5s
+1
Submission successful!
Paduan berbasis nikel adalah paduan di mana nikel adalah elemen dasar strukturnya, dan struktur itulah yang menentukan kelasnya. Elemen dasar tidak dipilih karena sifatnya sendiri, melainkan karena kemampuannya menampung sejumlah besar elemen lain dalam larutan tanpa mengubah bentuk kristalnya. Itulah yang membuat keluarga ini begitu luas, dan juga mengapa keluarga ini tidak dapat digambarkan dengan satu daftar sifat.
Satu perbedaan harus diselesaikan sebelum kategori, karena itulah sumber sebagian besar kebingungan mengenai subjek ini. Paduan berbasis nikel lebih luas daripada paduan suhu tinggi berbasis nikel. Paduan suhu tinggi, juga disebut superalloy, adalah kelas yang didefinisikan oleh suhu layanan: definisi yang diterbitkan adalah paduan yang dapat digunakan di atas sekitar 0,7 dari suhu leleh absolutnya, di mana ketahanan mulur dan oksidasi adalah kriteria desain yang mengatur. Superalloy dibangun di atas dasar besi, dasar kobalt, atau dasar nikel, sehingga dasar nikel adalah salah satu pilihan di dalam kelas itu, dan kelas itu bukanlah keseluruhan metalurgi nikel.
Nikel murni dan paduan nikel-tembaga adalah paduan berbasis nikel yang bukan superalloy. Paduan presisi, di mana grade magnetik lunak adalah yang paling umum, juga berada di luar kelas suhu. Begitu juga keluarga memori bentuk. Memperlakukan kedua istilah sebagai sinonim membuat kategori di bawah ini tidak mungkin dinyatakan secara akurat, dan bagian setelah ini menjaganya tetap terpisah.
Matriks adalah apa yang membawa nama. Jika fase kontinu dalam bahan jadi adalah nikel, paduan tersebut berbasis nikel, apa pun elemen lainnya dan apa pun aplikasinya. Oleh karena itu, rentang komposisinya sangat besar, karena keluarga ini mencakup segalanya mulai dari nikel murni komersial sebesar 99,6% hingga superalloy yang dikeraskan presipitasi dengan selusin tambahan yang disengaja.
| Dasar matriks | Apa yang disumbangkan dasar itu | Di mana ia dipilih |
|---|---|---|
| Besi | Murah dan dapat dikerjakan, dan memadai untuk suhu sedang. Matriks dapat berubah, yang membatasi berapa banyak paduan yang dapat ditoleransinya sebelum sifatnya menjadi tidak stabil | Bagian struktural besar di mana biaya lebih penting daripada puncak rentang suhu |
| Kobalt | Titik leleh tinggi dan ketahanan yang baik terhadap kelelahan termal, dengan matriks yang menahan pelunakan yang dialami paduan yang dikeraskan presipitasi di puncak rentangnya | Bagian panas yang harus bertahan dari siklus termal, dan pekerjaan pelapisan aus |
| Nikel | Matriks yang tidak mengubah bentuk kristal dari suhu kamar hingga leleh, yang memungkinkan sejumlah besar paduan ditambahkan tanpa struktur menjadi tidak stabil. Panduan yang diterbitkan untuk pekerjaan aeroengine menempatkan nikel di depan dua dasar lainnya untuk tugas itu | Rentang tugas terluas dalam keluarga, dari layanan korosi hingga bagian berputar terpanas |
Titik struktural yang menjadi dasar segalanya sederhana untuk dinyatakan. Nikel adalah kubik berpusat muka, dan tetap kubik berpusat muka. Tidak ada transformasi alotropik antara suhu kamar dan titik leleh, sehingga pemanasan paduan nikel tidak mengubah susunan kisi-kisinya.
Besi berubah. Perbedaan itulah mengapa dasar nikel mentolerir kimia yang tidak dapat ditoleransi oleh dasar besi: elemen dapat ditambahkan dalam jumlah besar ke matriks yang tidak akan mengatur ulang di bawahnya. Konsekuensinya bagi pembeli adalah alasan mengapa satu keluarga paduan dapat mencakup tugas korosi, tugas listrik, dan tugas suhu tinggi tanpa metalurgi menjadi kontradiktif.
