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高温应用的翘楚 - 镍基合金

发表时间:2020-3-30 9:31:55  作者:三圆  来源:三圆  浏览量:120

在元素周期表中,排在第二十八号的是镍。当它与其它金属结合使用时,镍这种既坚硬却可以变形的金属会形成有用的合金,比如和钢结合,非常抗磨损并且可以承受很高的温度。这些特性使镍基合金在航空航天工业中具有非常特殊有效的应用。

镍基合金特性

在极端高温下的优秀强度,Waspaloy是航空航天中使用镍基合金的一个很好的例子,该合金在极端高温下可以提供强度和可靠性,在高达1600华氏度(大约870摄氏度)的高温下仍保持良好的结构特性。正是因为Wasaploy具有非常出色的耐高温特性,因此非常适合在飞机上使用,尤其是在引擎位置,燃烧的喷气燃料会导致结构零部件长时间处于极端高温应用状态。

耐氧化和耐腐蚀

镍基合金中的X-750合金在压力极高的环境中具有出色的抵抗能力,比如压力容器、火箭发动机、燃气轮机等。X-750合金还可以通过与铝或钛进行沉淀硬化处理,因此可以承受很高的氧化和腐蚀,这在飞机的许多部件中都很常见。

恶劣温度下的低膨胀特性

Invar36镍基合金(含36%的镍),在500华氏度(大约260摄氏度)时具有极低的热膨胀系数,这使该合金能够始终如一地保持其形状和强度。常见的应用包括在航空航天工业中作为复合材料的制造工具,以及用于储存和运输液化气的管道。

高应力条件下的耐蠕变性

80A镍基合金具有非常出色的抗蠕变特性,它在高应力作用下且高达850摄氏度的温度下仍能保持坚韧的能力,这使其对飞机发动机中涡轮转子以及内燃机的排气门的制造极为有用。

镍基合金应用

镍基合金的最佳用途之一就是在飞机发动机的燃气轮机中。涡轮机就是一个巨大的旋转风扇,它受一种能量的驱动并转化输出为另一种能量,比如水利发电、风力发电使用的涡轮机,利用自然界中水的势能和风能转化为电能。飞机发动机的燃气涡轮机也是同样的道理,它通过燃烧加压的气体产生使涡轮旋转所需要的能量,旋转产生的推力使飞机向前。

起初飞机发动机的燃气涡轮机需要频繁的维护,因为内燃机的高温会迅速腐蚀钢合金,后来使用耐热且耐腐蚀的镍基合金来解决这一问题,尤其是替换了燃烧室中的不锈钢合金。在燃烧室中,燃料喷射器释放出连续加压的气体流,尽管通过涡轮的风量很大,但火焰需要持续整个飞行过程,由于这种连续的火焰,燃烧室内必须能够承受持续的高温,因此镍基合金成为了最好的解决方案。

随着镍基合金的大量使用以及应用经验的增加,向镍基合金中添加其它金属,例如钨和钼,可以使它更加耐热;涂覆铝基涂层可以使镍基合金具有更大的耐腐蚀性。目前飞机发动机中大量使用的镍基合金明显缩短了飞机大修的时间,是航空航天工业中不可缺少的金属之一。

镍基合金紧固件

以上提到的这些镍基合金的特性,也自然地体现在镍基合金材料的紧固件上,镍基合金的螺栓和螺钉也是因为在高温下具有高强度和耐腐蚀性而闻名。在镍基合金的紧固件材料中,通常还包含一定量的铬、钼和铁,这些元素增强了紧固件自身的耐腐蚀性、强度和高温环境下的稳定性。具有较高的铬含量有助于提供抗氧化性,钼的添加增强了抵抗酸性环境的能力。

在常见的高温应用紧固件材料中,铬镍铁合金(Inconel)给人一种十足的信赖感,这种信赖感源于它在某些非常苛刻的应用中依然发挥重要的作用。铬铁镍合金是多种不同金属的混合物,不同金属的不同成分衍生出了很多种不同的铬铁镍合金,在航空航天应用中最常见的就是Inconel718。这类材料的紧固件包含铬、铁、钼、铌以及少量的钛和铝,这些混合的金属元素使Inconel具有出众的机械性能、热稳定性和耐腐蚀性。它可以承受高达1600华氏度(大约870摄氏度)的应用温度,退火后的拉伸强度为100ksi。

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