waspaloy:
Sastav: ~ 58% ni, 19% CR, 13% CO, 4,3% MO, 3% TI, 1,4% al.
Aplikacije: Podstiče i oštrice za turbine visokog pritiska u vojnim i komercijalnim mlaznim motorima. Nudi odličnu otpornost na puzanje u 760-815 stepeni.
Jednokristalni superonični superoji (npr. CMSX-4, PWA 1484):
Sastav: ~ 60-65% NI, 10-20% CR, 5-10% CO, 5-8% Al, 5-10% W, sa TA, TI-om ili ponovo dodavanjem.
Aplikacije: Trutni noževi visokog pritiska u naprednim mlaznim motorima (npr. Boeing 787, Airbus A350). Njihova jednokristalna struktura eliminira granice žitarica, drastično smanjujući puzanje i poboljšanje snage po 1.000-1.100 stepeni.
Haynes 282:
Sastav: ~ 57% NI, 20% CR, 10% CO, 8,5% MO, 2,1% TI, 1,5% al.
Aplikacije: Turbine diskove i obloge u motorima nove generacije. Kombinuje snagu visoke temperature s poboljšanom izmišljosti u odnosu na starije legure.
Ove legure omogućuju upravljačkim motorima da rade na višim temperaturama, povećavajući ekonomičnost goriva i potisku uz osiguravanje dugoročne pouzdanosti.
