مروری جامع از فرآیند آلیاژ نیکل از مواد اولیه تا محصولات نهایی

آلیاژهای نیکل ، به عنوان یک ماده کلیدی ضروری در صنعت مدرن ، به طور گسترده ای در زمینه های پایان - مانند هوافضا ، مهندسی انرژی و شیمی و مهندسی دریایی به دلیل مقاومت در برابر خوردگی عالی ، قدرت درجه حرارت بالا 1 {1 {{{1 {{{1 {{1 {1 {{1 {{1 {1 {1 {{1 {1 {1 {{1 {{1 {{1 {{1 {{1 {1 استفاده می شود. از سنگ معدن خام گرفته تا محصول نهایی ، تولید آلیاژ نیکل شامل پنج مرحله اصلی است: کنترل مواد اولیه ، ذوب ، پردازش ، عملیات حرارتی و آزمایش با کیفیت. انتخاب فرآیند و کنترل پارامتر در هر مرحله به طور مستقیم بر ثبات و قابلیت اطمینان عملکرد محصول تأثیر می گذارد.

پردازش مواد اولیه

مواد اولیه آلیاژ نیکل در درجه اول به دو دسته تقسیم می شوند: سنگ معدن نیکل و مواد اولیه فلزی. تکنیک های پردازش هدفمند بر اساس نوع سنگ معدن انتخاب می شوند:

سنگ معدن نیکل

تقریباً 60 ٪ از منابع نیکل جهان در قالب سنگ معدن لاتریت وجود دارد. تکنیک های پردازش آن به دو نوع تقسیم می شوند: پیرومتالورژیک و هیدرومتالورژیک.

Pyrometallurgical: Suitable for high-nickel-grade ores (Ni>1.5 ٪). فرآیند معمولی "خشک کردن کوره دوار و کاهش قبل - و به دنبال آن کاهش کوره برقی و ذوب." سنگ معدن در یک کوره چرخشی با 800 {5} 900 درجه کاهش می یابد و تا حدی کاهش می یابد تا یک آلیاژ آهن نیکل- تولید کند. سپس در یک کوره برقی با 1500-1600 درجه عمیق کاهش می یابد تا نیکل آهن با میزان نیکل 15 ٪ -20 ٪ تولید شود و به میزان بازیابی نیکل 90 ٪ -92 ٪ برسد.

فرآیند مرطوب: برای سنگ معدن درجه-} درجه (ni <1.5 ٪) ، شستشوی اسید فشار 2 {2} بالا (HPAL) روش اصلی است. پس از خرد کردن و سنگ زنی ، سنگ معدن با اسید سولفوریک رقیق در 240 {8} 260 درجه و 4-5 مگاپاسکال شسته می شود و به میزان شستشوی نیکل بیش از 90 ٪ می رسد. شستشو از طریق خنثی سازی ، بارش ، استخراج حلال و سایر مراحل خالص می شود و در نهایت صفحات نیکل با خلوص بالا را از طریق الکترولیز تولید می کند. این فرآیند مصرف انرژی را 25 ٪ -30 ٪ در مقایسه با فرآیند پیرومتالورژیک کاهش می دهد.

سنگ معدن نیکل سولفید

Nickel sulfide ore must first be enriched through flotation (nickel content >3 ٪ را می توان مستقیماً به کوره شارژ کرد) و سپس تحت ذوب پیرومتالورژیکی قرار می گیرد:

ذوب فلش: جریمه های سنگ معدن با اکسیژن - هوای غنی شده با سرعت زیاد در کوره فلش مخلوط می شوند و به سرعت در 1300- 1350 درجه واکنش نشان می دهند تا نیکل درجه پایین را تولید کنند (محتوای نیکل 40 ٪ -60 ٪). میزان اکسیداسیون گوگرد به بیش از 98 ٪ می رسد و گاز دودکش از طریق سیستم تولید اسید بازیافت می شود.