Batas berapa banyak yang dapat ditambahkan bukanlah angka tetap. Ini dicapai ketika paduan mulai mengeluarkan fase yang tidak pernah dimaksudkan, dan yang harus dihindari sudah diketahui. Mereka rapuh, dan mereka menghilangkan kromium dan molibdenum dari matriks yang ditambahkan untuk memperkuatnya, sehingga kerusakannya berlipat ganda.
| Fase yang terbentuk | Karakternya | Mengapa tidak diinginkan |
|---|---|---|
| Sigma | Fase yang dikemas secara topologis rapat. Atom-atomnya mempertahankan urutan tumpukan logam yang dikemas rapat, tetapi tidak dikemas rapat | Digambarkan dalam literatur yang diterbitkan sebagai yang paling merusak dari kelompok tersebut. Rapuh, dan mengupas kromium dan molibdenum dari matriks |
| Mu | Fase lain yang dikemas secara topologis rapat, terbentuk sebagai lempengan | Lempengan muncul sebagai jarum dalam penampang dan mengurangi daktilitas dan umur patah mulur |
| Laves | Fase yang dikemas secara topologis rapat yang terkait dengan niobium dan tambahan serupa | Mekanisme kerugian yang sama: rapuh di tempatnya, dan menguras matriks |
| Karburida di batas | Tidak selalu berbahaya. Karburida MC dan terkait menahan batas butir dan mengurangi geseran di sepanjang mereka | Berguna di batas, berbahaya ketika mereka terbentuk sebagai film kontinu atau mengeras dalam layanan |
Tidak ada aturan sederhana untuk konsentrasi di mana salah satu dari ini muncul. Panduan yang diterbitkan adalah bahwa batas komposisi harus dibaca dari diagram fase untuk sistem tertentu, atau diukur, itulah sebabnya spesifikasi paduan tidak dapat ditulis dengan menjumlahkan elemen yang bermanfaat dan berhenti.
Penguatan berarti membuatnya lebih sulit bagi dislokasi untuk bergerak melalui kisi. Paduan nikel diperkuat dengan dua cara, dan sebagian besar grade komersial menggunakan keduanya.
Atom dengan ukuran berbeda yang duduk di kisi nikel mendistorsinya secara lokal dan membuat kisi lebih sulit digeser. Daftar elemen yang bertindak seperti ini baik dalam matriks maupun presipitat termasuk kobalt, besi, kromium, niobium, tantalum, molibdenum, tungsten, vanadium, titanium, dan aluminium. Efeknya nyata tetapi kecil, dan berlaku pada setiap suhu hingga titik di mana atom itu sendiri mulai berdifusi.
Mekanisme kedua memberikan karakter suhu tinggi pada keluarga ini, dan bergantung pada kebetulan struktural. Menambahkan aluminium atau titanium ke dasar nikel menghasilkan mikrostruktur dua fase: matriks, ditulis γ, dengan partikel fase intermetalik, ditulis γ′, tersebar melaluinya. Kedua kisi berukuran serupa dan sejajar sel demi sel, hubungan yang disebut deskripsi yang diterbitkan sebagai kubus-kubus, dan oleh karena itu partikelnya koheren dengan matriks saat masih kecil.
Kebetulan itu menghasilkan tiga manfaat terpisah sekaligus. Antarmuka antara kedua fase memiliki energi rendah, sehingga partikel menahan pengerasan, yang merupakan stabilitas struktural yang penting pada suhu. Partikelnya teratur secara atom, dan keteraturan itu menghalangi pergerakan dislokasi. Dan karena pengerasan didorong oleh pengurangan energi antarmuka, antarmuka koheren memperlambat proses yang seharusnya melunakkan paduan.
