Slitina 90, deska Nimonic 90, UNS N07090

Slitina 90, drát Nimonic 90, UNS N07090

Slitina 90 (drát Nimonic 90, UNS N07090) - úvod se složením, vlastnostmi, aplikacemi a formami produktů

Slitina 90, komerčně známá jako Nimonic 90 a označená UNS N07090, je vysoce výkonná superslitina nikl-chrom-hliník-titan známá svou výjimečnou pevností při vysokých teplotách, odolností proti tečení a dlouhodobou oxidační stabilitou. Tato slitina je speciálně navržena tak, aby vynikala v extrémních tepelných prostředích – včetně dlouhodobého vystavení zvýšeným teplotám, cyklickému mechanickému namáhání a drsné atmosféře, jako jsou spaliny – což z ní činí kritický materiál v leteckém, energetickém a vyspělém průmyslu, kde komponenty musí odolat extrémnímu teplu a velkému provoznímu zatížení. Je k dispozici v komplexní řadě forem pro splnění různých průmyslových potřeb, včetně tyčí (kulatá tyč, plochá tyč), pásky, drátu, tyčí, trubek, trubek, fólií, desek, plechů, pásů a výkovků. Zejména Nimonic 90 Wire vyniká svými rovnoměrnými vysokoteplotními vlastnostmi, flexibilitou a přesností, díky čemuž je ideální pro svařování, žárové nástřiky a složité součásti v horkých sekcích plynových turbín a vysokoteplotních průmyslových systémech. Níže je uveden podrobný přehled jeho chemického složení, klíčových vlastností, praktických aplikací a dostupných forem produktů.

Chemické složení

Přesně vyvážené chemické složení slitiny 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) je základem jejího výjimečného vysokoteplotního výkonu a odolnosti proti korozi. Typické složení (podle hmotnosti) je následující:

Nikl (Ni): 57-61 % (primární prvek matrice, který zajišťuje strukturální stabilitu při velmi vysokých teplotách a slouží jako základ pro sraženiny zvyšující pevnost gama (γ'))

Chrom (Cr): 18-20 % (tvoří hustou, přilnavou vrstvu oxidu chromitého, zajišťující vynikající odolnost proti oxidaci a sulfidaci při teplotách do 1100 °C)

Kobalt (Co): 15-17 % (zvyšuje pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti tečení a tepelnou únavu stabilizací slitinové matrice a snížením hrubnutí sraženiny)

Hliník (Al): 1,4-1,8 % (spolupracuje s titanem za vzniku velkoobjemových frakcí intermetalických precipitátů s gama primárními (γ'), které se podílejí na pevnosti slitiny při vysokých teplotách)

Titan (Ti): 2,4-2,8 % (kombinuje se s hliníkem za vzniku sraženin s primárním obsahem gama, což výrazně zvyšuje pevnost při tečení a zachovává mechanickou integritu při zvýšených teplotách)

Uhlík (C): 0,03-0,08 % (tvoří jemné karbidy s chromem a titanem, zpevňují hranice zrn a zlepšují odolnost proti tečení, aniž by byla ohrožena tažnost)

Železo (Fe): ≤ 1,0 % (minimalizováno pro zachování vysokoteplotních vlastností a zabránění degradaci oxidační odolnosti)

Křemík (Si): ≤ 0,4 % (napomáhá dezoxidaci během výroby a podporuje tvorbu stabilní oxidové vrstvy pro zvýšenou dlouhodobou odolnost proti oxidaci)

Mangan (Mn): ≤ 0,5 % (zvyšuje zpracovatelnost za tepla a umožňuje zpracování do různých forem produktů, jako je drát, fólie a pás)

Bór (B): 0,003-0,010 % (posiluje hranice zrn, snižuje náchylnost k tečení a zlepšuje tažnost při vysokých teplotách)

Zirkonium (Zr): 0,05-0,15% (stabilizuje karbidy, zjemňuje mikrostrukturu a dále zvyšuje odolnost proti tečení a tepelnou únavu)

