니켈 합금 캐스팅 서비스 - 맞춤형 니켈 합금 주물

1. 소개

니켈 합금 주조는 용융 니켈 기반 합금을 복잡한 것으로 변환하는 특수 제조 공정입니다., 곰팡이 충전 및 응고를 통한 고성능 구성 요소.

이 합금, 니켈 내용으로 정의됩니다 (30–90%) 크롬과의 전략적 합금, 몰리브덴, 또는 구리, 1,200 ° C 가스 터빈 엔진에서 고도로 부식성 화학 반응기에 이르기까지 기존 금속이 실패하는 환경에서 탁월하도록 설계됩니다..

캐스팅은 복잡한 형상의 생산을 가능하게하기 때문에 니켈 합금에 고유하게 적합합니다. (예를 들어, 내부 냉각 채널이있는 터빈 블레이드) 그것은 단조 재료로부터 비용이 많이 받거나 기계 가공이 불가능할 것입니다..

오늘, 니켈 합금 주물은 항공 우주에서 중요한 시스템을 뒷받침합니다, 에너지, 산업 분야, 극한 조건에서의 신뢰성은 협상 할 수없는 경우.

2. 니켈 합금 캐스팅이란 무엇입니까??

니켈 합금 캐스팅은 니켈 기반 합금을 녹이는 과정입니다. (1,300–1,500 ° C에서) 용융 금속을 곰팡이에 붓습니다, 곰팡이의 정확한 모양으로 구성 요소로 굳어지는 곳.

단조와 달리, 고체 금속을 변형시킵니다, 캐스팅은 용융 될 때 합금의 유동성을 활용하여 미세한 세부 사항을 복제합니다. 0.5 터빈 블레이드 또는 밸브 본체의 복잡한 실 형태의 Mm 직경 냉각 구멍.

이 과정은 니켈 합금의 고유 한 특성에 맞게 조정됩니다: 그들의 높은 융점에는 내화 된 곰팡이가 필요합니다 (예를 들어, 세라믹 또는 지르코니아 코팅 모래), 산화에 대한 감수성은 통제 된 대기를 요구합니다 (불활성 가스 또는 진공) 쏟아지는 동안.

결과는 합금의 고유 한 특성을 유지하는 구성 요소-높은 온도 강도, 부식 저항, 크리프 저항 - 타이트한 공차를 달성하면서 (투자 캐스팅의 경우 ± 0.1 mm) 복잡한 형상.

3. 주조에 사용되는 니켈 합금의 유형

주조에 사용되는 니켈 합금은 특히 수행하도록 조작됩니다. 극단적 인 환경, 고온을 포함하여, 신랄한, 및 고압 적용.

니켈 기반 합금의 개요

니켈 합금은 일반적으로 포함됩니다 50% 무게로 니켈, Chromium과 같은 요소와 결합됩니다, 몰리브덴, 구리, 그리고 철.

이들 요소의 조합은 산화에 대한 내성을 향상시킨다, 부식, 열 피로, 단지를 주조하는 데 매우 가치가 있습니다, 고성능 구성 요소.

니켈 합금 시스템의 분류

주조의 주요 니켈 합금

주조에 사용되는 니켈 기반 합금은 고강도가 높은 극한 환경을 위해 설계됩니다., 부식 저항, 열 안정성이 중요합니다.

다음은 정밀 캐스팅 응용 분야에서 가장 널리 사용되는 합금입니다.:

Inconel 합금

• Inconel 718
  강수량 하드 덴블 NI-CR 합금 (50-55%, 17–21% Cr, 4.75–5.5% NB) 뛰어난 기계적 강도와 크리프 저항력으로 650 ° C.

• • 인장 강도 (Rt): 1,300 MPA
  • 인장 강도 (650 ° C): 965 MPA
  • 응용: 항공 우주 터빈 디스크, 로켓 엔진 하드웨어, 핵 성분

• Inconel 625
  고체 해결 강도 합금 (≥58%가 있습니다, 20–23% Cr, 8–10% mo) 공격적인 환경에서 탁월한 부식 저항을 제공합니다.

• • 크리프 파열 (700 ° C / 300 MPA): >1,000 시간
  • 응용: 화학 처리 장비, 해수 성분, 해외 석유 & 가스 시스템

Hastelloy 합금

• Hastelloy C-276
  다재다능한 ni-mo-cr allloy (57% ~ 안에, 15–16% Cr, 16–18% mo) 광범위한 부식성 화학 물질에 대한 우수한 저항으로 유명합니다., 혼합 산과 클로라이드를 포함합니다.