| Matriks, γ | Presipitat, γ′ | |
|---|---|---|
| Kisi | Kubik berpusat muka, digambarkan sebagai kubik-F | Kubik primitif, digambarkan sebagai kubik-P |
| Susunan atom | Larutan padat dengan distribusi acak | Atom nikel di pusat muka, atom aluminium atau titanium di sudut kubus |
| Komposisi | Tidak tetap, itulah intinya matriks | Ni3Al, Ni3Ti atau Ni3(Al,Ti). Tidak benar-benar stoikiometrik, karena kekosongan atau atom tersubstitusi menggesernya dari rasio ideal |
| Apa lagi yang larut di dalamnya | Sebagian besar tambahan yang disengaja | Niobium, hafnium, dan tantalum secara selektif masuk ke dalam presipitat |
| Hubungannya dengan yang lain | Membentuk fase kontinu | Orientasi kubus-kubus, sehingga tepi sel keduanya sejajar persis. Koheren saat partikel masih kecil |
| Apa yang dilakukannya untuk kekuatan | Membawa daktilitas | Membawa kekuatan suhu tinggi, dan merupakan alasan mengapa kekuatan paduan ini relatif tidak sensitif terhadap suhu |
Rasio aluminium terhadap titanium adalah kontrol, bukan detail. Ini mengatur ukuran dan tanda ketidakcocokan antara kedua kisi, dan ketidakcocokan negatif, yaitu presipitat dengan sel yang lebih kecil, mendorong pembentukan struktur berlapis di bawah beban. Laporan yang diterbitkan mencatat bahwa ini dapat mengurangi laju mulur.
Kelompok tambahan ketiga sama sekali tidak memberikan penguatan di dalam butir. Boron dan zirkonium memisahkan diri ke batas butir, dan pengurangan energi batas yang mengikuti dikaitkan dengan kekuatan mulur yang lebih baik dan daktilitas yang lebih baik ketika kegagalan sebaliknya terjadi karena butir terpisah. Elemen pembentuk karburida berperilaku serupa: karburida cenderung mengendap di batas dan mengurangi geseran di sepanjang mereka.
| Peran | Elemen | Apa yang dilakukan elemen itu |
|---|---|---|
| Ketahanan oksidasi | Kromium, dan aluminium | Membentuk kerak oksida pelindung. Tambahan kecil yttrium membantu kerak itu menempel pada logam di bawahnya |
| Penguatan larutan padat | Kobalt, besi, kromium, niobium, tantalum, molibdenum, tungsten, vanadium, titanium, aluminium | Mendistorsi kisi baik dalam matriks maupun presipitat. Sebagian besar bertindak di keduanya |
| Pembentukan presipitat | Aluminium dan titanium; niobium atau vanadium dalam grade yang menggunakan presipitat lain | Membangun fase teratur yang membawa kekuatan suhu tinggi |
| Penguatan batas butir | Boron dan zirkonium | Memisahkan diri ke batas dan menurunkan energinya |
| Pembentukan karburida | Karbon bersama dengan kromium, molibdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, dan hafnium | Mengendap di batas dan mengurangi geseran, asalkan karburida tetap diskrit |
Proporsi fase teratur dalam mikrostruktur dapat diatur oleh perlakuan panas, dan angka yang diterbitkan menunjukkan seberapa jauh persyaratan bergerak dengan pekerjaan. Ini adalah angka tunggal yang paling berguna di halaman untuk pembeli, karena menjelaskan mengapa dua paduan dengan komposisi serupa dipasok dalam temper yang sama sekali berbeda.
| Tugas | Proporsi fase teratur yang diterbitkan | Apa artinya itu untuk pasokan |
|---|---|---|
| Bilah turbin untuk aeroengine, berjalan di atas 1.000 °C | Biasanya di atas 0,6 | Mikrostruktur didominasi oleh presipitat. Bagian-bagian ini dicetak daripada dilas ke dalam rakitan, dan proporsi presipitat yang tinggi adalah alasannya |
| Layanan pada sekitar 750 °C di mana pengelasan digunakan untuk membuat bagian tersebut | Sekitar 0,2 | Hanya seperlima mikrostruktur yang perlu menjadi fase teratur. Proporsi yang lebih rendah meninggalkan daktilitas yang cukup agar bagian tersebut dapat dilas, yang tidak dapat diandalkan diizinkan oleh grade yang sangat mengendap |
Sumber yang sama memberikan suhu di mana mekanisme itu mulai gagal. Kekuatan pada paduan ini sangat tidak sensitif terhadap suhu hingga titik tertentu, dan angka yang diterbitkan untuk batasnya adalah sekitar 600 °C, di luar itu aktivasi termal cukup bagi dislokasi untuk melewati rintangan. Itulah alasan mengapa proporsi naik tajam untuk aplikasi terpanas, dan bukan karena paduan itu dibuat lebih keras.
