ニッケル合金鋳造サービス - カスタムニッケル合金鋳物

1. 導入

ニッケル合金鋳造は、溶融ニッケルベースの合金を複合体に変換する特殊な製造プロセスです, カビの充填と凝固を介した高性能成分.

これらの合金, ニッケル含有量によって定義されています (30–90％) クロムとの戦略的合金, モリブデン, または銅, 1,200°Cのガスタービンエンジンから高度に腐食性の化学反応器まで、従来の金属が失敗する環境で優れているように設計されています.

鋳造は、複雑な幾何学の生産を可能にするため、ニッケル合金にユニークに適しています (例えば。, 内部冷却チャネルを備えたタービンブレード) それは、錬金術の素材から機械加工することはコスト制御または不可能です.

今日, ニッケル合金鋳物は、航空宇宙の重要なシステムを支えています, エネルギー, および産業部門, 極端な条件での信頼性は交渉不可能です.

2. ニッケル合金鋳造とは何ですか?

ニッケル合金鋳造は、ニッケルベースの合金を溶かすプロセスです (1,300〜1,500°Cで) 溶融金属を型に注ぎます, 型の正確な形状のコンポーネントに固化する場所.

鍛造とは異なり, 固体金属を変形させます, 鋳造は、溶けて細かい詳細を複製するときに合金の流動性を活用します。 0.5 タービンブレードのmm直径冷却穴またはバルブボディの複雑な糸型.

このプロセスは、ニッケル合金のユニークな特性に合わせて調整されています: それらの高い融点には耐火型が必要です (例えば。, セラミックまたはジルコニアコーティングされた砂), 酸化に対する感受性は制御された大気を必要とします (不活性ガスまたは真空) 注ぎの間.

結果は、合金の固有の特性を保持するコンポーネント、つまり高温強度, 耐食性, クリープ抵抗 - 緊密な耐性を達成します (投資キャスティングの場合は±0.1 mm) および複雑なジオメトリ.

3. 鋳造で使用されるニッケル合金の種類

鋳造で使用されるニッケル合金は、で実行するように特別に設計されています 極端な環境, 高温を含む, 腐食性, および高圧アプリケーション.

ニッケルベースの合金の概要

ニッケル合金には通常、オーバーが含まれています 50% 重量によるニッケル, Chromiumなどの要素と組み合わせる, モリブデン, 銅, と鉄.

これらの元素の組み合わせは、酸化に対する耐性を高めます, 腐食, そして熱疲労, 複雑な鋳造にとって非常に貴重なものにします, 高性能コンポーネント.

ニッケル合金システムの分類

鋳造中のキーニッケル合金

鋳造で使用されるニッケルベースの合金は、高強度の極端な環境に合わせて設計されています, 耐食性, そして、熱安定性が重要です.

以下は、精密キャスティングアプリケーションで最も広く使用されている合金の一部です:

インコンセンル合金

• インコネル 718
  降水が治癒可能なNI-CR合金 (50-55％in, 17–21％Cr, 4.75–5.5％NB) 優れた機械的強度とクリープ抵抗があります 650 °C.

• • 抗張力 (Rt): 1,300 MPA
  • 抗張力 (650 °C): 965 MPA
  • アプリケーション: 航空宇宙タービンディスク, ロケットエンジンハードウェア, 核成分

• インコネル 625
  固形溶液の強化された合金 (≥58％があります, 20–23％Cr, 8–10％mo) 攻撃的な環境で例外的な腐食抵抗を提供します.

• • クリープ破裂 (700 °C / 300 MPA): >1,000 時間
  • アプリケーション: 化学処理装置, 海水成分, オフショアオイル & ガスシステム

ハステロイ合金

• Hastelloy C-276
  汎用性の高いNi-mo-cr allloy (57% で, 15–16％Cr, 16–18％MO) 広範囲の腐食性化学物質に対する優れた耐性で知られています, 混合酸と塩化物を含む.

• • 腐食率 10% hcl at 25 °C: <0.05 MM/年
  • アプリケーション: 医薬品反応器, パルプ & ペーパー消化器, 廃棄物処理容器

• Hastelloy x
  耐熱性のCR-MO合金 (47% で, 21% cr, 9% MO) 高温での持続性のパフォーマンスのために開発されました 1,200 °C.