Fosfor (P): ≤ 0,02 % (přísně omezeno, aby se zabránilo křehnutí hranic zrn při vysokém namáhání nebo tepelném cyklování)

Síra (S): ≤ 0,01 % (minimalizováno pro zajištění dobré tažnosti a odolnosti proti koroznímu praskání pod napětím v drsném prostředí)

Tato vyvinutá směs – zaměřená na nikl, chrom, kobalt a prvky vytvářející sraženiny – poskytuje charakteristickou rovnováhu slitiny Alloy 90 – pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti tečení a oxidační stabilitu, která je kritická pro náročné tepelné aplikace.

Klíčové vlastnosti

Slitina 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) a její různé formy vykazují výjimečné vlastnosti, díky nimž jsou nepostradatelné v prostředí s ultra vysokou teplotou, korozivním a cyklickým namáháním:

Mechanické vlastnosti (stav žíhaný v roztoku a stárnutý):

Pevnost v tahu: 1100-1250 MPa (159 500-181 300 psi) při pokojové teplotě; zadržuje ~480 MPa (69 600 psi) při 900 °C (1652 °F)

Mez kluzu (0,2% posun): 750-850 MPa (108 800-123 300 psi) při pokojové teplotě; zadržuje ~420 MPa (60 900 psi) při 900 °C (1652 °F)

Prodloužení (v 50 mm): 18-28% při pokojové teplotě; 12-20 % při 900 °C (1652 °F) (vynikající tažnost pro tváření složitých součástí, jako jsou lopatky turbín a spalovací vložky)

Zmenšení plochy: 35-45% (vynikající houževnatost, odolnost proti lomu při vysokoteplotním cyklickém namáhání a mechanickém nárazu)

Tvrdost: 35-40 HRC (tvrdost podle Rockwella) při pokojové teplotě; udržuje ~25 HRC při 900 °C (1652 °F)

Vlastnosti při vysokých teplotách:

Trvalá provozní teplota: Až 980 °C (1796 °F) (špičkový výkon pro slitiny niklu zpevněné srážením, s dlouhodobou stabilitou ve vzduchu a v průmyslových spalovacích atmosférách)

Odolnost proti tečení: Výjimečná odolnost proti deformaci při tečení – 1000hodinová pevnost při tečení ~240 MPa (34 800 psi) při 900 °C (1652 °F) a ~120 MPa (17 400 psi) při 980 °C (1796 °F)

Odolnost proti tepelné únavě: Odolává opakovaným tepelným cyklům (např. 150 °C až 950 °C) bez praskání, což je kritické pro komponenty, jako jsou spalovací vložky plynových turbín a lopatky turbín

Odolnost proti oxidaci: Vynikající odolnost proti oxidaci a usazování vodního kamene na vzduchu při teplotách až 1100 °C (2102 °F), s minimálním přírůstkem hmotnosti (≤ 6 mg/cm²) i po 5000 hodinách při 980 °C (1796 °F)

Odolnost proti korozi:

Obecná koroze: Vynikající odolnost vůči vysokoteplotním spalovacím plynům (včetně leteckého paliva a vedlejších produktů zemního plynu), průmyslové páře a agresivním organickým/anorganickým chemikáliím

Odolnost proti sulfidaci: Odolává sulfidaci v prostředích obsahujících síru (např. uhelné elektrárny, spalovny odpadu) až do 900 °C (1652 °F)

Důlková/štěrbinová koroze: Dobrá odolnost proti důlkové korozi v prostředí se středním obsahem chloridů (např. letecké součásti vystavené mořské atmosféře a vlhkosti)

Odolnost proti nauhličení: Udržuje integritu v mírných až středních nauhličovacích atmosférách (např. průmyslové pece pro tepelné zpracování) omezením absorpce uhlíku a zabráněním nadměrnému růstu karbidů

Fyzikální vlastnosti:

