镍合金在产品设计中的应用
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成型工艺
金属常见的铸造工艺、冲压工艺等都是镍合金加工的常用方式。
(1)锻造:锻造是普遍的金属加工工艺,通过反复将金属加热锤击淬火,直到得到想要的形状。适合单件和小批量生产。
工艺流程:开合模具锻造:加热的金属块通过上下模具锤压成型,用于延长金属形状,必须由经验丰富的操作工手工操作;闭合模具锻造:加热的金属块(黄色部分)通过上下模具锤压成型,用于金属的快速成型
CMF实验室 | 镍合金
CMF实验室 | 镍合金
(2)冲压成型:是一种金属冷处理加工方法,又被称之为冷冲压或板料冲压,借助冲压设备的动力,使金属板材在模具内直接受力成型,冲压的零件广泛应用于汽车零件制造和家用电器的制造。适合大批量生产。
工艺流程:将金属板材固定在模具台面上 → 冲头垂直下落,使金属板材在模具内部受力成型 →
冲头上升,零件被取出等待下一步修边打磨工序,整个过程在1s-1min左右
CMF实验室 | 镍合金
(3)失蜡成型:是一种少切削或无切削的精密铸造工艺,生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其它精密铸造方法要高。
镍合金
除纯镍外,化学加工业所用的镍合金强度大大高于300系不锈钢。镍合金还具有非常好的延展性和韧性(见表2所列的室温力学性能)。用于化工设备的大多数合金的许用应力见ASME锅炉和压力容器规范第Ⅷ卷。
镍合金是全奥氏体显微组织。化学工业使用的所有镍合金几乎都是固溶强化的。它们强度的提高来自于有效硬化元素如钼和钨的添加,而不是碳化物的形成。与奥氏体不锈钢一样,固溶镍合金不能通过热处理强化,而只能通过冷加工使其强化。
另一大类镍基合金可通过沉淀硬化热处理来强化。这类合金大多数专门用于超高强度用途,如深层油气生产和超高压工艺过程所使用的合金。
沉淀硬化镍基合金除了用于阀门和旋转机械部件外,在化工设备的应用有限。这类合金中包括燃气轮机、燃烧室以及航天用途所使用的耐热超级合金。
钢与镍及镍合金焊接,常见问题解答
制造化工和石油设备时,为了节省昂贵的镍,经常需要将钢与镍及合金焊接在一起。
焊接的主要问题
焊接时,焊缝中的主要成分是铁和镍,铁和镍能够无限互溶,不形成金属间化合物。在一般情况下,焊缝中的含镍量相对高,所以在焊接接头的熔合区,不会形成扩散层。焊接的主要问题是在焊缝中容易产生气孔和热裂纹。
气孔
钢与镍及其合金焊接时,影响焊缝中形成气孔的主要因素是氧、镍及其他合金元素的含量。
①氧的影响。焊接时,液态金属中可能会溶解较多的氧,而氧在高温时与镍氧化,形成NiO,NiO能与液体金属中的氢和碳发生反应生成水蒸气和,在熔池凝固时如来不及逸出,残留在焊缝中就形成气孔。在纯镍与Q235-A埋弧焊的铁镍焊缝中,在氮和氢含量变化不大的情况下,焊缝中含氧量越高,焊缝中气孔数量越多。
②镍的影响。在铁镍焊缝中,氧在铁镍中的溶解度不同,氧在液态镍中的溶解度大于液态铁中的溶解度,而氧在固态镍中的溶解度却比在固态铁中的小,因此,氧的溶解度在镍结晶时的突变,比在铁结晶时的突变更加明显。所以,焊缝中Ni为15%~30%时的气孔倾向小,而Ni含量大时,气孔倾向进一步提高到60%~90%,钢的溶入量必然下降,因此引起形成气孔的倾向变大。
③其他合金元素的影响。当铁镍焊缝中含有锰、铬、钼、铝、钛等合金元素或符合合金化时,能提高焊缝抗气孔能力,这是由于锰、钛和铝等都具有脱氧作用,而铬和钼则提高焊缝固态金属中的溶解度。所以镍与1Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝的抗气孔能力比镍与Q235-A钢焊缝高。铝和钛还能把氮固定在稳定的化合物中,也能提高焊缝抗气孔能力。