Ανασκόπηση της έρευνας και της εφαρμογής των κραμάτων χαλκού-νικελίου, συμπεριλαμβανομένης της έρευνας σχετικά με την ταξινόμηση, τις ιδιότητες και τις εφαρμογές και τις απαιτήσεις απόδοσης των κραμάτων χαλκού-νικελίου
Περίληψη: Η ταχεία ανάπτυξη της ναυτιλιακής βιομηχανίας έχει δημιουργήσει αυξανόμενες απαιτήσεις σε υλικά εφαρμογής θαλάσσιας μηχανικής, συμπεριλαμβανομένου του λευκού χαλκού, ο οποίος χρησιμοποιείται ευρέως σε πλοία, ορισμένους σταθμούς παραγωγής ενέργειας και την αφαλάτωση του θαλασσινού νερού. Επειδή υπόκειται σε μακροχρόνια διάβρωση και διάβρωση με θαλασσινό νερό, εάν η αντίσταση στη διάβρωση δεν πληροί τις απαιτήσεις χρήσης, θα προκύψει αστοχία διάβρωσης, με αποτέλεσμα τεράστιες απώλειες. Ως εκ τούτου, ο λευκός χαλκός έχει προσελκύσει αυξανόμενη προσοχή λόγω της καλής αντοχής στη διάβρωση του θαλασσινού νερού (ιδιαίτερα της καλής απόδοσης διάβρωσης στη διάβρωση) και της αντοχής στη διάβρωση, της εξαιρετικής απόδοσης επεξεργασίας σε κρύο και ζεστό και υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, αντοχή διαρροής και άλλες ιδιότητες.
Λέξεις-κλειδιά: λευκός χαλκός; σύνθεση; αντοχή στη διάβρωση? εφαρμογή
Αριθμός ταξινόμησης CTL: TG146.15 Κωδικός εγγράφου: A
Με την ανάπτυξη της ναυτιλιακής βιομηχανίας, η επιλογή υλικών των συστημάτων ψύξης θαλασσινού νερού έχει εξελιχθεί από τον πρώιμο χαλκό, τον ορείχαλκο αλουμίνιο και τον ανοξείδωτο χάλυβα TUP στο σημερινό κράμα χαλκού-νικελίου με καλύτερη αντοχή στη διάβρωση του θαλασσινού νερού. Ο λευκός χαλκός χρησιμοποιεί νικέλιο ως κύριο στοιχείο και περιέχει μικρή ποσότητα Fe, Mn και άλλα στοιχεία για να σχηματίσει ένα συνεχές μονοφασικό στερεό διάλυμα, δίνοντάς του καλή ολκιμότητα, αντοχή στην κρούση και θερμική σταθερότητα. Ταυτόχρονα, το άπειρο στερεό διάλυμα χαλκού και νικελίου εμποδίζει τον μετασχηματισμό φάσης κατά τη μεταγενέστερη θερμή και κρύα επεξεργασία, επομένως έχει μικρή επίδραση στις μηχανικές ιδιότητες και την αντίσταση στη διάβρωση του κράματος. Αυτό το άρθρο εισάγει διάφορα κράματα λευκού χαλκού και τις εφαρμογές τους και συνοψίζει την πρόοδο της έρευνας για τα κράματα χαλκού-νικελίου. Το σχήμα 1 δείχνει το υπεράκτιο σύστημα πλατφόρμας και το σχήμα 2 δείχνει τις απαιτήσεις απόδοσης υλικού.
1. Ταξινόμηση κραμάτων χαλκού-νικελίου
Ο Πίνακας 1 δείχνει την ποιότητα και τη στοιχειακή σύνθεση του κράματος χαλικονικελίου. Το χαλκονικέλιο μπορεί να χωριστεί σε χαλικονικέλιο μαγγανίου, χαλικονικέλιο σιδήρου, συνηθισμένο χαλικονικέλιο αλουμινίου και χαλικονικέλιο ψευδάργυρου. Λόγω της διαφορετικής περιεκτικότητας του στοιχείου Ni, οι ιδιότητές του είναι διαφορετικές και οι περιπτώσεις εφαρμογής είναι επίσης διαφορετικές. διαφορετικός. Λόγω της αναντικατάστατης αντοχής στη διάβρωση και των πολλών ιδιοτήτων ανώτερων από τα παραδοσιακά κράματα, έχει μεγάλες δυνατότητες εφαρμογής.
2. Ιδιότητες και εφαρμογές κραμάτων χαλκού-νικελίου
Ο συνηθισμένος λευκός χαλκός είναι γενικά ένα δομικό κράμα χαλκού-νικελίου. Εκτός από την υψηλή αντοχή στη διάβρωση, έχει επίσης καλές ολοκληρωμένες μηχανικές ιδιότητες σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες, δηλαδή καλή πλαστικότητα και σκληρότητα. Γενικά χρησιμοποιείται ως ράβδοι ή λωρίδες. Ταυτόχρονα, η προσθήκη ορισμένων ιχνοστοιχείων από κράμα όπως Fe, Mn, Zn και Al με βάση τον συνηθισμένο λευκό χαλκό μπορεί να επιτύχει ειδικές απαιτήσεις απόδοσης σε πρακτικές εφαρμογές και να καλύψει καλύτερα τις βιομηχανικές ανάγκες. Ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος χαλκός σιδήρου-νικελίου είναι ο BFe10-1-1 (C70600) και
image.png
BFe30-1-1 (C71500), όταν το κλάσμα μάζας του Ni είναι μεταξύ 30% και 10%, το κράμα έχει μεγαλύτερο εύρος παθητικοποίησης και την καλύτερη αντοχή στη διάβρωση. Το κράμα έχει επίσης εξαιρετικά ισχυρή αντοχή στη διάβρωση και τη διάβρωση του θαλασσινού νερού και ονομάζεται "κράμα θαλάσσιας μηχανικής". Οι κύριες εφαρμογές του χαλκού και των κραμάτων χαλκού στον τομέα της ναυτιλιακής μηχανικής φαίνονται στον Πίνακα 2.
Τα κράματα BFe10-1-1 και BFe30-1-1 έχουν τα πλεονεκτήματα της καλής αντοχής στη διάβρωση και τη διάβρωση του θαλασσινού νερού, τον υψηλό συντελεστή μεταφοράς θερμότητας, τις εξαιρετικές μηχανικές/συγκολλητικές ιδιότητες, την αναστολή της θαλάσσιας μικροβιακής πρόσφυσης κ.λπ., και χρησιμοποιούνται ευρέως στις κύριες και βοηθητικές μηχανές του πλοίου. Σωλήνες νερού ψύξης, αγωγοί πυροπροστασίας σε υπεράκτιες πλατφόρμες παραγωγής πετρελαίου, εναλλάκτες θερμότητας σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, συμπυκνωτές σε παράκτιους πυρηνικούς σταθμούς και θερμαντήρες άλμης σε συσκευές εξάτμισης πολλαπλών σταδίων για αφαλάτωση θαλασσινού νερού [2-4]. Ταυτόχρονα, το κράμα BFe30-1-1 έχει υψηλότερη αντοχή και χρησιμοποιείται επίσης σε δομικά μέρη υψηλής αντοχής όπως άξονες, συνδετήρες, στελέχη βαλβίδων και φλάντζες ορισμένων συσκευών θαλάσσης. Το κράμα BFe30-2-2, το οποίο είναι ανθεκτικό στη διάβρωση του θαλασσινού νερού και στη διάβρωση της άμμου, αναπτύχθηκε για να αντιμετωπίσει το πρόβλημα της υψηλής περιεκτικότητας σε άμμο στο θαλασσινό νερό στην Θάλασσα της Ανατολικής Κίνας [5]. BFe10-1-1
image.png
Οι μηχανικές ιδιότητες των σωλήνων από κράμα BFe{{0}} στη σκληρή κατάσταση πρέπει να πληρούν: αντοχή σε εφελκυσμό μεγαλύτερη από ή ίση με 370 MPa, αντοχή διαρροής μεγαλύτερη ή ίση με 150 MPa, επιμήκυνση μεγαλύτερη ή ίση με 18%, Σκληρότητα Vickers Μεγαλύτερη ή ίση με 85; Αντοχή στη διάβρωση: ποσότητα διάβρωσης (50 μοίρες, 3,5% NaCl θαλασσινό νερό) Μικρότερη ή ίση με 0,025 mm/a, δεν επιτρέπεται η διάβρωση με κοιλότητες. Ο λευκός χαλκός μαγγανίου (κράμα BMn3-12) έχει μέτριο συντελεστή αντίστασης, μικρό συντελεστή θερμοκρασίας αντίστασης και είναι σχετικά σταθερός. Λόγω των καλών ηλεκτρικών ιδιοτήτων του, το κράμα BMn3-12 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή τυπικών αντιστάσεων και εξαρτημάτων αντίστασης άλλων οργάνων ακριβείας. Με την εξέλιξη των καιρών, οι απαιτήσεις για την ακρίβεια των οργάνων γίνονται όλο και υψηλότερες, επομένως η έρευνα σε αυτό το κράμα δεν μπορεί να σταματήσει στην αλλαγή της σύνθεσης και της περιεκτικότητας του κράματος [6]. Μέσω της ανόπτησης, της αστοχίας οριζόντιας εξώθησης και των διαδικασιών τραβήγματος, το κράμα BMn3-12 έχει ειδικά συνεκτικά δίδυμα όρια, τα οποία μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή του υλικού χωρίς να επηρεάσουν την αγωγιμότητα του υλικού. Το κράμα BMn40-1.5 είναι ένα ηλεκτρικό κράμα χαλκού-νικελίου που χρησιμοποιήθηκε νωρίτερα από το κράμα BMn3-12. Λόγω του μικρότερου συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας, έχει καλύτερη αντίσταση στη θερμότητα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερο εύρος θερμοκρασίας. Σε σύγκριση με το κράμα BMn3-12, το κράμα BMn40-1.5 έχει υψηλότερο θερμοηλεκτρικό δυναμικό έναντι του χαλκού, επομένως είναι κατάλληλο για αντιστάσεις ακριβείας, συρόμενες αντιστάσεις, μετασχηματιστές εκκίνησης και ρύθμισης και μετρητές καταπόνησης αντίστασης για AC [8 ]. Ο χαλκός αλουμινίου-νικελίου έχει τόσο υψηλή αντοχή όσο και καλή πλαστικότητα και σκληρότητα. Μεταξύ αυτών, το κράμα BAl13-3 χρησιμοποιείται συχνά για την κατασκευή εξαρτημάτων υψηλότερης αντοχής ανθεκτικά στη διάβρωση και το κράμα BAl{16-1.5 χρησιμοποιείται για την κατασκευή επίπεδων ελατηρίων με σημαντικές χρήσεις. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση του χαλκού αλουμινίου-νικελίου, συχνά προστίθεται μια μικρή ποσότητα ιχνοστοιχείων για να δημιουργηθεί μια ενισχυμένη μήτρα χαλκού αλουμινίου-νικελίου, η οποία έχει καλή αγωγιμότητα ενώ διατηρεί υψηλή αντοχή για να καλύψει τις πρακτικές απαιτήσεις εφαρμογής . Επειδή ο χαλκός αλουμινίου-νικελίου έχει υψηλή αντοχή, υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και καλή αντοχή στη φθορά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πιθανό υλικό για κουφώματα μολύβδου και εξαρτήματα ανθεκτικά στη φθορά [9-11].
Ο ψευδάργυρος χαλικονικέλιο (κράμα BZn18-18BZn15-20) ονομάζεται επίσης "γερμανικό ασήμι" [12]. Επειδή ο χαλκός ψευδάργυρου-νικελίου έχει τα πλεονεκτήματα της καλής αντοχής σε εφελκυσμό, αντοχής στην κόπωση και αντοχής στη διάβρωση, χρησιμοποιείται κυρίως ως κελύφη εξαρτημάτων ή κρυστάλλων, ιατρικός εξοπλισμός, υλικά κατασκευής και κελύφη πνευστών οργάνων [13].
