Quali sono alcuni materiali-leghe di nichel resistenti all'usura?

 

Cos'è una lega di nichel-resistente all'usura?

 

Le leghe di nichel-resistenti all'usura sono una classe di materiali metallici ad alte-prestazioni che utilizzano il nichel come base e aggiungono vari elementi di lega (come cromo, molibdeno, tungsteno, niobio, ferro, ecc.) e sono sottoposti a speciali trattamenti di rafforzamento, mostrando così un'eccellente durata in ambienti soggetti a usura elevata.

 

Le leghe di nichel-resistenti all'usura sono considerate uno dei "materiali definitivi" per risolvere la tripla sfida delle alte temperature, della corrosione e dell'usura. Le loro prestazioni superiori derivano dalla precisa progettazione della composizione della lega e dal controllo della microstruttura. Quando si selezionano queste leghe, è essenziale una stretta collaborazione con i fornitori di materiali o gli ingegneri, tenendo conto delle condizioni operative specifiche (T, P, mezzi) e delle modalità di guasto, per selezione e test mirati.

 

Questi materiali non solo ereditano l'eccellente resistenza alle alte-temperature, alla corrosione e la buona tenacità delle leghe a base di nichel-, ma possiedono anche un'eccezionale resistenza all'usura, ai graffi, alla corrosione e ai danni da sfregamento grazie alla progettazione specifica della lega e ai meccanismi di rafforzamento. Questi materiali sono ampiamente utilizzati in condizioni di lavoro estremamente difficili. Descriveremo in dettaglio i principali meccanismi di rinforzo e di resistenza all'usura-, nonché le comuni famiglie di leghe di nichel resistenti all'usura-e i gradi tipici, ecc.

 

Principali meccanismi di rinforzo e resistenza all'usura

 

I meccanismi di rafforzamento riguardano "come renderlo più forte"; i meccanismi resistenti all'usura-riguardano "come resistere all'usura". I seguenti quattro sono tipi comuni di materiali rinforzanti e resistenti all'usura-:

 

1. Rafforzamento della soluzione solida:Aggiunta di elementi chimici come molibdeno, cromo, tungsteno e cobalto per rafforzare la matrice.

 

2. Rafforzamento della seconda fase (indurimento dovuto alle precipitazioni):

• 'fase [Ni₃(Al, Ti)]:La principale fase di rinforzo in materiali come Inconel 718 e X-750, che fornisce resistenza alle alte temperature.
• Carburi/Borati:Come i carburi di cromo (ad esempio Cr₇C₃, Cr₂₃C₆) e i carburi di molibdeno/tungsteno, che sono particelle dure che resistono direttamente all'usura abrasiva. Gli esempi includono carburi in Hastelloy C-276 e leghe stellite.

 

3. Rafforzamento dei composti intermetallici:Come le fasi Ni₃Si e Laves.

 

4. Incrudimento:Alcune leghe (come Monel K-500) possono aumentare significativamente la loro durezza superficiale attraverso la lavorazione a freddo.

 

Tipi comuni di leghe di nichel resistenti all'usura-e relative applicazioni

 

1. Tipi comuni: leghe di nichel-cromo-molibdeno (resistenti alla corrosione e all'usura)

 

• Caratteristiche principali e meccanismo di resistenza all'usura:La resistenza estremamente elevata alla corrosione generale (in particolare agli acidi redox misti), rinforzata con molibdeno e cromo attraverso una soluzione solida, e i carburi forniscono resistenza all'usura.

 

• Applicazioni principali:Pompe e valvole chimiche, agitatori, parti interne di reattori, sistemi di desolforazione dei gas di combustione e industria della carta.

 

 

2. Tipi comuni: leghe di nichel-rame (leghe di Monel)

 

• Principali proprietà e meccanismo di resistenza all'usura:Eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare, dell'acido solforico e dell'acido fluoridrico. Il K-500 può raggiungere una durezza maggiore attraverso l'indurimento per invecchiamento (precipitazione di Ni₃(Ti, Al)) e la lavorazione a freddo.

 

• Applicazioni principali:Componenti per l'ingegneria navale, alberi di pompe, valvole, raschiatori, trasportatori a coclea.

 

 

3. Tipo comune: tipo indurente per precipitazione (resistenza all'usura-alle alte temperature)

 

• Caratteristiche principali e meccanismo di resistenza all'usura:La resistenza estremamente elevata viene raggiunta attraverso l''invecchiamento in fase e la fase di precipitazione; buona stabilità alle alte-temperature; resistenza all’usura da sfregamento e all’usura per fatica.

 

• Applicazioni principali:Pale-di motori aeronautici, dischi di turbine, elementi di fissaggio, matrici ad alta-temperatura e viti di estrusione.

 

 

 

4. Tipi comuni: evoluzione dell'acciaio inossidabile austenitico (elevata resistenza e resistenza all'usura)

 

• Caratteristiche principali e meccanismo di resistenza all'usura:Acciaio inossidabile austenitico ad alto-azoto, ma con un elevato contenuto di nichel (~8,5%). Elevata robustezza e resistenza all'usura si ottengono attraverso il trattamento con soluzione di azoto e l'incrudimento a freddo, a un costo relativamente basso.

 

• Applicazioni principali:Cuscinetti non lubrificati, anelli di usura, elementi di fissaggio e apparecchiature per la lavorazione degli alimenti.

 

 

 

Considerazioni chiave per la scelta delle leghe di nichel-resistenti all'usura

 

1. Tipo di usura:Si tratta di usura abrasiva, erosione, usura adesiva o usura da sfregamento?

2. Mezzo ambientale:Temperatura, pressione, presenza di acidi, alcali, sali, ossidi, solfuri, ecc.

3. Requisiti meccanici:Durezza, resistenza, tenacità e resistenza al carico d'urto richieste.

4. Processo di produzione:È necessaria una fusione/forgiatura solida o solo un rivestimento di saldatura superficiale/rivestimento a spruzzo termico?

5. Efficacia in termini di costi-:Sebbene le leghe di nichel siano costose, la loro lunga durata e i bassi costi di manutenzione sono spesso economici per le apparecchiature critiche.