Nikkeliseokset luokitellaan niiden koostumuksen, ominaisuuksien ja sovellusten perusteella. Päätyyppejä ovat:
Nikkeli-rautaseokset: Sisältää 30–70% nikkeliä, jolla on rauta toissijaisena elementtinä, usein lisäyksillä, kuten kromi, molybdeeni tai kupari. Esimerkkejä ovat InVar (64% NI, 36% FE), joka tunnetaan alhaisesta lämmön laajenemisesta, ja permalloos (78% NI, 22% FE), joita käytetään magneettisissa sovelluksissa.
Nikkeli: Koostuu tyypillisesti 60–70% nikkeliä ja 20–30% kuparia, pienissä elementeissä, kuten rauta tai mangaani. Monel 400 (67% Ni, 30% Cu) on erinomainen esimerkki, jonka arvo on korroosionkestävyyden suhteen meri- ja kemiallisissa ympäristöissä.
Nikkeli-kromi-seokset: Ominaisuuden korkea kromi (10–30%) hapettumiskestävyydelle, nikkeliä emäksenä. Inconel 600 (76% Ni, 16% Cr, 8% Fe) käytetään laajasti korkean lämpötilan asetuksissa, kuten uunit ja lämmönvaihtimet.
Nikkeli-molybdeenseokset: Runsaasti molybdeeniä (15–30%) happojen korroosion kestämiseksi (esim. Suolahappo). Hastelloy B-2 (62% NI, 28% MO) on avainesimerkki, jota käytetään kemiallisessa prosessoinnissa.
Nikkeli-kromi-molybdeeneokset: Yhdistä kromi ja molybdeeni tasapainoisen hapettumisen ja korroosioresistenssin suhteen. Hastelloy C-276 (57% NI, 16% Cr, 16% Mo) on ankarissa ympäristöissä, kuten kloridirikkaissa liuoksissa.
Nikkeli-titaaniseokset (muotomuistiseokset): Kuten nitinoli (55% NI, 45% TI), joilla on muodon muistivaikutuksia ja superelastisuutta, jota käytetään lääkinnällisissä laitteissa (stenteissä) ja ilmailu-
Nikkelin superseokset: Suorituskykyiset seokset, joiden nikkeli on emäkseksi (30–70%), parantavat elementtejä, kuten kromi, koboltti, alumiini ja titaani, äärimmäisen korkean lämpötilan lujuudelle. Esimerkkejä ovat Inconel 718 ja yksikristalliseokset, kuten CMSX-4.
Nikkeli -superseosten magneettiset ominaisuudet riippuvat niiden koostumuksesta, erityisesti nikkelisisällöstä ja seostuselementeistä.
Itse nikkeli on ferromagneettinen(houkutteli magneetteja) huoneenlämpötilassa. Monet nikkelin superseokset ovat kuitenkinei-magneettinen tai heikosti magneettinenjohtuen lisäyksistä, jotka häiritsevät ferromagneettista järjestystä.
Esimerkiksi:
Inconel 718, joka sisältää ~ 52% NI: tä yhdessä kromin, niobiumin ja molybdeenin kanssa, on yleensä ei-magneettinen sen hehkutetussa tai ikääntyneessä tilassa.
Alloys with higher nickel content (e.g., >80%) voi säilyttää heikon ferromagnetismin, mutta tämä on harvinaista superseosissa, joissa kromi ja muut elementit tukahduttavat usein magneettisen käyttäytymisen.
Tärkein syy on, että elementit, kuten kromi, molybdeeni ja koboltti, voivat vähentää nikkelin ferromagneettista curien lämpötilaa, mikä tekee seoksista magneettisia huoneenlämpötilassa. Tämä ominaisuus on edullinen ilmailu- ja sähkösovelluksissa, joissa magneettiset häiriöt on minimoitava.
Karbidit ovat tärkeitä saostumia nikkelin superseosissa, jotka on muodostettu hiilen reagoimalla tulenkestävällä metallilla. Ne parantavat korkean lämpötilan voimakkuutta, hiipimäkestävyyttä ja rajan stabiilisuutta. Yleisiä karbideja ovat:
MC Carbides: Kuutiokarbidit, joissa on NaCl-tyyppinen rakenne, jossa "M" edustaa metalleja, kuten titaani (TIC), tantaali (TAC), niobium (NBC) tai hafnium (HFC). Nämä muodostuvat kiinteytymisen aikana ja niitä löytyy usein erillisinä hiukkasina, vahvistaen matriisia ja estävät viljan kasvua.
M₂₃C₆ Carbides: Monimutkaiset karbidit (esim. Cr₂₃c₆, (Cr, MO) ₂₃c₆), jotka saostuvat viljan rajoissa. Ne parantavat viljarajalujuutta vähentäen rakeiden välistä halkeamista korkean lämpötilan stressissä. Kromi on primaarinen metalli m₂₃c₆: ssä, molybdeenin tai volframin korvaamalla joissain tapauksissa.