مبدل دمیدن: مات نیکل درجه - درجه به مبدل منتقل می شود و با هوای فشرده شده برای از بین بردن آهن اکسیده می شود ، و تولید می کند ، تولید بالا- درجه مات (محتوای نیکل 70 ٪ -78 ٪) ، که مواد اولیه را برای تصفیه الکترولیتیک بعدی فراهم می کند.

مواد اولیه فلزی

مواد اولیه فلزی مانند صفحه نیکل ، فروروکروم و کبالت باید تحت تأیید ترکیب و کنترل اندازه ذرات قرار بگیرند. به عنوان مثال ، آلیاژهای مبتنی بر نیکل- برای تیغه های موتور هواپیما نیاز به نوسان محتوای نیکل کمتر از یا مساوی با 0.05 ± دارند. مواد اولیه باید جت-} برای اطمینان از ترکیب یکنواخت در هنگام ذوب ، به اندازه مش 200-325 آسیاب شود.

 

روند ذوب

ذوب آلیاژ نیکل مدرن به طور کلی از یک فرآیند "دوبلکس" یا "سه گانه" استفاده می کند ، با استفاده از ذوب مرحله multi {{0} برای کنترل مشترک ترکیب و ناخالصی ها:

ذوب القایی خلاء (VIM)

در زیر محیط خلاء 10 ⁻²-10⁻³ PA ، مواد اولیه با استفاده از گرمایش القایی الکترومغناطیسی ذوب می شوند ، به طور موثری اکسیداسیون و از بین بردن گازها (مانند H و O) را مهار می کنند. دمای ذوب بین 1500 درجه و 1580 درجه کنترل می شود و شدت همزن استخر ذوب با استفاده از پارامترهای میدان الکترومغناطیسی تنظیم می شود تا از یکنواختی ترکیبی که مطابق با استانداردهای ASTM E1507 است ، اطمینان حاصل شود.

Electroslag Remilting (ESR)

با استفاده از شمش برای تصفیه به عنوان آند و آب {{0} crystallizer خنک کننده به عنوان کاتد ، ناخالصی هایی مانند گوگرد و اکسیژن از طریق سرباره- واکنشهای بین المللی فلزی برداشته می شوند. سیستم SLAG از یک سیستم سه قلو از Caf₂- al₂o₃ - cao استفاده می کند. میزان ذوب با 3-5 کیلوگرم در دقیقه کنترل می شود و میزان گوگرد از 0.005 ٪ به زیر 0.001 ٪ کاهش می یابد.

Recting قابل مصرف خلاء (VAR)

یک آب - قالب مس خنک شده میزان جامد سازی را کنترل می کند و تفکیک عنصر را سرکوب می کند. میزان ذوب با 2-4 کیلوگرم در دقیقه ثابت حفظ می شود و خلاء زیر 10 درجه سانتیگراد حفظ می شود. نوسان ترکیب محوری شمش کمتر از یا برابر با 0.03 ± است و میزان نقص انقباض به زیر 0.5 ٪ کاهش می یابد.

 

فناوری پردازش

پردازش آلیاژ نیکل برای دستیابی به کنترل دوگانه شکل و عملکرد نیاز به ترکیبی از کار گرم و سرد دارد:

جعل

بهبود ریزساختار از طریق تغییر شکل فشار - بالا حاصل می شود. نیروهای اصلی خط لوله اصلی انرژی هسته ای از جعل ایزوترمال در 1000-1050 درجه استفاده می کنند و تغییر شکل 60 ٪ -70 ٪ را حفظ می کنند. این اندازه دانه را از درجه 5 تا درجه 8 ASTM اصلاح می کند و 2-3 بار مقاومت خستگی را بهبود می بخشد.

نورد

نورد داغ: پاس های تغییر شکل چندگانه در بالای دمای تبلور مجدد انجام می شود. ورق آلیاژ مبتنی بر نیکل - از طریق یک فرآیند نورد و خنک کننده کنترل شده تولید می شود ، با دمای نورد نهایی 950-1000 درجه و میزان خنک کننده 10-15 درجه در ثانیه ، دستیابی به یک تعادل بهینه بین قدرت (σb {4} mpa) و سختی (AKV {5 5}} J).

