آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به حرارت
سوپرآلیاژهای بر پایه نیکل متناسب با ویژگی های شیمیایی و مکانیکی، به انواع گوناگونی تقسیم می شود؛ دسته ای از آنها مقاوم به انواع خوردگی و دسته ای دیگر مقاوم به حرارت و دماهای زیاد هستند. این آلیاژها با توجه به اینکه با چه عناصری به جز نیکل، تشکیل شده اند، در برابر چنین عواملی مقاوم و مستحکم هستند. در این مقاله، قصد داریم ابتدا آلیاژ نیکل و نکات تکمیلی آن را بیان کنیم، سپس به سراغ آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به حرارت برویم و رایج ترین آنها را معرفی کنیم .
آلیاژ یعنی چه؟ چه تفاوتی با سوپرآلیاژ دارد؟
آلیاژ ترکیبی از چندین عنصر فلزی است؛ البته یکی از این عناصر با عنوان فلز اصلی یا پایه شناخته می شود؛ در نتیجه وقتی از آلیاژهای بر پایه نیکل صحبت می کنیم، یعنی درباره آن دسته از مقاطع فلزی بحث می کنیم که از چندین فلز ترکیب شده اند و پایه اصلی این ترکیب ها، فلز نیکل است .
سوپرآلیاژ هم گونه ای از آلیاژ است، با این تفاوت که در سوپرآلیاژها، خواص گوناگون فلزات مانند خواص مکانیکی، تا حدود زیادی تقویت شده است؛ به بیان دیگر، سوپرآلیاژها، آن دسته از آلیاژها هستند که توان بیشتری در مقابله با حرارت یا سایر مؤلفه های مخرب در آهن آلات دارند.
آلیاژها و ابرآلیاژهای بر پایه نیکل
مشهورترین ابرآلیاژها آن آلیاژهایی هستند که بر پایه نیکل، کبالت و آهن ایجاد شده اند؛ پس نیکل یکی از عناصر فلزی بسیار مهم در بسیاری از آلیاژهاست. اهمیت نیکل را وقتی درک می کنیم که بدانیم حدود 70 درصد از نیکل استخراج شده در سطح دنیا، برای ساخت فولاد زنگ نزن استفاده می شود. علاوه بر این، حدود ده درصد از باقی نیکل ها، در ساخت آلیاژهای پایه مس یا نیکل به کار می روند و مقادیر قابل توجهی از آن نیز، در صنعت آبکاری و ریخته گری مورد استفاده قرار می گیرند. ممکن است برای شما سؤال شود نیکل چه خواصی دارد که در این ابعاد، در صنعت استفاده می شود؛ مهم ترین خواص شیمیایی نیکل، شامل موارد زیر می شود:
- درصد ذوب بسیار بالا در مقایسه با سایر فلزات برابر با 1453 درجه سلسیوس؛
- مقاومت اثبات شده در برابر خوردگی و اکسیداسیون
- ترکیب آسان با سایر عناصر فلزی ؛
- دارای خاصیت کاتالیزوری.
حرارت در آلیاژ نیکل
حالا که آلیاژ نیکل را بهتر شناختیم، وقت آن رسیده است که مقداری هم درباره حرارت و مقاومت به حرارت در آلیاژهای پایه نیکل صحبت کنیم. زمانی که صنعتگران قصد دارند از یک قطعه فلزی در موقعیتی که حرارت زیادی در آن جریان دارد استفاده کنند، باید اطلاعاتی درباره توان و میزان مقاومت آن فلز در برابر حرارت کسب کنند؛ ساده ترین اتفاق در موقعیت های با حرارت بالا، رسیدن فلز به نقطه ذوب است. البته نباید فراموش کنیم که وقتی فلزات آلیاژی در برابر حرارت قرار می گیرند، آسیب های دیگری هم به آنها وارد می شود؛ مانند:
- کم شدن مقادیر مقاومت مکانیکی در فلزهای آلیاژی و بروز خزش در آن؛ این مسئله زمینه ساز شکست در فلزها و قطعه های فلزی می شود؛
- بالاترین سرعت واکنش های شیمیایی که با عوامل محیطی همگام می شود و در نهایت موجب خوردگی حرارتی یا دما بالا می شود.
با توجه به این مقدمات، متخصصان در تلاش هستند که خواص شیمیایی نیکل را با خواص شیمیایی برخی دیگر از عناصر ترکیب کنند، تا به فلزی برسند که ویژگی های زیر را دارد :
- مقاومت مطلوب در برابر انواع خزش و خستگی؛
- استحکام در برابر اکسید کربن؛
- مقاومت در برابر انواع سایش و فرسایش؛
- استحکام مثال زدنی در برابر بخار آب.
آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به حرارت کدام اند؟
در سال های آغازین قرن گذشته میلادی، اولین آلیاژ پایه نیکل کشف شد و از آن زمان تا به حال متخصصان در تلاش اند تا آلیاژهای نیکلی بیشتری را وارد چرخه های صنعتی کنند؛ این روزها، چندین آلیاژ بر پایه نیکل در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد که هرکدام، ویژگی های شیمیایی و خواص گوناگونی دارند. در ادامه، ابتدا سوپرآلیاژهای نیکل بر اساس معیار ذوب را بررسی می کنیم و در انتها، به معرفی آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به حرارت می پردازیم:
- آلیاژهای نیکل ذوب شونده در خلأ با استحکام بالا؛
- آلیاژهای نیکل اولیه ذوب شونده در خلأ؛
- آلیاژهای نیکل جدید ذوب شونده در هوا؛
- آلیاژهای نیکل اولیه ذوب شونده در هوا.
نیکل خالص ریختگی CZ-100
این آلیاژ از ترکیب عناصر فلزی زیر ساخته شده است :
- 97 درصد نیکل؛
- 2 درصد سیلیسیم؛
- 1 درصد کربن.
آلیاژ نیکل خالص ریختگی CN-100 علاوه بر مقاومت بسیار مطلوب در برابر خوردگی، قابلیت زیادی در مقاومت و هدایت حرارتی دارد. اطلاعات تکمیلی این آلیاژ، شامل موارد زیر می شود:
- دمای لیکوئیدس برابر با 1460 الی 1425 درجه سانتی گراد؛
- دمای سالیدوس 1410 الی 1360 درجه سانتی گراد؛
- دمای ذوب در حدود 1345 درجه سانتی گراد؛
- دمای ریخته گری در ماسه برابر با 1595 الی 1510 درجه سانتی گراد.
آلیاژ M35
این آلیاژ از جمله آلیاژهای بر پایه نیکل و مس محسوب می شود که با عنوان مونل هم شناخته می شوند؛ نباید فراموش کنیم که انواع دیگری مانند آلیاژهای 2-M35 نیز وجود دارد که خواص متفاوتی دارند.
آلیاژ 1-M35 از حدود 62 تا 74 درصد نیکل و 26 تا 33 درصد مس تشکیل شده است؛ گفتنی است که این آلیاژها مقاومت مطلوبی در برابر حرارت دارند و علاوه بر حرارت، گزینه مناسبی برای مقابله با مواد خورنده هستند. مشخصات تخصصی این آلیاژ، شامل موارد زیر می شود:
- دمای ذوب برابر با 1315 الی 1345 درجه سانتی گراد؛
- دمای ریخته گری برابر با 1565 الی 1480 درجه سانتی گراد.
آلیاژ M30 H
این آلیاژ که با عنوان مونل H نیز مشهور است، در اصل برای مقاصد ضد تاول زدگی و خوردگی مورداستفاده قرار می گیرد، اما مقاومت آن در برابر حرارت نیز مطلوب است؛ جالب است بدانید که از منیزیم برای اکسیژن زدایی این آلیاژ استفاده های بهینه ای می شود. مشخصات ذوب و ریخته گری آن شامل موارد زیر می شود:
- دمای ذوب برابر با 1315 تا 1285 درجه سانتی گراد؛
- دمای ریخته گری برابر با 1455 تا 1315 درجه سانتی گراد.
آلیاژ CY40
این آلیاژ از ترکیب 70 تا 86 درصد نیکل و 14 تا 17 درصد کرم ساخته می شود. آلیاژ CY40 که با عنوان اینکونل 600 نیز شناخته می شود، یکی از آلیاژهای معروف مقاوم در برابر حرارت است. نقطه ذوب و دمای ریخته گری این آلیاژ، شامل موارد زیر می شود:
- نقطه ذوب برابر با 1370 تا 1400 درجه سانتی گراد؛
- دمای ریخته گری برابر با 1540 تا 1620 درجه سانتی گراد.
آلیاژ N-12M
این آلیاژ گزینه ای مناسب برای کار در موقعیت های با حرارت بالا می باشد؛ البته این نکته را هم باید در نظر داشته باشید که آلیاژ N-12M مقاومت مطلوبی در برابر مواد اسیدی یا نمک های اکسیدکننده ندارد و در صورت مواجه با این مواد، دمای کار با آنها به زیر 800 درجه سانتی گراد می رسد.
ویژگی های این آلیاژ در محیط های غیر اسیدی، شامل موارد زیر می شود:
- دمای لیکوئیدوس برابر با 1370 درجه سانتی گراد؛
- دمای سالیدوس برابر با 1300 درجه سانتی گراد؛
- دمای ریخته گری مطلوب برابر با 1450 درجه سانتی گراد.
سخن آخر
در این مقاله، ابتدا مقداری درباره آلیاژها و سوپرآلیاژها صحبت کردیم و پس از آن، آلیاژ نیکل را موردبحث قرار دادیم. بعد از معرفی مختصر آلیاژ نیکل، تلاش کردیم تا به سراغ معرفی آن دسته از آلیاژهای بر پایه نیکل برویم که مقاومت مطلوبی در برابر حرارت دارند. مواردی مانند N-12M، CY40 و M30 H از جمله آلیاژهای پایه نیکل مقاوم به حرارت محسوب می شوند.