Hustota: 8,0-8,2 g/cm³ (0,289-0,296 lb/in³)

Tepelná vodivost: 10,5-12,5 W/(m·K) při 20°C (68°F); zvyšuje se na 22-25 W/(m·K) při 950 °C (1742 °F) (efektivní odvod tepla při vysokých teplotách, snížení tepelného namáhání součástí)

Koeficient tepelné roztažnosti: 12,5-14,5 μm/(m·K) (20-950°C) (řízená roztažnost pro minimalizaci tepelného namáhání ve smontovaných systémech, jako jsou skříně turbín)

Modul pružnosti: 195-205 GPa (28 300-29 700 ksi) při pokojové teplotě; klesá na ~135 GPa (19 600 ksi) při 950 °C (1742 °F)

Bod tání: 1350-1400 °C (2462-2552 °F)

Formuláře produktů

Slitina 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) se vyrábí v různých formách pro speciální aplikace odolné vůči vysokým teplotám a korozi:

Tyč: K dispozici jako kruhová tyč (průměr od 8 mm do 180 mm) a plochá tyč (tloušťka 4 mm až 90 mm, šířka 15 mm až 450 mm), ideální pro obrábění součástí turbín, dříků ventilů a vysokoteplotních upevňovacích prvků.

Páska: Tenké, ploché pásy (tloušťka 0,08 mm až 0,9 mm, šířka 4 mm až 90 mm) používané v žárových nástřikech, vysokoteplotních elektrických topných tělesech a flexibilních těsněních pro průmyslové pece.

Drát: Drát Nimonic 90 (průměry 0,4 mm až 5 mm) nabízí rovnoměrné vysokoteplotní vlastnosti, vhodné pro svařování (TIG/MIG), aplikace žárového nástřiku a přesné topné spirály v průmyslových systémech s vysokou teplotou.

Tyče: Pevné válcové tyče (průměry 2 mm až 45 mm) používané pro obloukové svařování wolframem (GTAW) a výrobu malých vysokoteplotních součástí (např. podpěry senzorů, čepy lopatek turbíny).

Trubky a potrubí: Duté formy (vnější průměr 5 mm až 90 mm, tloušťka stěny 0,4 mm až 9 mm) pro vysokoteplotní přepravu tekutin (např. palivová potrubí plynových turbín, trubky výměníků tepla v elektrárnách).

Fólie: Ultratenké plechy (tloušťka 0,015 mm až 0,09 mm) používané ve vysokoteplotních těsněních, tepelných štítech pro leteckou elektroniku a tenkovrstvých tepelných bariérách.

Desky a plechy: Ploché formy (deska: tloušťka 2 mm až 45 mm; plech: 0,25 mm až 2 mm) pro výrobu spalovacích vložek, stěn pecí a leteckých výměníků tepla.

Pás: Úzké, ploché pásy (tloušťka 0,08 mm až 1,8 mm, šířka 2 mm až 45 mm) pro přesné součásti, jako jsou těsnění turbín, žebra výměníku tepla a elektrické kontakty v prostředí s vysokou teplotou.

Výkovek: Sochory a ingoty pro kování za tepla do složitých tvarů (např. disky plynových turbín, lopatky turbín, dveře průmyslových pecí) vyžadující výjimečnou pevnost při vysokých teplotách.

Aplikace

Výjimečná pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti tečení a oxidační stabilita slitiny 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) v jejích různých formách z ní činí kritický materiál v průmyslových odvětvích vyžadujících výkon v extrémních tepelných podmínkách:

Letectví a kosmonautika:

Motory s plynovými turbínami: Vysokotlaké lopatky turbín, lopatky, spalovací vložky a součásti přídavného spalování (z plechu, výkovku a plechu) odolávající teplotám až 980 °C (1796 °F).

Spojovací prvky pro letecký průmysl: Vysokoteplotní šrouby, svorníky a nýty (z tyčí a tyčí) zajišťující součásti horké části motoru vystavené cyklickému tepelnému namáhání a vibracím.