Kategori di bawah ini diatur berdasarkan layanan di mana paduan dibeli, yang merupakan cara material dipesan. Masing-masing adalah kumpulan elemen yang berbeda yang melakukan pekerjaan yang berbeda, dan kolom suhu adalah bagian yang paling sering salah dinyatakan.
| Kategori | Apa yang mendefinisikannya | Elemen yang membawanya | Karakter suhu |
|---|---|---|---|
| Tahan panas | Kekuatan dan kerak oksida pelindung yang dipertahankan pada suhu, dengan ketahanan mulur sebagai kriteria yang mengatur | Kromium dan aluminium untuk kerak, aluminium dan titanium untuk presipitat, logam refraktori dalam larutan | Kelas yang memberikan reputasi suhu tinggi pada keluarga ini. Definisi superalloy yang diterbitkan adalah layanan di atas sekitar 0,7 dari suhu leleh absolut |
| Tahan korosi | Ketahanan terhadap media kimia, yang merupakan masalah berbeda dan tidak memerlukan kekuatan tinggi | Tembaga, kromium, dan molibdenum, dalam proporsi yang ditentukan oleh media | Nikel murni komersial berada di salah satu ujung kelompok ini, dan grade nikel-molibdenum di ujung lainnya. Tidak ada di antaranya yang merupakan paduan suhu tinggi |
| Tahan aus | Kekerasan dan ketahanan terhadap kehilangan material pada kontak, biasanya juga pada suhu | Kromium, molibdenum, dan tungsten, dengan karburida untuk fase keras | Karburida melakukan pekerjaan. Matriks menahannya di tempatnya, itulah sebabnya grade dipilih sebanyak karena apa yang tidak akan hilang seperti karena kekuatannya |
| Presisi | Respons fisik yang dikontrol secara presisi alih-alih mekanis. Sifat yang dikontrol adalah permeabilitas magnetik, resistansi listrik, atau ekspansi termal yang menjadi fokus aplikasi | Grade magnetik lunak berjalan sekitar 80% nikel, yang memberikan permeabilitas tinggi dengan koersivitas rendah | Baca sifatnya, bukan suhunya. Grade ini bukan material turbin, dan suhu mendekati 1.000 °C termasuk dalam kategori tahan panas dan bukan kategori ini |
| Memori bentuk | Perubahan struktur kristal yang dapat dibalik yang mengembalikan bagian ke bentuk yang diingat | Nikel dan titanium dalam proporsi atom yang kira-kira sama | Sifat yang berguna adalah suhu transformasi, yang diatur oleh rasio kedua elemen dan dipilih untuk aplikasi |
Tidak, dan perbedaannya penting ketika spesifikasi ditulis. Superalloy didefinisikan oleh suhu layanannya, di atas kira-kira 0,7 dari suhu leleh absolutnya, dan dapat dibangun di atas dasar besi, dasar kobalt, atau dasar nikel. Paduan berbasis nikel didefinisikan oleh matriksnya: fase kontinu adalah nikel. Nikel murni komersial, paduan nikel-tembaga, grade presisi magnetik lunak, dan paduan memori bentuk semuanya adalah paduan berbasis nikel, dan tidak ada di antaranya yang merupakan superalloy.
Karena matriks tidak mengubah bentuk kristal. Nikel tetap kubik berpusat muka dari suhu kamar hingga titik lelehnya, tanpa transformasi alotropik di antaranya, sehingga sejumlah besar paduan dapat ditambahkan tanpa struktur mengatur ulang di bawahnya. Besi berubah, yang membatasi kimia yang dapat dibawa oleh dasar besi sebelum sifatnya menjadi tidak stabil.