• • での酸化速度 1,000 °C: <0.02 MM/年
  • アプリケーション: ガスタービン燃焼器, アフターバーナー, 炉コンポーネント

モネル合金

• モネル 400
  ニッケルコッパー合金 (63% で, 28–34％Cu) 海水に優れた抵抗を提供します, ブラインズ, およびフルオリン酸. それは広い温度範囲にわたって良好な延性と強度を維持します.

• • 海水の腐食率: <0.01 MM/年
  • アプリケーション: 海洋バルブ, 熱交換器チューブ, ポンプシャフト

ワスパロイ

高性能NI-CR合金 (57% で, 19% cr, 4.3% MO) 高温強度とクリープ抵抗のために設計されています, 特にタービンエンジン環境で.

• 抗張力: 1,200 MPA
• クリープ抵抗: まで 815 °C
• アプリケーション: ジェットエンジンタービンブレード, アフターバーナー, 航空宇宙ファスナー

4. ニッケル合金鋳造プロセス

ニッケル合金成分は、通常、高性能環境で使用されます, 高次元の完全性を持つ複雑な幾何学を生成しながら、優れた特性を保存できる鋳造方法を必要とする.

鋳造プロセスの選択は、合金の融点などの要因に依存します, 化学反応性, 望ましい許容範囲, 一部の複雑さ, および生産量.

砂鋳造

砂鋳造は、その柔軟性と費用対効果のため、ニッケル合金のために最も伝統的で広く使用されている方法の1つです.

• 利点:

• • 大規模に適しています, 複雑な形状と厚壁のセクション
  • 比較的低いツールコスト
  • 鉄と非鉄の両方のニッケル合金と互換性があります

• 制限:

• • 粗い表面仕上げ (RA 6.3-25 µm)
  • 精度鋳造方法と比較して、より低い寸法精度

• 典型的なアプリケーション:

• • エンジンケース, バルブボディ, エネルギーおよび石油化学セクターのポンプハウジング

インベストメント鋳造 (ロストワックスキャスト)

インベストメント鋳造 優れた寸法精度と表面仕上げを提供します, 複雑なニッケル合金コンポーネントに最適です.

• 利点:

• • ネットシェイプキャストに近い, マシン後の最小化
  • 優れた表面仕上げ (RA 3.2-6.3 µm)
  • 厳しい許容範囲 (±0.10–0.30 mm)

• 制限:

• • より高いコストと長いリードタイム
  • 処理中のワックスおよびセラミックシェルの脆弱性

• 典型的なアプリケーション:

• • ガスタービンブレード, ジェットエンジン部品, 原子炉成分

シェル型鋳造

シェル型鋳造 投資鋳造の精度と砂鋳造の生産性の高いハイブリッド方法です.

• 利点:

• • 良い寸法精度 (±0.25–0.75 mm)
  • 砂の鋳造よりも良い表面仕上げ (RA 3.2–12.5 µm)
  • 中型から大規模なバッチ生産の経済的

• 制限:

• • 非常に大きな部分には適していません
  • 特定のジオメトリに限定されています

• 典型的なアプリケーション:

• • コンプレッサー部品, 自動車ターボチャージャー, 石油化学ハードウェア

遠心鋳造

遠心鋳造は回転力を使用して、金型に溶融金属を分配する, 密集している, 欠陥のない円柱状コンポーネント.

• 利点:

• • 気孔率が最小限の高い機械的完全性
  • 方向性固化による優れた冶金特性
  • 摩耗に適しています- 圧力耐性の部品

• 制限:

• • 対称部品に制限されています (例えば。, リング, チューブ)
  • 小規模なランの高いセットアップコスト

• 典型的なアプリケーション:

• • 圧力容器, 排気マニホールド, 化学および電力産業のブッシングライナー

真空鋳造 (vim, VIM+var)

真空誘導融解 (vim) 真空アークリメルティング (私たちの) 超クリーンニッケル合金鋳物に使用される特殊なプロセスです.