Raketové pohonné systémy: Vložky spalovací komory a součásti trysek (z výkovku, trubek a plechů) odolávající extrémnímu teplu ze spalování raketového paliva.

Energie a výroba elektrické energie:

Plynové/parní turbíny: Součásti horké sekce (z plechu, výkovku a tyče) pro průmyslové energetické turbíny, které vydrží vysoké teploty a cyklické zatížení.

Zařízení na energetické využití odpadu: Vysokoteplotní vložky spalovací komory a komponenty pro rekuperaci tepla (z plechů a desek) odolávají korozivním spalinám a teplotám nad 900 °C.

Jaderná energie: Pokročilé trubky výměníků tepla a konstrukční součásti (z trubek a desek) odolávající záření a vysokoteplotním chladivům v reaktorech nové generace.

Průmyslové a vysokoteplotní zpracování:

Vysokoteplotní pece: Stěny pece, topná tělesa, pláště termočlánků a nístějové desky (z drátu, desky a trubky) pracující ve vzduchu nebo inertní atmosféře až do 1100 °C (2102 °F).

Chemické zpracování: Vložky reaktorů, nosné mřížky katalyzátorů a výměníky tepla (z desek, trubek a tyčí) odolávající agresivním chemikáliím (např. silným kyselinám, roztaveným solím) při zvýšených teplotách.

Metalurgické zpracování: Vysokoteplotní přípravky pro tepelné zpracování, manipulační díly z roztaveného kovu a součásti žíhací pece (z tyče, výkovku a plechu) odolné proti opotřebení a vysokému teplu.

Obranné a specializované strojírenství:

Vojenské letecké motory: Kritické součásti horkých sekcí (z kovacího materiálu a plechu) vyžadující odolnost při vysokých teplotách v bojovém prostředí.

Hypersonická vozidla: Tepelné štíty a konstrukční prvky (z plechu a výkovku) vytrvalé aerodynamické zahřátí až na 980 °C (1796 °F).

Námořní systémy: Pokročilé komponenty námořních plynových turbín (z desek, trubek a tyčí) odolávající korozi mořské vody a vysokým teplotám.

Specializované aplikace podle formy:

Drát: Svařovací přídavný kov pro spojování vysokoteplotních součástí, žárové nástřiky pro ochranu proti opotřebení a korozi a přesné topné spirály.

Deska/plech: Spalovací vložky, stěny pecí a letecké výměníky tepla vyžadující velké, ploché vysokoteplotní povrchy.

Trubka/trubka: Vysokoteplotní transport kapalin (palivová potrubí, trubky výměníku tepla) a ochranné pláště termočlánků v korozivním prostředí.

Výkovek: Složité turbínové disky, lopatky turbín a součásti průmyslových pecí vyžadující vlastní tvary a výjimečnou pevnost při vysokých teplotách.

Stručně řečeno, slitina 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) – dostupná ve formách od tyčí a drátů až po plechy a výkovky – poskytuje výjimečnou pevnost při vysokých teplotách, odolnost proti tečení a oxidační stabilitu. Jeho různé formy produktů umožňují řešení na míru napříč leteckým, energetickým, průmyslovým a obranným sektorem, což z něj činí kritický materiál v aplikacích vyžadujících spolehlivý výkon v extrémních tepelných podmínkách.

Balení Standardní balení:

Typické hromadné balení zahrnuje paletizovaný plast o objemu 5 galonů/25 kg. kbelíky, vláknité a ocelové sudy až po 1 tunové super pytle v plném kontejneru (FCL) nebo nákladním nákladu (T/L). Výzkumná množství a množství vzorků a hygroskopické, oxidační nebo jiné materiály citlivé na vzduch mohou být baleny v argonu nebo ve vakuu. Řešení jsou balena v polypropylenových, plastových nebo skleněných nádobách až do paletizovaných 1125 galonových tekutých přepravek. Speciální balení je k dispozici na vyžádání.