Hammaddeden bitmiş ürünlere nikel alaşım sürecine kapsamlı bir genel bakış

Modern endüstride vazgeçilmez bir anahtar malzeme olarak nikel alaşımları, mükemmel korozyon direnci, yüksek - sıcaklık mukavemeti ve oksidasyon direnci nedeniyle yüksek - uç alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Çiğ cevherden bitmiş ürüne, nikel alaşım üretimi beş temel adım içerir: hammadde taşıma, eritme, işleme, ısıl işlem ve kalite testi. Her adımdaki işlem seçimi ve parametre kontrolü, ürünün performans istikrarını ve güvenilirliğini doğrudan etkiler.

Hammadde işleme

Nikel alaşımlı hammaddeler öncelikle iki kategoriye ayrılır: nikel cevheri ve metal hammaddeler. Hedeflenen işleme teknikleri cevher türüne göre seçilir:

Laterit nikel cevheri

Dünya nikel kaynaklarının yaklaşık% 60'ı laterit nikel cevheri şeklinde bulunmaktadır. İşleme teknikleri iki türe ayrılmıştır: pirometalerjik ve hidrometalurjik.

Pyrometallurgical: Suitable for high-nickel-grade ores (Ni>%1.5). Tipik işlem "döner fırın kurutma ve pre - azaltma, ardından elektrikli fırın azaltma ve eritme" dir. Cevher susuz kalır ve bir nikel - demir alaşımı üretmek için 800 - 900 derecesinde bir döner fırında kısmen azaltılır. Daha sonra,%15-%20'lik bir nikel içeriğine sahip nikel demir üretmek ve%90-%92 nikel geri kazanım oranı elde etmek için 1500-1600 derecede elektrikli bir fırında derinlemesine azalır.

Islak işlem: Düşük - dereceli cevherler (Ni <%1.5) için yüksek - basınç asidi liç (hpal) ana akım yöntemdir. Ezme ve öğütmeden sonra cevher 240 - 260 derece ve 4-5 MPa'da seyreltik sülfürik asit ile sızdırılır ve%90'ı aşan bir nikel sızıntı hızı elde eder. Sızıntı suyu nötralizasyon, yağış, çözücü ekstraksiyonu ve diğer aşamalarla saflaştırılır ve sonuçta elektroliz yoluyla yüksek saflıkta nikel plakalar üretir. Bu süreç, pirometalürjik sürece kıyasla enerji tüketimini% 25-% 30 oranında azaltır.

Nikel sülfür cevheri

Nickel sulfide ore must first be enriched through flotation (nickel content >% 3'ü doğrudan fırına yüklenebilir) ve daha sonra pirometalerjik eritme tabakasına tabi tutulur:

Flaş eritme: cevher para cezaları, bir flaş fırında yüksek hızda oksijen - zenginleştirilmiş hava, düşük dereceli nikel mat (nikel içeriği%40-60) üretmek için 1300 - 1350 derecede hızla tepki verir. Kükürt oksidasyon hızı%98'in üzerine çıkıyor ve baca gazı bir asit üretim sistemi ile geri dönüştürülüyor.

Dönüştürücü üfleme: Düşük - dereceli nikel mat dönüştürücüye aktarılır ve demir çıkarmak için basınçlı hava ile oksitlenir, yüksek - sınıf nikel mat (nikel içeriği%70-%78) üretir, bu da sonraki elektrolitik refüzyon için ham malzeme sağlar.

Metal Hammaddeler

Nikel plakası, ferrochrom ve kobalt gibi metal hammaddeler, bileşim doğrulaması ve parçacık boyutu kontrolüne tabi tutulmalıdır. Örneğin, uçak motoru bıçakları için nikel - tabanlı alaşımlar, ±%0.05'e eşit veya eşit bir nikel içerik dalgalanması gerektirir. Hammaddeler, eritme sırasında muntazam bileşim sağlamak için 200-325 ağ boyutuna değilmiş jet - olmalıdır.

 

Eritme işlemi

Modern nikel alaşımlı eritme genellikle kompozisyonu ve safsızlıkları işbirliği içinde kontrol etmek için çok - aşama eriyen bir "dubleks" veya "tripleks" işlemini kullanır:

Vakum indüksiyon eritme (vim)

10⁻²-10⁻³ PA vakum ortamı altında, hammaddeler elektromanyetik indüksiyon ısıtması kullanılarak eritilir, oksidasyonu etkili bir şekilde inhibe eder ve gazları (H ve O gibi) çıkarır. Erime sıcaklığı 1500 derece ile 1580 derece arasında kontrol edilir ve eriyik havuzu karıştırma yoğunluğu, ASTM E1507 standartlarını karşılayan bileşimsel homojenliği sağlamak için elektromanyetik alan parametreleri kullanılarak ayarlanır.

ElektroSlag Remelting (ESR)

Anot olarak rafine edilecek olan külçe kullanılarak, katot olarak - soğutulmuş kristalleştirici su, kükürt ve oksijen gibi safsızlıklar cüruf - metal arayüzey reaksiyonları yoluyla çıkarılır. Cüruf sistemi üçlü bir caf₂ - al₂o₃ - cao sistemi kullanır. Erime hızı 3-5 kg/dakikada kontrol edilir ve kükürt içeriği% 0.005'e% 0.001'in altına düşürülebilir.