Matriks, ditulis γ, adalah larutan padat kubik berpusat muka dengan distribusi atom acak, dan merupakan fase kontinu. Presipitat, ditulis γ′, adalah senyawa intermetalik berbentuk Ni3Al atau Ni3(Al,Ti) dengan kisi kubik primitif, di mana nikel berada di pusat muka dan aluminium atau titanium di sudut. Kedua kisi sejajar sel demi sel, yang disebut hubungan kubus-kubus dan membuat partikel koheren dengan matriks saat masih kecil.
Tiga efek yang saling memperkuat. Antarmuka antara kedua fase memiliki energi rendah karena kisi-kisi cocok, sehingga partikel menahan pengerasan dan struktur tetap stabil. Partikelnya teratur secara atom, dan keteraturan itu menghalangi pergerakan dislokasi. Dan karena pengerasan didorong oleh pengurangan energi antarmuka, antarmuka koheren memperlambat proses yang seharusnya melunakkan paduan. Data yang diterbitkan juga menunjukkan kekuatan tetap hampir datar dengan suhu hingga sekitar 600 °C sebelum aktivasi termal mengambil alih.
Tidak. Batas dicapai ketika paduan mulai membentuk fase yang tidak diinginkan, dan fase yang dikemas secara topologis rapat adalah yang perlu diperhatikan. Sigma digambarkan dalam literatur yang diterbitkan sebagai yang paling merusak di antara mereka. Fase-fase ini rapuh, dan mereka juga menghilangkan kromium, molibdenum, dan elemen serupa dari matriks, sehingga paduan kehilangan penguatan yang dibawanya serta mendapatkan konstituen yang rapuh. Tidak ada aturan sederhana untuk batasnya, yang harus dibaca dari diagram fase untuk sistem atau diukur.
Ini adalah paduan berbasis nikel yang dipilih untuk respons fisik alih-alih respons mekanis. Grade magnetik lunak sekitar 80% nikel adalah contoh yang paling jelas: sifat yang dibeli adalah permeabilitas tinggi dengan koersivitas rendah, yang membuat material berguna sebagai inti alih-alih sebagai bagian struktural. Itu adalah persyaratan desain yang berbeda dari ketahanan mulur, dan kedua kategori ditentukan dengan cara yang berbeda.
Paduan berbasis nikel adalah paduan di mana nikel membentuk fase kontinu, dan matriks itulah, bukan aplikasi, yang menempatkan paduan dalam keluarga ini. Nikel dipilih sebagai dasar karena tetap kubik berpusat muka dari suhu kamar hingga leleh, yang memungkinkan struktur menerima lebih banyak paduan daripada yang dapat dibawa oleh dasar besi. Kekuatan berasal dari elemen yang ditahan dalam larutan dan dari presipitat teratur, γ′, yang sejajar sel demi sel dengan matriks dan koheren dengannya. Tambahan batas butir dan karburida bekerja di batas. Proporsi presipitat yang berguna berkisar dari sekitar 0,2 di mana bagian harus dilas pada sekitar 750 °C hingga di atas 0,6 pada bilah yang berjalan lebih panas dari 1.000 °C.
Bahan berbasis nikel dipasok dari Changzhou, Jiangsu di seluruh kategori di atas: grade nikel murni dan nikel-tembaga, keluarga nikel-kromium dan nikel-kromium-besi, grade nikel-molibdenum tahan korosi, paduan resistansi dan pemanas, dan grade presisi, dalam bentuk batang, kawat, strip, pelat, dan tabung. Pabrik memegang sertifikasi ISO 9001 dan diaudit oleh SGS. Kirim media layanan atau suhu layanan dan bentuk yang dibutuhkan, dan kategori akan mengikuti dari sana.
Angka dan deskripsi struktural yang dikutip adalah nilai yang diterbitkan dan bukan batas penerimaan. Proporsi presipitasi dan batas paduan bergantung pada kimia individu, perlakuan panas, dan ukuran penampang, dan tidak ada aturan umum yang menggantikan diagram fase untuk sistem yang bersangkutan. Penerimaan bahan yang dikirim bergantung pada sertifikat uji pabrik untuk panas yang dipasok.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
中文
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski