Сплав 115, Фольга Nimonic 115, Шим,

Сплав 115, проволока Nimonic 115,

Сплав 115 (проволока Nimonic 115) — введение с описанием состава, свойств, применений и форм продукции

Сплав 115, коммерчески известный как Nimonic 115 и являющийся высокопроизводительным представителем семейства суперсплавов Nimonic, представляет собой никель-хром-кобальт-алюминий-титановый сплав, известный исключительной сверхвысокотемпературной прочностью, устойчивостью к ползучести и долгосрочной устойчивостью к окислению. Этот сплав специально разработан для отличной работы в экстремальных тепловых условиях — включая длительное воздействие температур выше 900°C, циклические механические напряжения и суровые атмосферы, такие как газы сгорания — что делает его критически важным материалом в аэрокосмической, энергетической и передовой промышленности, где компоненты должны выдерживать экстремальные нагревы и тяжёлые эксплуатационные нагрузки. Он доступен в широком спектре форм для удовлетворения различных промышленных потребностей, включая пруток (круглый прут, плоский), ленточные, проволочные, стержни, трубы, трубы, фольгу, пластины, листы, полосу и ковочный материал. Nimonic 115 Wire, в частности, выделяется своими равномерными высокотемпературными свойствами, гибкостью и точностью, что делает её идеальной для сварки, термических покрытий и сложных компонентов в горячих секциях газовых турбин и промышленных системах с высокой температурой. Ниже приведён подробный обзор его химического состава, ключевых свойств, практических применений и доступных форм продукта.

Химический состав

Точно сбалансированный химический состав сплава 115 (проволока Nimonic 115) является основой его исключительной производительности при сверхвысоких температурах и коррозионной устойчивости. Типичный состав (по весу) выглядит следующим образом:

Никель (Ni): 57-61% (основной матричный элемент, обеспечивающий структурную устойчивость при ультравысоких температурах и служащий основой для усиления силы гамма-осадков (γ')

Хром (Cr): 14-16% (образует плотный, прилипший слой оксида хрома, обеспечивая превосходную устойчивость к окислению и сульфидированию при температурах до 1100°C)

Кобальт (Co): 14-16% (повышает прочность на высокие температуры, устойчивость к ползучести и термическую усталость за счёт стабилизации матрицы сплава)

Алюминий (Al): 4,8-5,4% (работает с титаном для образования крупных фракций гамма-праймов (γ') интерметаллических осадков, ядра способствующего сверхвысокотемпературной прочности сплава)

Титан (Ti): 2,0-2,5% (в сочетании с алюминием образуют гамма-праймовые осадки, значительно повышая прочность на ползучесть и поддерживая механическую целостность при повышенных температурах)

Углерод (C): 0,05-0,10% (образует мелкие карбиды с хромом и титаном, усиливая границы зерен и улучшая устойчивость ползучести без ущерба пластичности)

Железо (Fe): ≤ 1,0% (минимизировано для сохранения сверхвысоких температур и предотвращения деградации устойчивости к окислению)

Кремний (Si): ≤ 0,4% (способствует окислению во время производства и поддерживает формирование стабильного оксидного слоя для повышения долгосрочной устойчивости к окислению)

Марганец (Миннесота): ≤ 0,5% (повышает температурную обработку, позволяя производить различные формы продукции, такие как проволока, фольга и полоса)

Бор (B): 0,003-0,010% (укрепляет границы зерен, снижает восприимчивость к разрыву ползучести и улучшает пластичность при ультравысоких температурах)

Цирконий (Zr): 0,05-0,15% (стабилизирует карбиды, совершенствует микроструктуру и дополнительно повышает устойчивость ползучести и термическую усталость)

Фосфор (P): ≤ 0,02% (строго ограничено, чтобы избежать хрупкости границы зерна при высоком напряжении или термическом цикле)

Сера (S): ≤ 0,01% (минимизировано для обеспечения хорошей пластичности и устойчивости к коррозионным трещинам в суровых условиях)

Эта инженерная смесь — сосредоточенная на никеле, хроме, кобальте и элементах, формирующих осадки — обеспечивает фирменный сбаланс сплава 115 между сверхвысокотемпературной прочностью, устойчивостью к ползучести и устойчивостью к окислению, что критически важно для самых требовательных тепловых применений.

Ключевые свойства

Сплав 115 (Nimonic 115 Wire) и его различные формы обладают исключительными свойствами, которые делают их незаменимыми в условиях сверхвысоких температур, коррозии и циклических напряжений:

Механические свойства (состояние отжига в растворе и старение):

Прочность на растяжение: 1250–1400 МПа (181 300–203 000 psi) при комнатной температуре; сохраняет ~550 МПа (79 800 psi) при 950°C (1742°F)

Предел текучести (смещение 0,2%): 850-950 МПа (123 300-137 800 psi) при комнатной температуре; сохраняет ~480 МПа (69 600 psi) при 950°C (1742°F)

Удлинение (при 50 мм): 15-25% при комнатной температуре; 10-18% при 950°C (1742°F) (отличная пластичность для формирования сложных компонентов, таких как лопасти турбины и лайнеры сгорания)

Уменьшение площади: 30-40% (превосходная ввязчивость, устойчивость к разрушению при сверхвысокотемпературных циклических напряжениях и механических воздействиях)

Твёрдость: 38-43 HRC (твёрдость Роквелла) при комнатной температуре; поддерживает ~28 HRC при 950°C (1742°F)

Свойства при высоких температурах:

Непрерывная рабочая температура: до 1050°C (1922°F) (один из лучших производителей никелев, укреплённых осадками, с долгосрочной стабильностью в атмосфере воздушного и промышленного горания)

Сопротивление ползучести: исключительное сопротивление деформации ползучести — сила разрыва ползучести за 1000 часов ~280 МПа (40 600 psi) при 950°C (1742°F) и ~140 МПа (20 300 psi) при 1050°C (1922°F)

Термическая усталость: Выдерживает многократные термические циклы (например, от 200°C до 1000°C) без трещин, что критически важно для таких компонентов, как лайнеры сгорания газовой турбины и лопатки турбин

Устойчивость к окислению: Превосходная устойчивость к окислению и окилению в воздухе при температурах до 1150°C (2102°F), с минимальным приростом веса (≤ 8 мг/см²) даже после 5000 часов при 1050°C (1922°F)

Устойчивость к коррозии:

Общая коррозия: отличная устойчивость к высокотемпературным газам сгорания (включая реактивное топливо и побочные продукты природного газа), промышленному пару и агрессивным органическим/неорганическим химикатам

Сульфидированная устойчивость: Сопротивляется сульфиданию в средах, содержащих серу (например, угольные электростанции, мусоросжигательные заводы) при температуре до 950°C (1742°F)

Коррозия в ямках/щелях: хорошая устойчивость к образованию ямок в средних хлоридных условиях (например, аэрокосмические компоненты, подвергающиеся воздействию морской атмосферы и влажности)

Устойчивость к карбюризации: Сохраняет целостность в мягких и умеренных карбюризационных атмосферах (например, промышленные печи с термической обработкой), ограничивая поглощение углерода и предотвращая чрезмерный рост карбида

Физические свойства:

Плотность: 8,2-8,4 г/см³ (0,296-0,303 фунта/дюйм³)

Теплопроводность: 11,0-13,0 Вт/(м·К) при 20°C (68°F); увеличивается до 24-27 Вт/(м·К) при 1000°C (1832°F) (эффективное рассеивание тепла при ультравысоких температурах, снижая тепловое напряжение в компонентах)

Коэффициент теплового расширения: 13,0-15,0 мкм/(м·К) (20-1000°C) (контролируемое расширение для минимизации теплового напряжения в собранных системах, таких как корпуса турбин)

Модуль упругости: 205-215 ГПа (29 700-31 200 кси) при комнатной температуре; снижается до ~140 GPa (20 300 кси) при 1000°C (1832°F)

Температура плавления: 1360-1410°C (2480-2570°F)

Формы произведений

Сплав 115 (Nimonic 115 Wire) производится в различных вариантах для специализированных применений для ультравысоких температур и коррозионной устойчивости:

Бар: Доступен в виде круглой (диаметры от 10 мм до 200 мм) и плоской (толщина от 5 мм до 100 мм, ширина от 20 мм до 500 мм), идеально подходит для обработки компонентов турбины, стержней клапанов и крепеж для высокотемпературных крепежей.

Лента: Тонкие плоские полосы (толщина 0,1 мм–1 мм, ширина от 5 мм до 100 мм), используемые в термонапылительных покрытиях, высокотемпературных электрических нагревательных элементах и гибких уплотнениях для промышленных печей.

Проволока: Нимоническая проволока 115 (диаметры 0,5–6 мм) обладает одинаковыми сверхвысокими температурными свойствами, подходящими для сварки (TIG/MIG), термического распыления и прецизионных нагревательных катушек в промышленных системах с высокой температурой.

Стержни: Цельные цилиндрические стержни (диаметры от 3 мм до 50 мм), используемые для газовой дуговой сварки (GTAW) для наполнителя и производства небольших сверхвысокотемпературных компонентов (например, опоры датчиков, штифты лопастей турбины).

Труба и труба: полые формы (внешний диаметр 6–100 мм, толщина стенки 0,5–10 мм) для высокотемпературного транспорта жидкостей (например, топливные линии газотурбин, теплообменные трубки на электростанциях).

Фольга: сверхтонкие листы (толщина 0,02–0,1 мм), используемые в прокладках высокотемпературных уплотнений, теплозащитных экранах для аэрокосмической электроники и тонкоплёночных тепловых барьерах.

Пластины и листы: плоские формы (толщина пластин 3–50 мм; лист: 0,3–3 мм) для изготовления вкладышей для сгорания, стенок печей и аэрокосмических теплообменников.

