Paduan nikel dikategorikan berdasarkan komposisi, sifat, dan aplikasi mereka. Jenis utamanya meliputi:
Paduan besi nikel: Berisi 30-70% nikel dengan besi sebagai elemen sekunder, seringkali dengan tambahan seperti kromium, molibdenum, atau tembaga. Contohnya termasuk Invar (64% Ni, 36% Fe), yang dikenal untuk ekspansi termal yang rendah, dan Permalloy (78% Ni, 22% Fe), digunakan dalam aplikasi magnet.
Paduan Nikel-Kopper: Biasanya terdiri dari 60-70% nikel dan 20-30% tembaga, dengan elemen kecil seperti besi atau mangan. Monel 400 (67% Ni, 30% Cu) adalah contoh utama, bernilai untuk resistensi korosi di lingkungan laut dan kimia.
Paduan Nikel-Chromium: Fitur kromium tinggi (10-30%) untuk resistensi oksidasi, dengan nikel sebagai basis. Inconel 600 (76% Ni, 16% Cr, 8% Fe) banyak digunakan dalam pengaturan suhu tinggi seperti tungku dan penukar panas.
Paduan Nikel-Molybdenum: Kaya molibdenum (15-30%) untuk menahan korosi oleh asam (misalnya, asam klorida). Hastelloy B-2 (62% Ni, 28% MO) adalah contoh utama, digunakan dalam pemrosesan kimia.
Paduan Nikel-Chromium-Molybdenum: Gabungkan kromium dan molibdenum untuk oksidasi seimbang dan resistensi korosi. Hastelloy C-276 (57% Ni, 16% CR, 16% MO) unggul di lingkungan yang keras seperti solusi kaya klorida.
Paduan nikel-titanium (paduan bentuk-memori): Seperti nitinol (55% Ni, 45% ti), yang menunjukkan efek memori bentuk dan superelastisitas, digunakan dalam perangkat medis (stent) dan komponen aerospace.
Nikel Superalloys: Paduan berkinerja tinggi dengan nikel sebagai basis (30-70%), ditingkatkan oleh elemen seperti kromium, kobalt, aluminium, dan titanium untuk kekuatan suhu tinggi yang ekstrem. Contohnya termasuk Inconel 718 dan paduan kristal tunggal seperti CMSX-4.
Sifat magnetik superalloy nikel tergantung pada komposisinya, terutama konten nikel dan elemen paduan.
Nikel itu sendiri adalah feromagnetik(tertarik pada magnet) pada suhu kamar. Namun, banyak superalloy nikelnon-magnetik atau magnetis lemahkarena penambahan paduan yang mengganggu urutan feromagnetik.
Misalnya:
Inconel 718, mengandung ~ 52% Ni bersama dengan kromium, niobium, dan molibdenum, umumnya non-magnetik dalam keadaan teranek atau tua.
Alloys with higher nickel content (e.g., >80%) dapat mempertahankan ferromagnetisme yang lemah, tetapi ini jarang terjadi pada superalloy, di mana kromium dan elemen lainnya sering menekan perilaku magnetik.
Alasan utamanya adalah bahwa elemen seperti kromium, molibdenum, dan kobalt dapat mengurangi suhu curie ferromagnetik nikel, membuat paduan non-magnetik pada suhu kamar. Properti ini menguntungkan dalam aplikasi kedirgantaraan dan listrik di mana gangguan magnetik harus diminimalkan.
Karbida adalah endapan penting dalam superalloy nikel, dibentuk oleh karbon yang bereaksi dengan logam refraktori. Mereka meningkatkan kekuatan suhu tinggi, resistensi creep, dan stabilitas batas butir. Karbida umum meliputi:
MC Carbides: Karbida kubik dengan struktur tipe NaCl, di mana "M" mewakili logam seperti titanium (TIC), tantalum (TAC), niobium (NBC), atau hafnium (HFC). Bentuk ini selama pemadatan dan sering ditemukan sebagai partikel diskrit, memperkuat matriks dan menghambat pertumbuhan biji -bijian.
Karbida m₂₃c₆: Karbida kompleks (misalnya, Cr₂₃c₆, (Cr, Mo) ₂₃c₆) yang mengendap pada batas butir. Mereka meningkatkan kekuatan batas butir, mengurangi retak intergranular di bawah tekanan suhu tinggi. Kromium adalah logam primer dalam M₂₃C₆, dengan molibdenum atau penyuburan tungsten dalam beberapa kasus.
