Nikljeve zlitine so razvrščene na podlagi njihove sestave, lastnosti in aplikacij. Glavne vrste vključujejo:
Nikelj-železne zlitine: Vsebujte 30–70% niklja z železom kot sekundarnim elementom, pogosto z dodatki, kot so krom, molibden ali baker. Primeri vključujejo Invar (64% NI, 36% Fe), znan po nizki toplotni ekspanziji, in Permalloy (78% NI, 22% Fe), ki se uporablja v magnetnih aplikacijah.
Nikeljne zlitine: Običajno sestavljen iz 60–70% niklja in 20–30% bakra, z manjšimi elementi, kot sta železo ali mangan. Monel 400 (67% NI, 30% Cu) je odličen primer, ki je vreden korozijske odpornosti v morskem in kemičnem okolju.
Nikelj-kromijeve zlitine: Za oksidacijsko odpornost ima visok krom (10–30%), pri čemer je nikelj kot osnova. Inconel 600 (76% NI, 16% CR, 8% Fe) se pogosto uporablja v visokotemperaturnih nastavitvah, kot so peči in toplotni izmenjevalci.
Nikelj-molibdenske zlitine: Bogat z molibdenom (15–30%), da se upira koroziji s kislinami (npr. Klorovodikova kislina). Hastelloy B-2 (62% NI, 28% MO) je ključni primer, ki se uporablja pri kemični obdelavi.
Nikelj-kromium-molibdenske zlitine: Združite krom in molibden za uravnoteženo oksidacijo in korozijsko odpornost. Hastelloy C-276 (57% Ni, 16% CR, 16% MO) se odlikuje v težkih okoljih, kot so rešitve, bogate s kloridom.
Nikelj-titanijeve zlitine (zlitine pomnilnika): Kot so nitinol (55% Ni, 45% Ti), ki kažejo učinke spomina na obliki in superelastičnost, ki se uporabljajo v medicinskih pripomočkih (stentov) in vesoljskih komponentah.
Nikelj Superalloys: Visokozmogljive zlitine z nikljem kot bazo (30–70%), ki jih izboljšajo elementi, kot so krom, kobalt, aluminij in titani, za ekstremno visokotemperaturno moč. Primeri vključujejo Inconel 718 in enokristalne zlitine, kot je CMSX-4.
Magnetne lastnosti nikljevih supelalijev so odvisne od njihove sestave, zlasti vsebnosti niklja in legiranih elementov.
Nikelj sam je feromagnetna(privabljajo ga magneti) pri sobni temperaturi. Vendar je veliko nikljevone-magnetni ali šibko magnetniZaradi legiranih dodatkov, ki motijo feromagnetni red.
Na primer:
Inconel 718, ki vsebuje ~ 52% Ni, skupaj s kromom, niobijem in molibdenom, je na splošno nemagnetno v njegovem žarjenem ali starodavnem stanju.
Alloys with higher nickel content (e.g., >80%) lahko ohrani šibek feromagnetizem, vendar je to redko pri superlogah, kjer krom in drugi elementi pogosto zavirajo magnetno vedenje.
Ključni razlog je, da elementi, kot so krom, molibden in kobalt, lahko znižajo feromagnetno Curie temperaturo niklja, zaradi česar so zlitine nemagnetne pri sobni temperaturi. Ta lastnost je ugodna pri vesoljskih in električnih aplikacijah, kjer je treba magnetne motnje zmanjšati.
Karbidi so pomembni oborini v nikljevih superlojih, ki jih tvori ogljik, ki reagira z ognjevzdržnimi kovinami. Izboljšajo visoko temperaturno moč, odpornost na lezenje in mejno stabilnost zrn. Skupni karbidi vključujejo:
MC karbidi: Kubični karbidi s strukturo tipa NaCl, kjer "M" predstavlja kovine, kot so Titanium (TIC), Tantalum (TAC), Niobium (NBC) ali hafnium (HFC). Te oblike med strjevanjem in jih pogosto najdemo kot diskretni delci, krepijo matrico in zavirajo rast zrn.
M₂₃c₆ karbidi: Kompleksni karbidi (npr. Cr₂₃c₆, (Cr, MO) ₂₃c₆), ki se oborijo pri mejah zrn. Izboljšajo mejno trdnost zrn, kar zmanjšuje medgranularno razpokanje pod visokotemperaturnim stresom. Krom je primarna kovina v m₂₃c₆, v nekaterih primerih pa se nadomešča molibden ali volframo.