• 利点:

• • 制御された大気は、酸素と窒素からの汚染を排除します
  • 航空宇宙および核グレードの成分に不可欠です
  • ユニフォームを生成します, 細粒の微細構造

• 制限:

• • 高い資本投資と営業コスト
  • 重要な高性能アプリケーションに限定されています

• 典型的なアプリケーション:

• • ジェットタービンブレード, 医療インプラント, 防衛システム, 核燃料要素

プロセス選択の考慮事項

5. ニッケル合金を使用して課題を唱えます

• 高い融点: ほとんどのニッケル合金は、1,300〜1,500°Cで溶けます, 特殊な炉が必要です (誘導または真空アーク) および耐火型 (セラミックまたはジルコニア). エネルギーコストは、鋳鉄よりも3倍高くなっています.
• 反応性: 溶融ニッケルは酸素と反応します, 窒素, とシリカ, 脆性酸化物または窒化物を形成します. 不活性ガス (アルゴン) シールドは、酸化物の形成を減らします <0.1% ボリュームによって.
• 気孔率と亀裂: 凝固中にガス溶解度が低下します, 気孔率につながります. 真空注入は気孔率を減らします <0.5% ボリュームによって.
  ホットクラッキング (堅化範囲が広いため) 遅い冷却速度によって軽減されます (5–10°C/min).
• 料金: 原材料の費用は40〜100ドル/kgです (vs. $0.5/鋳鉄用のkg), 処理が$ 20〜50/kgを追加すると、価値の高いアプリケーションに使用します.

6. 機械的および腐食特性

ニッケル合金鋳物は、例外的な機械的強度と腐食抵抗で有名です, 航空宇宙などの厳しい環境に理想的にします, 発電, 化学処理, および海洋アプリケーション.

機械的特性

ニッケル合金は、優れた機械的性能を示します, 特に高温で. 重要な機械的特性には含まれます:

耐食性

ニッケル合金は、などの攻撃的な環境での腐食抵抗に対して特に評価されています:

• 海水と塩スプレー
• 酸 (塩酸, 硫黄, 窒素)
• アルカリ溶液
• 酸化および還元媒体

高温性能

ニッケルベースの合金は、高温で構造の完全性を維持します:

• インコネル 718: 最大の安定した微細構造 650 °C, 優れたクリープと疲労抵抗を備えています.
• Hastelloy x (別の一般的な鋳造合金): 酸化に耐えます 1,200 °C; 燃焼器ゾーンでよく使用されます.
• ワスパロイ: 優れたクリープ抵抗 815 °C, ジェットエンジンタービンディスクとアフターバーナーで使用されます.

7. 熱処理とキャスティング後のプロセス

• ソリューションアニーリング: インコールのような合金 718 沈殿物を溶解するために、980〜1,065°Cに加熱されます, 均一な微細構造を保持するための迅速な冷却が続きます.
• 年齢硬化: インコネル 718 2段階の老化を受けます (720°C/8H + 620°C/8H) γ″を形成する (n₃nb) 沈殿します, からの降伏強度の増加 550 mpa to 1,170 MPA.
• ストレス緩和: キャスティングは、残留応力を60〜70％減らすために650〜700°Cに2〜4時間加熱されます, タービンケーシングなどの大きなコンポーネントにとって重要です.
• 非破壊検査 (NDT):

• • 超音波検査 (ut) 内部欠陥を検出します >1 mm.
  • X線検査は、重要な領域の多孔性を識別します (例えば。, タービンブレードの根).

• 機械加工: ティアンコーティングを備えた炭化物ツールが使用されます, 5〜10 m/minの切断速度 (vs. 30鋼の場合は40 m/min) 合金の硬度が高いため.

8. ニッケル合金鋳物の設計上の考慮事項

• 収縮手当: ニッケル合金は、固化中に3〜5％を収縮します, 特大のパターンを1.5〜2％必要とする (例えば。, a 100 mmパーツにはaが必要です 102 MMパターン).
• 壁の厚さ: 最小 2 mm (投資キャスティング) に 5 mm (砂鋳造) 完全な詰め物を確保するため. 厚さ比 >5:1 ホットスポットと割れを危険にさらします.
• 半径と切り身: 3 mm以上の内部半径は、ストレス集中を減らします; 鋭いコーナーは、亀裂リスクを増加させます 40%.
• ゲーティングとライザー: ライザー (15–パートボリュームの20％) 厚いセクションに配置されていると、収縮の多孔性が防止されます. 乱流を最小限に抑えるために設計されたゲーティング (フロー速度 <0.5 MS).
• 公差: 投資キャスティングは、小さな部品で±0.05 mmを達成します; 大きな成分の砂鋳物±0.5〜1 mm.