Karbida m₆c: Karbida heksagonal atau kubik (misalnya, (mo, w, ni) ₆c) yang terbentuk pada suhu menengah. Mereka sering ditemukan dalam paduan yang kaya molibdenum atau tungsten (misalnya, Hastelloy X) dan berkontribusi pada resistensi creep dengan menyematkan dislokasi.
Karbida m₇c₃: Kurang umum tetapi diamati pada beberapa paduan, karbida ini (misalnya, Cr₇c₃) dapat terbentuk selama perlakuan panas dan dapat berubah menjadi M₂₃C₆ pada suhu yang lebih tinggi.
Distribusi dan jenis karbida dikendalikan melalui perlakuan panas, memastikan sifat mekanik yang optimal untuk layanan suhu tinggi.
Superalloy berbasis nikel memiliki konduktivitas termal yang relatif rendah dibandingkan dengan logam seperti tembaga atau aluminium, properti yang menyeimbangkan retensi panas dan integritas struktural dalam aplikasi suhu tinggi.
Nilai -nilai khas: Konduktivitas termal berkisar10 hingga 25 w/(m · k)Pada suhu kamar, sedikit berkurang pada suhu tinggi. Misalnya:
Inconel 718: ~ 11 w/(m · k) pada 20 derajat, ~ 16 w/(m · k) pada 800 derajat.
CMSX-4 (Single-Crystal Superalloy): ~ 12 W/(M · K) pada 20 derajat, ~ 18 W/(M · K) pada 1.000 derajat.
Hastelloy X: ~ 14 w/(m · k) pada 20 derajat, ~ 20 w/(m · k) pada 800 derajat.
Faktor -faktor yang mempengaruhi konduktivitas: Elemen paduan (misalnya, molibdenum dan tungsten mengurangi konduktivitas), fitur mikrostruktur (misalnya, endapan fonon sebaran, menurunkan transportasi termal), dan suhu (konduktivitas sedikit meningkat dengan suhu karena peningkatan gerakan fonon).
Signifikansi rekayasa: Konduktivitas termal rendah membantu mempertahankan panas di bagian panas turbin gas, mengurangi gradien termal dan meningkatkan efisiensi. Ini juga meminimalkan perpindahan panas ke komponen pendingin, melindunginya dari panas berlebih.
Superalloy berbasis nikel sangat penting dalam kedirgantaraan karena kemampuannya untuk menahan suhu ekstrem, stres mekanik, dan korosi. Paduan kunci dan aplikasinya meliputi:
Inconel 718:
Komposisi: ~ 52% Ni, 19% Cr, 18,5% Fe, 5% NB, 3% MO, 1% ti, 0,6% Al.
Aplikasi: Disk turbin, bilah, dan selongsong di mesin jet (misalnya, turbin bertekanan rendah) dan mesin roket. Weldability yang sangat baik dan kekuatan tinggi pada 650-700 derajat membuatnya serbaguna untuk komponen struktural.
Inconel 625:
Komposisi: ~ 61% Ni, 21,5% Cr, 9% MO, 3,6% NB, 2,5% Fe.
Aplikasi: Ruang pembakaran, sistem pembuangan, dan saluran. Resistensi oksidasi superior (hingga 1.093 derajat) dan resistensi korosi sesuai dengan lingkungan mesin yang keras.
Waspaloy:
Komposisi: ~ 58% Ni, 19% CR, 13% CO, 4,3% MO, 3% Ti, 1,4% Al.
Aplikasi: Disk turbin bertekanan tinggi dan bilah di mesin jet militer dan komersial. Ini menawarkan resistensi creep yang sangat baik pada 760–815 derajat.
Superalloys kristal tunggal (misalnya, CMSX-4, PWA 1484):
Komposisi: ~ 60-65% Ni, 10-20% Cr, 5–10% CO, 5-8% AL, 5–10% W, dengan penambahan TA, Ti, atau RE.
Aplikasi: Bilah turbin bertekanan tinggi di mesin jet canggih (misalnya, Boeing 787, Airbus A350). Struktur kristal tunggal mereka menghilangkan batas butir, secara drastis mengurangi creep dan meningkatkan kekuatan pada 1.000-1.100 derajat.
Haynes 282:
Komposisi: ~ 57% Ni, 20% CR, 10% CO, 8,5% MO, 2,1% Ti, 1,5% Al.
Aplikasi: Disk dan selongsong turbin di mesin generasi berikutnya. Ini menggabungkan kekuatan suhu tinggi dengan peningkatan bahan dibandingkan dengan paduan yang lebih tua.
Paduan ini memungkinkan mesin dirgantara untuk beroperasi pada suhu yang lebih tinggi, meningkatkan efisiensi bahan bakar dan dorongan sambil memastikan keandalan jangka panjang.
