ニッケル基合金とは何ですか? この記事を読んですべてを理解してください！
ニッケル基合金とは、高強度、650 ～ 1000 度の高温での酸化や腐食に対する一定の耐性などの総合的な特性を備えた合金の一種です。
主な特性に応じて、ニッケル基耐熱合金、ニッケル基耐食合金、ニッケル基耐摩耗合金、ニッケル基精密合金、ニッケル基形状記憶合金に分類されます。
高温合金は、基材の違いにより、鉄基高温合金、ニッケル基高温合金、コバルト基高温合金に分けられます。 このうち、ニッケル基の高温用合金をニッケル基合金と呼ぶ。
ニッケル基合金の代表的な材料には次のようなものがあります。
1. Incoloy800 などのインコロイ合金、主成分は次のとおりです。 32Ni-21Cr-Ti、Al; それは耐熱合金です。
2. Inconel600 などのインコネル合金、主成分は次のとおりです。 73Ni-15Cr-Ti、Al; それは耐熱合金です。
3. ハステロイ合金、例えばハステロイ C-276、主成分は次のとおりです。 56Ni-16Cr-16Mo-4W; それは耐食性合金です。
4.モネル合金、つまりモネル400などのモネル合金、主成分は次のとおりです。 65Ni-34Cu; それは耐食性合金です。
主な合金元素
主な合金元素はクロム、タングステン、モリブデン、コバルト、アルミニウム、チタン、ホウ素、ジルコニウムなどです。このうちCr、Aiなどは主に酸化防止剤の役割を果たし、その他の元素は固溶強化、析出強化、その他の作用を持ちます。粒界強化。
強度が高く、650～1000度の高温でも酸化や腐食に対して一定の耐性を持っています。 十分に高い高温強度と酸化や腐食に対する耐性があるため、航空機エンジンのブレード、ロケットエンジン、原子炉、エネルギー変換装置の製造によく使用されます。 高温部品。
開発の歴史
ニッケル基高温合金（以下、ニッケル基合金）は、1930 年代後半に開発されました。 英国は 1941 年に初めてニッケル基合金 Nimonic 75 (Ni-20Cr-0.4Ti) を製造しました。 クリープ強度を向上させるために、アルミニウムを添加してナイモニック 80 (Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al) が開発されました。 -1940 年代半ばの米国、1940 年代後半のソ連、-1950 年代半ばの中国もニッケル基合金を開発しました。 ニッケル基合金の開発には、合金組成の改良と製造プロセスの革新という2つの側面が含まれます。 1950 年代初頭、真空溶解技術の開発により、アルミニウムとチタンを多く含むニッケル基合金を精製する条件が整いました。 初期のニッケル基合金のほとんどは変形合金でした。 1950年代後半、タービンブレードの動作温度の上昇により、合金にはより高い高温強度が求められました。 ただし、合金の強度が高いと、変形するのが困難または不可能になります。 したがって、インベストメント鋳造技術を使用して、優れた性能を備えた一連の合金が開発されました。 高温強度鋳造合金。 -1960 年代中期には、より優れた特性を備えた方向性結晶化、単結晶超合金および粉末冶金超合金が開発されました。 船舶や産業用ガスタービンのニーズを満たすために、1960年代以来、優れた高温耐食性と安定した構造を備えた高クロムニッケル基合金が数多く開発されてきました。 1940 年代初頭から 1970 年代後半までの約 40 年間で、ニッケル基合金の動作温度は 700 度から 1100 度まで上昇し、平均して年間約 10 度上昇しました。
成分と特性
ニッケル基超合金が最も広く使用されています。 主な理由は、第一に、ニッケル基合金はより多くの合金元素を溶解し、より優れた構造安定性を維持できることです。 第二に、それらは凝集性と規則性のある A3B タイプの金属間化合物 [Ni3(Al, Ti)] を形成することができます。強化相として合金を効果的に強化し、鉄基超合金やコバルト基超合金よりも高い高温強度を得ることができます。 第三に、クロムを含むニッケル基合金は、鉄基超合金よりも優れた酸化特性と耐性特性を備えています。 ガス腐食能力。 ニッケル基合金には 10 種類以上の元素が含まれており、そのうち Cr は主に酸化防止と耐食の役割を果たし、その他の元素は主に強化の役割を果たします。 強化モードに応じて、タングステン、モリブデン、コバルト、クロム、バナジウムなどの固溶強化元素に分類できます。 アルミニウム、チタン、ニオブ、タンタルなどの析出強化元素。 ホウ素、ジルコニウム、マグネシウム、希土類元素などの粒界強化元素。
ニッケル基高温合金には、その強化方法により固溶強化合金と析出強化合金とがあります。
生産工程
製錬に関しては、より純粋な溶鋼を得るために、ガス含有量と有害元素含有量を削減します。 同時に、一部の合金には Al、Ti などの酸化しやすい元素が存在するため、非真空精錬の制御が困難です。 より優れた熱可塑性を得るために、ニッケル基耐熱合金は通常、真空誘導溶解炉で製錬されるか、真空誘導溶解と真空消耗炉またはエレクトロスラグ炉再溶解法によって製造されることもあります。
変形に関しては鍛造と転造加工を採用。 熱可塑性が低い合金の場合は、押出後に圧延するか、軟鋼 (またはステンレス鋼) の外装を施した直接押出プロセスが使用されます。 変形の目的は、鋳造構造を破壊し、微細構造を最適化することです。
鋳造: 通常、組成を確保し、ガスと不純物の含有量を制御するために母合金を精錬するために真空誘導炉が使用され、部品は真空再溶解精密鋳造を使用して製造されます。
熱処理: 変形合金および一部の鋳造合金には、溶体化処理、中間処理、時効処理などの熱処理が必要です。 ウドメット 500 合金を例にとると、その熱処理システムは 4 段階に分かれています。溶体化処理、1175 度、2 時間、空冷。 中間処理、1080度、4時間、空冷。 一次時効処理、843度、24時間、空冷。 二次時効処理、760度、16時間、空冷。 必要な組織ステータスと良好な全体的なパフォーマンスを獲得するため。