نورد سرد: دقت سطح از طریق تغییر شکل کاهش بالا بهبود می یابد. خط تولید نوار دقیق از یک سنج ضخامت آنلاین برای حفظ تحمل ضخامت در 1 میکرومتر and و یک زبری سطح کمتر از یا مساوی با 0.2μm استفاده می کند و نیازهای بسته بندی الکترونیکی را برآورده می کند.

نقاشی

Multi - نقاشی سرد همراه با بازپخت متوسط ​​، سیم جوشکاری دقیق- را تولید می کند. استفاده از روان کننده نانوگرافی ، نیروی نقاشی را 20 ٪ -25 ٪ کاهش می دهد ، زبری سطح از RA 0.8μm به زیر RA 0.2μm را کاهش می دهد و میزان ترک جوش را به زیر 0.1 ٪ کاهش می دهد.

 

عملیات حرارتی

عملیات حرارتی ریزساختار آلیاژ را از طریق چرخه خنک کننده - تغییر می دهد و یک گام کلیدی در بهینه سازی عملکرد است:

درمان راه حل

آلیاژ را تا 1100-1150 درجه گرم کنید و به مدت 1-2 ساعت نگه دارید تا فاز رسوب شده را به طور کامل حل کنید. به عنوان مثال ، پس از درمان محلول ، آلیاژ نیکل N6 30 ٪ در یکنواختی اندازه دانه و افزایش 15 ٪ -20 ٪ در انعطاف پذیری و چقرمگی نشان می دهد.

درمان پیری

آلیاژ را در 700- 850 درجه برای 12- 24 ساعت نگه دارید تا بارش بار "فاز" باشد. یک درمان پیری مرحله ای دو {12 {12} (760 درجه به مدت 8 ساعت+ 620} به مدت 16 ساعت) برای آلیاژهای تیغه موتور هواپیما به مقاومت استقامت با دمای بالا 600-700 مگاپاسکال دست می یابد ، 30 ٪ -40 ٪ در مقایسه با پیری تک مرحله افزایش می یابد.

درمان کرایوژنیک

درمان نیتروژن مایع در -196 درجه ، آستنیت حفظ شده را از بین می برد. درمان کرایوژنیک اجزای سکوی دریایی ، ثبات بعدی را 40 ٪ -50 ٪ ، مقاومت در برابر سایش 25 ٪ -30 ٪ و عمر خدمات بیش از 20 سال بهبود می بخشد.

 

بازرسی با کیفیت

از مواد اولیه گرفته تا محصولات نهایی ، کیفیت از طریق چندین سطح آزمایش تضمین می شود:

تجزیه و تحلیل شیمیایی: Spark Direct-} انتشار برای تجزیه و تحلیل سریع ترکیب ، با نوسانات کنترل شده در 0.01 ±.

معاینه متالوگرافی: پراش پشتی الکترونی (EBSD) برای تجزیه و تحلیل جهت گیری دانه و اطمینان از اینکه نرخ خزش دما بالا {0} بالا است ، استفاده می شود.

آزمایش مخرب غیر -: CT صنعتی نقص داخلی را با حساسیت حداکثر 0.02 میلی متر (Ø) و میزان نقص از دست کمتر از 0.1 ٪ تشخیص می دهد.

پس از گذشت بازرسی ، محصول نهایی خلاء - بسته بندی شده و رطوبت-} اثبات شده برای اطمینان از عملکرد پایدار در طول حمل و نقل است.

 

تولید آلیاژ نیکل در تقاطع علوم مواد ، مهندسی متالورژی و ساخت دقیق قرار دارد. هسته آن در دستیابی به یک تطابق دقیق بین ترکیب ، ساختار و خصوصیات از طریق کنترل فرآیند سطح چند {1} است. با افزایش نیازهای عملکرد مواد در هوافضا ، انرژی جدید و سایر زمینه ها ، پردازش آلیاژ نیکل به سمت خلوص بالاتر ، اندازه دانه ظریف تر و بهبود پایداری حرارتی در حال تحول است.