Vakum Sarf Malzemesi (VAR)

Bir su - soğutulmuş bakır kalıp, katılaşma oranını kontrol eder ve eleman ayrımını bastırır. Eriyik hızı sabit bir 2-4 kg/dakikada tutulur ve vakum 10⁻² PA'nın altında tutulur. INGOT'un eksenel bileşim dalgalanması ±%0.03'ten az veya eşittir ve büzülme kusuru oranı%0.5'in altına düşürülür.

 

İşleme teknolojisi

Nikel alaşım işleme, şekil ve performansın ikili kontrolünü elde etmek için sıcak ve soğuk çalışmanın bir kombinasyonunu gerektirir:

Dövme

Mikroyapı iyileştirmesi, yüksek - basınç deformasyonu yoluyla elde edilir. Nükleer enerji ana boru hattı vuruşları,%60-70 deformasyonunu koruyarak 1000-1050 derecede izotermal dövme kullanır. Bu, tane boyutunu ASTM sınıfı 5 ila 8. sınıftan arındırır ve yorgunluk direncini 2-3 kez iyileştirir.

Yuvarlamak

Sıcak haddeleme: yeniden kristalleştirme sıcaklığının üzerinde çoklu deformasyon geçişi gerçekleştirilir. Nikel - tabanlı alaşım tabakası, 950-1000 derecelik son haddeleme sıcaklığı ve 10-15 derece /s'lik bir soğutma hızı ile üretilir (σb=950-1050 MPa) ve sertlik (Akv=70-90} J) arasında optimum denge elde edilir.

Soğuk Haddeleme: Yüksek indirgeme deformasyonu ile yüzey hassasiyeti iyileştirilir. Hassas şeridi üretim hattı, elektronik ambalaj gereksinimlerini karşılayarak ± 1μm içinde bir kalınlık toleransını ve 0.2μm'den daha az bir yüzey pürüzlülüğü RA'yı korumak için bir çevrimiçi kalınlık göstergesi kullanır.

Çizim

Multi - Ara tavlama ile birleştirilmiş soğuk çizim, yüksek - hassas kaynak teli üretir. Nanografit yağlayıcı kullanımı, çizim kuvvetini%20-25 oranında azaltır, yüzey pürüzlülüğünü RA 0.8μm'den RA 0.2μm'nin altına düşürür ve kaynak çatlak hızını%0.1'in altına düşürür.

 

Isıl işlem

Isı işlemi, alaşım mikro yapısını bir ısıtma ile değiştirir - soğutma döngüsü ve performansı optimize etmede önemli bir adımdır:

Çözüm tedavisi

Alaşımı 1100-1150 derecesine ısıtın ve çökeltilmiş fazı tam olarak çözmek için 1-2 saat tutun. Örneğin, çözelti tedavisinden sonra N6 nikel alaşımı, tane büyüklüğü homojenliğinde% 30'luk bir iyileşme ve süneklik ve toklukta% 15-20 artış sergiler.

Yaşlanma tedavisi

Alaşımı, 'fazın yağışını teşvik etmek için 12 - 24 saat için 700 - 850 derecesinde tutun. Uçak motor bıçağı alaşımları için iki - aşama yaşlanma tedavisi (8 saatlik 760 derece + 620 derecesi + 620 derecesi), tek aşamalı yaşlanmaya kıyasla 600-700 MPa yüksek sıcaklık dayanıklılık mukavemeti,% 30-40 artış sağlar.

Kriyojenik tedavi

-196 derecesinde sıvı azot tedavisi, korunmuş östeniti ortadan kaldırır. Offshore platform bileşenlerinin kriyojenik tedavisi, boyutsal stabiliteyi%40-%50, aşınma direncini%25-%30 ve servis ömrünü 20 yıldan fazla artırır.

 

Kalite denetimi

Hammaddelerden bitmiş ürünlere kadar kalite, birden fazla test seviyesinden sağlanır:

Kimyasal analiz: Spark Direct - emisyon spektrometreleri, bileşimi hızla analiz etmek için kullanılır ve dalgalanmalar ±%0.01 içinde kontrol edilir.

Metalografik İnceleme: Elektron geri saçılma kırınımı (EBSD), tane oryantasyonunu analiz etmek ve yüksek - sıcaklık sürünme oranlarının standartları karşılamasını sağlamak için kullanılır.

Olmayan - Yıkıcı Test: Endüstriyel BT, 0.02 mm'ye (Ø) kadar duyarlılığa ve%0.1'den az bir kusur kaçırma oranı ile iç kusurları tespit eder.

İncelemeyi geçtikten sonra, nihai ürün, ulaşım sırasında istikrarlı bir performans sağlamak için prova edilen - paketlenmiş ve nem - nemdir.

 

Nikel alaşım üretimi, malzeme bilimi, metalurji mühendisliği ve hassas üretimin kesişiminde yer alır. Çekirdeği, çoklu - seviye işlem kontrolü yoluyla bileşim, yapı ve özellikler arasında kesin bir eşleşme elde etmektir. Havacılık, yeni enerji ve diğer alanlarda malzeme performansı gereksinimleri artmaya devam ettikçe, nikel alaşım işleme daha yüksek saflık, daha ince tane boyutu ve gelişmiş termal stabiliteye doğru gelişmektedir.