Лента: Узкие, плоские полосы (толщина 0,1–2 мм, ширина от 3 мм до 50 мм) для точных компонентов, таких как уплотнения турбин, ребра теплообменника и электрические контакты в условиях сверхвысоких температур.

Ковочный материал: заготовки и слитки для горячей ковки в сложные формы (например, диски газовых турбин, лопасти турбин, дверцы промышленных печей), требующие исключительной прочности при сверхвысоких температурах.

Применение

Исключительная сверхвысокотемпературная прочность, устойчивость к ползучести и устойчивость к окислению сплава 115 (Nimonic 115 Wire) по различным формам делают его критичным материалом в отраслях, требующих производительности при самых экстремальных тепловых условиях:

Аэрокосмическая и авиационная отрасль:

Газотурбинные двигатели: лопасти турбин высокого давления, лопатки, гильзы сгорания и компоненты форсажа (из пластин, ковочного материала и листа) выдерживают температуры до 1050°C (1922°F).

Аэрокосмические крепежи: сверхвысокотемпературные болты, шпильки и заклёпки (от стержня и шатуна), фиксирующие компоненты двигателя горячего сечения, подвергающиеся воздействию циклических тепловых напряжений и вибраций.

Ракетные двигательные системы: Гильзы камеры сгорания и компоненты сопел (из ковочного приклада, трубы и листа), устойчивые к экстремальному нагреву от сгорания ракетного топлива.

Энергия и производство электроэнергии:

Газо/паровые турбины: компоненты горячего сечения (из плиты, ковочного материала и прутка) для промышленных силовых турбин, выдерживающих ультравысокие температуры и циклическую нагрузку.

Установки по переработке отходов в энергию: высокотемпературные влошки камеры горения и компоненты для восстановления тепла (из листов и пластин) выдерживают коррозийные дымовые газы и температуры выше 950°C.

Ядерная энергетика: передовые теплообменные трубки и конструктивные компоненты (из труб и пластин), устойчивые к излучению и высокотемпературным охлаждающим жидкостям в реакторах следующего поколения.

Промышленная и высокотемпературная обработка:

Высокотемпературные печи: стенки печей, нагревательные элементы, термопарные оболочки и мартеновые пластины (из проволоки, пластины и трубки), работающие в воздухе или инертных атмосферах до 1150°C (2102°F).

Химическая переработка: Лайнеры реакторов, опорные решётки катализатора и теплообменники (от пластин, трубки и штанги) выдерживают агрессивные химикаты (например, сильные кислоты, расплавленные соли) при повышенных температурах.

Металлургическая обработка: высокотемпературные термообработочные приспособления, детали для обработки расплавленных металлов и компоненты отжигающей печи (из прутка, ковочного материала и плиты), устойчивые к износу и сверхвысокому нагреву.

Оборона и специализированная инженерия:

Двигатели военной авиации: Критически важные компоненты горячего сечения (из ковочного материала и пластин), требующие надёжности при сверхвысоких температурах в боевых условиях.

Гиперзвуковые аппараты: тепловые экраны и конструктивные элементы (из пластин и ковочного материала), выдерживают аэродинамическое нагрев до 1050°C (1922°F).

Военно-морские системы: передовые компоненты морских газовых турбин (от пластин, трубы и перекладины), устойчивые к коррозии морской воды и высоким температурам.

Специализированные приложения по форме:

Проволока: сварка шпакловки для соединения сверхвысокотемпературных компонентов, термические распыляющие покрытия для защиты от износа и коррозии, а также прецизионные нагревательные катушки.

Пластина/лист: Лайнеры для сгорания, стенки печей и аэрокосмические теплообменники, требующие крупных, плоских поверхностей с ультравысокой температурой.

Труба/труба: Высокотемпературный транспорт жидкостей (топливные линии, теплообменные трубки) и термопарные защитные оболочки в коррозийных средах.

Ковочный материал: сложные диски турбин, лопасти турбин и прочные компоненты промышленных печей, требующие индивидуальной формы и исключительной стойкости на сверхвысокие температуры.

В итоге, сплав 115 (Nimonic 115 Wire) — доступный в различных вариантах от прутка и проволоки до пластин и ковки — обеспечивает исключительную прочность на ультравысокие температуры, устойчивость к ползучести и устойчивость к окислению. Её разнообразные формы продукции позволяют разрабатывать индивидуальные решения в аэрокосмической, энергетической, промышленной и оборонной сферах, что делает его критически важным материалом в приложениях, требующих надёжной работы при самых экстремальных тепловых условиях.

Упаковка Стандартная упаковка:

Типичная упаковка оптом включает паллетированный пластик объемом 5 галлонов/25 кг. ведра, волокнистые и стальные бочки до супермешков по 1 тонне в полном контейнере (FCL) или грузовиках (T/L). Исследовательские и пробные количества, а также гигроскопические, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут упаковываться под аргон или вакуум. Растворы упаковываются в полипропиленовых, пластиковых или стеклянных банках до поддонов по 1187 галлонов. Специальный пакет доступен по запросу.