M₆C Carbides: Kuusikulmaiset tai kuutiokarbidit (esim. MO, W, Ni) ₆C), jotka muodostavat keskilämpötiloissa. Niitä löytyy usein molybdeenistä tai volframista runsaasti seoksista (esim. Hastelloy X) ja edistävät hiipimiskestävyyttä kiinnittämällä dislokaatioita.
M₇C₃ Carbides: Vähemmän yleistä, mutta havaitaan joissain seoksissa, nämä karbidit (esim. Cr₇c₃) voivat muodostua lämpökäsittelyn aikana ja voivat muuttua m₂₃c₆: ksi korkeammissa lämpötiloissa.
Karbidien jakautumista ja tyyppiä ohjataan lämpökäsittelyllä, mikä varmistaa optimaaliset mekaaniset ominaisuudet korkean lämpötilan palveluun.
Nikkelipohjaisilla superseosilla on suhteellisen alhainen lämmönjohtavuus verrattuna metalleihin, kuten kupariin tai alumiiniin, ominaisuus, joka tasapainottaa lämmönpidätyskykyä ja rakenteellista eheyttä korkean lämpötilan sovelluksissa.
Tyypilliset arvot: Lämmönjohtavuus vaihtelee10 - 25 w/(m · k)huoneenlämpötilassa laskee hiukan kohonneissa lämpötiloissa. Esimerkiksi:
Inconel 718: ~ 11 W/(M · K) 20 asteessa, ~ 16 W/(M · K) 800 asteessa.
CMSX-4 (yksikiteinen superalloos): ~ 12 W/(M · K) 20 asteessa, ~ 18 W/(M · K) 1000 asteessa.
Hastelloy X: ~ 14 W/(M · K) 20 asteessa, ~ 20 W/(M · K) 800 asteessa.
Johtavuuteen vaikuttavat tekijät: Asetauselementit (esim. Molybdeeni ja volframi vähentävät johtavuutta), mikrorakenteellisia piirteitä (esim. Sakaat sirontafononit, lämpökuljetusten alentaminen) ja lämpötila (johtavuus nousee hieman lämpötilan kanssa tehostetun fononiliikkeen vuoksi).
Tekniikan merkitys: Alhainen lämmönjohtavuus auttaa säilyttämään lämpöä kaasuturbiinien kuumissa osissa, vähentämällä lämpögradienteja ja parantamaan tehokkuutta. Se minimoi myös lämmönsiirron jäähdyttimiin komponentteihin suojaamalla niitä ylikuumenemiselta.
Nikkelipohjaiset superseokset ovat kriittisiä ilmailualan kannalta niiden kyvyn kestämisestä äärimmäisistä lämpötiloista, mekaanisesta stressistä ja korroosiosta. Tärkeimmät seokset ja niiden sovellukset sisältävät:
Inconel 718:
Koostumus: ~ 52% Ni, 19% Cr, 18,5% Fe, 5% NB, 3% MO, 1% TI, 0,6% Al.
Sovellukset: Turbiinilevyt, terät ja kotelot suihkumoottoreissa (esim. Matalapaineinen turbiinit) ja rakettimoottoreissa. Sen erinomainen hitsaus ja korkea lujuus 650–700 asteessa tekevät siitä monipuolisen rakenteellisille komponenteille.
Inconel 625:
Koostumus: ~ 61% Ni, 21,5% Cr, 9% MO, 3,6% NB, 2,5% Fe.
Sovellukset: Palamiskammiot, pakojärjestelmät ja kanavat. Sen ylivoimainen hapettumiskestävyys (jopa 1 093 asteeseen) ja korroosionkestävyys sopii ankariin moottoriympäristöihin.
Ampuma:
Koostumus: ~ 58% Ni, 19% Cr, 13% CO, 4,3% MO, 3% TI, 1,4% Al.
Sovellukset: Korkeapaineinen turbiinilevyt ja terät sotilaallisissa ja kaupallisissa suihkumoottoreissa. Se tarjoaa erinomaisen ryömimisen vastustuskyvyn 760–815 asteessa.
Yksikiteinen superseokset (esim. CMSX-4, PWA 1484):
Koostumus: ~ 60–65% Ni, 10–20% Cr, 5–10% CO, 5–8% AL, 5–10% W, TA, TI tai RE -lisäyksillä.
Sovellukset: Korkeapaineinen turbiinin terät edistyneissä suihkumoottoreissa (esim. Boeing 787, Airbus A350). Niiden yksikristallirakenne eliminoi viljarajat, vähentäen dramaattisesti hiipiä ja parantaen lujuutta 1000–1 100 asteessa.
Haynes 282:
Koostumus: ~ 57% Ni, 20% Cr, 10% CO, 8,5% MO, 2,1% TI, 1,5% Al.
Sovellukset: Turbiinilevyt ja kotelot seuraavan sukupolven moottoreissa. Se yhdistää korkean lämpötilan lujuuden parannetulla valmistettavuudella verrattuna vanhempiin seoksiin.
Nämä seokset mahdollistavat ilmailu- ja avaruusmoottorien toiminnan korkeammissa lämpötiloissa, lisäämällä polttoainetehokkuutta ja työntövoimaa samalla kun varmistavat pitkäaikaisen luotettavuuden.