M₆c karbidi: Šesterokotni ali kubični karbidi (npr. (Mo, W, Ni) ₆C), ki nastanejo pri vmesnih temperaturah. Pogosto jih najdemo v zlitinah, bogatih z molibdenom ali volframom (npr. Hastelloy X) in prispevajo k odpornosti na lezenje s pritrditvijo dislokacij.
M₇c₃ karbidi: Manj pogoste, vendar opažene v nekaterih zlitinah, se lahko ti karbidi (npr. Cr₇c₃) tvorijo med toplotno obdelavo in se lahko pri višjih temperaturah spremenijo v M₂₃c₆.
Porazdelitev in vrsta karbidov se nadzira s toplotno obdelavo, kar zagotavlja optimalne mehanske lastnosti za visokotemperaturno storitev.
Superloji, ki temeljijo na nikljah, imajo relativno nizko toplotno prevodnost v primerjavi s kovinami, kot sta baker ali aluminij, lastnost, ki uravnoteži zadrževanje toplote in strukturno celovitost pri visokotemperaturnih aplikacijah.
Tipične vrednosti: Toplotna prevodnost sega od10 do 25 w/(m · k)Pri sobni temperaturi se pri povišanih temperaturah nekoliko zmanjša. Na primer:
Inconel 718: ~ 11 w/(m · k) pri 20 stopinjah, ~ 16 w/(m · k) pri 800 stopinjah.
CMSX-4 (enokristalni superloy): ~ 12 w/(m · k) pri 20 stopinjah, ~ 18 w/(m · k) pri 1.000 stopinjah.
Hastelloy x: ~ 14 w/(m · k) pri 20 stopinjah, ~ 20 w/(m · k) pri 800 stopinjah.
Dejavniki, ki vplivajo na prevodnost: Legirani elementi (npr. Molibden in volfram zmanjšujeta prevodnost), mikrostrukturne značilnosti (npr. Oborine razpršene fonone, znižanje toplotnega transporta) in temperatura (prevodnost se zaradi povečanega gibanja fonona nekoliko poveča s temperaturo).
Inženirski pomen: Nizka toplotna prevodnost pomaga ohraniti toploto v vročih odsekih plinskih turbin, zmanjšati toplotne gradiente in izboljšati učinkovitost. Prav tako minimizira prenos toplote na hladnejše komponente, ki jih zaščiti pred pregrevanjem.
Superloji, ki temeljijo na nikljah, so v vesoljskem vesolju kritični zaradi svoje sposobnosti, da prenesejo ekstremne temperature, mehanski stres in korozijo. Ključne zlitine in njihove aplikacije vključujejo:
Inconel 718:
Kompozicija: ~ 52% NI, 19% CR, 18,5% Fe, 5% NB, 3% MO, 1% TI, 0,6% Al.
Prijave: Turbinski diski, rezila in ohišje v jet motorjih (npr. Turbine z nizkim tlakom) in raketni motorji. Njegova odlična varljivost in visoka trdnost pri 650–700 stopinjah omogočata vsestransko za strukturne komponente.
Inconel 625:
Kompozicija: ~ 61% Ni, 21,5% CR, 9% MO, 3,6% NB, 2,5% Fe.
Prijave: Zgorevalne komore, izpušni sistemi in kanalizacijo. Njegova vrhunska oksidacijska odpornost (do 1.093 stopinj) in korozijska odpornost ustrezata močnim motorjem.
Waspaloy:
Kompozicija: ~ 58% NI, 19% CR, 13% CO, 4,3% MO, 3% Ti, 1,4% Al.
Prijave: Visokotlačni turbinski diski in rezila v vojaških in komercialnih jet motorjih. Ponuja odlično odpornost na lezenje pri 760–815 stopinjah.
Enokristalne superloge (npr. CMSX-4, PWA 1484):
Kompozicija: ~ 60–65% NI, 10–20% CR, 5–10% CO, 5–8% Al, 5–10% W, z dodatki TA, TI ali RE.
Prijave: Visokotlačna turbinska rezila v naprednih jet motorjih (npr. Boeing 787, Airbus A350). Njihova enokristalna struktura odpravlja meje zrn, drastično zmanjša lezenje in izboljša trdnost pri 1.000–1,100 stopinj.
Haynes 282:
Kompozicija: ~ 57% NI, 20% CR, 10% CO, 8,5% MO, 2,1% TI, 1,5% Al.
Prijave: Turbinski diski in ohišje v motorjih naslednje generacije. Združuje visokotemperaturno moč z izboljšano izčrpanostjo v primerjavi s starejšimi zlitinami.
Te zlitine omogočajo, da vesoljske motorje delujejo pri višjih temperaturah, povečajo učinkovitost goriva in potisnejo, hkrati pa zagotavljajo dolgoročno zanesljivost.