9. ニッケル合金鋳物の用途

ニッケル合金鋳物は、高温など、極端な環境に耐えることができるコンポーネントを要求する産業にとって重要です。, 腐食性化学物質, および機械的ストレス.

航空宇宙と航空

ニッケル合金はインコールのようなものです 718 ワスパロイは広く使用されています:

• タービンブレードとディスク
• 燃焼器コンポーネント
• アフターバーナー部品
• 排気システム

発電

ニッケル合金鋳物は、熱と腐食抵抗のために、化石発電所と原子力発電所で使用されます:

• 蒸気タービンコンポーネント
• 熱交換器
• ボイラーフィッティング

化学処理産業

ハステロイ合金は、化学的不活性と酸腐食に対する耐性に好まれます:

• ポンプとバルブの本体
• 原子炉容器
• 配管とフランジ
• スターラーとアジテーター

油 & ガス / 石油化学

ニッケルコッパーとニッケルモリブデン合金は、オフショアおよびダウンストリームシステムに最適です:

• 海底バルブ
• コンプレッサーコンポーネント
• フランジとマニホールド
• 坑口およびライザー機器

海兵隊 & 造船

モネル合金 (例えば。, モネル 400) 塩水環境で広く使用されています:

• ポンプおよびインペラーハウジング
• 海水配管
• プロペラシャフト
• バルブアセンブリ

医学 & 医薬品

ニッケル合金も採用されています:

• 滅菌装置
• 化学反応器
• 薬物製造船

自動車 & モータースポーツ (ハイエンド)

パフォーマンス自動車システムで, ニッケル合金鋳物が使用されます:

• ターボチャージャーハウジング
• マニホールド
• 高温排気部品

10. 利点と制限

ニッケル合金鋳造は、極端な環境のための高性能コンポーネントの製造において重要な役割を果たします.

幅広い利点を提供しながら, また、材料の選択とプロセス計画中に対処しなければならない特定の課題も提示します.

ニッケル合金鋳造の利点

制限 ニッケル合金鋳造の

11. 結論

ニッケル合金鋳造 現代のエンジニアリングの最前線にあります, 最も過酷な条件下で確実に動作するコンポーネントの作成を可能にする.

プロセスには課題がありますが、材料コスト, 複雑さをキャストします, 後処理 - 利益は、ハイステークス産業の制限をはるかに上回っています.

キャスティングテクノロジーの進歩, 熱処理, および合金開発, ニッケル合金鋳造は航空宇宙の進歩を可能にし続けます, エネルギー, 化学薬品, および防衛セクター.

FAQ

ニッケル合金に最適な鋳造方法は何ですか?

精密部品には投資鋳造と真空鋳造が望ましい; 砂鋳造はより大きく使用されます, よりシンプルなコンポーネント.

ニッケル合金の典型的な鋳造欠陥は何ですか?

一般的な欠陥には気孔率が含まれます, ホットクラッキング, シミュレーションを通じて許可された縮小キャビティ, ゲーティングデザイン, プロセス制御.

ニッケル合金は鋳造のステンレス鋼と比較してどうですか?

ニッケル合金は、高熱と腐食性の環境で優れた性能を提供しますが、キャストするのが非常に高価で困難です.

ニッケル合金鋳物を溶接することができます?

はい, ほとんどは適切なフィラー材料と手順で溶接可能です, 溶けた熱治療が必要になる場合がありますが.

ニッケル合金鋳物はリサイクル可能です?

はい, 90% スクラップがリサイクルされます, エネルギー使用の削減 40% 処女の生産と比較して. リサイクルされた合金は、バージン素材と同じパフォーマンス基準を満たしています.

鋳造はニッケル合金の鍛造とどのように比較されますか?

キャスティングは、より良いデザインの自由とより低いスクラップを提供します, 鍛造はより高い強度を提供します (10–15％引張強度) 単純なジオメトリ用.