• • 부식 속도 10% HCL at 25 ° C: <0.05 mm/년
  • 응용: 제약 원자로, 펄프 & 종이 소화기, 폐기물 처리 용기

• Hastelloy x
  열 저항성 -CR-MO 합금 (47% ~ 안에, 21% Cr, 9% 모) 높은 온도에서 지속적인 성능을 위해 개발되었습니다 1,200 ° C.

• • 산화 속도 1,000 ° C: <0.02 mm/년
  • 응용: 가스 터빈 연소기, 애프터 버너, 퍼니스 구성 요소

모넬 합금

• 모넬 400
  니켈 쿠퍼 합금 (63% ~ 안에, 28–34% Cu) 해수에 대한 탁월한 저항을 제공합니다, 소금물, 및 하이드로 플루오르 산. 넓은 온도 범위에서 좋은 연성과 강도를 유지합니다..

• • 해수의 부식 속도: <0.01 mm/년
  • 응용: 해양 밸브, 열교환 기 튜브, 펌프 샤프트

WASPALOY

고성능 NI-CR 합금 (57% ~ 안에, 19% Cr, 4.3% 모) 고온 강도 및 크리프 저항을 위해 설계되었습니다, 특히 터빈 엔진 환경에서.

• 인장 강도: 1,200 MPA
• 크리프 저항: 최대 815 ° C
• 응용: 제트 엔진 터빈 블레이드, 애프터 버너, 항공 우주 패스너

4. 니켈 합금 주조 공정

니켈 합금 성분은 일반적으로 고성능 환경에서 사용됩니다, 높은 차원의 무결성을 가진 복잡한 형상을 생성하면서 우수한 특성을 보존 할 수있는 주조 방법이 필요합니다..

주조 과정의 선택은 합금의 녹는 점과 같은 요소에 따라 다릅니다., 화학적 반응성, 원하는 공차, 부분 복잡성, 생산량.

모래 주조

모래 주조는 유연성과 비용 효율성으로 인해 니켈 합금에 가장 전통적이고 널리 사용되는 방법 중 하나입니다..

• 장점:

• • 대형에 적합합니다, 복잡한 모양과 두꺼운 벽 섹션
  • 상대적으로 낮은 툴링 비용
  • 철 및 비철 니켈 합금과 호환됩니다

• 제한:

• • 거친 표면 마감 (RA 6.3-25 µm)
  • 정밀 주조 방법에 비해 차원 정확도가 낮습니다

• 일반적인 응용 프로그램:

• • 엔진 케이싱, 밸브 바디, 에너지 및 석유 화학 부문의 펌프 하우징

투자 캐스팅 (잃어버린 왁스 캐스팅)

투자 캐스팅 탁월한 치수 정밀도 및 표면 마감을 제공합니다, 복잡한 니켈 합금 성분에 이상적입니다.

• 장점:

• • 근처 네트 모양의 캐스팅, 매개 후 최소화
  • 우수한 표면 마감 (RA 3.2-6.3 µm)
  • 타이트한 공차 (± 0.10–0.30 mm)

• 제한:

• • 더 높은 비용과 더 긴 리드 타임
  • 가공 중 왁스 및 세라믹 쉘 취약성

• 일반적인 응용 프로그램:

• • 가스 터빈 블레이드, 제트 엔진 부품, 원자로 구성 요소

쉘 곰팡이 주조

쉘 곰팡이 주조 투자 주조의 정밀도와 모래 주조의 생산성이 높은 하이브리드 방법입니다..

• 장점:

• • 좋은 차원 정확도 (± 0.25–0.75 mm)
  • 모래 주조보다 표면 마감이 더 좋습니다 (RA 3.2–12.5 µm)
  • 중간에서 대형 배치 생산을위한 경제적

• 제한:

• • 매우 큰 부품에는 적합하지 않습니다
  • 특정 형상으로 제한됩니다

• 일반적인 응용 프로그램:

• • 압축기 부품, 자동차 터보 차저, 석유 화학 하드웨어

원심 캐스팅

원심 주조는 회전력을 사용하여 곰팡이에 용융 금속을 분배합니다., 조밀 한 생산, 결함없는 원통형 성분.

• 장점:

• • 최소한의 다공성과 높은 기계적 무결성
  • 방향성 응고로 인한 우수한 야금 특성
  • 마모에 적합합니다- 압력 저항 부품

• 제한:

• • 대칭 부품으로 제한됩니다 (예를 들어, 반지, 튜브)
  • 소규모 런의 높은 설정 비용

• 일반적인 응용 프로그램:

• • 압력 용기, 배기 매니 폴드, 화학 및 전력 산업의 부싱 라이너

진공 주조 (정력, vim+var)

진공 유도 용융 (정력) 및 진공 아크 리멜팅 (우리의) 초소형 니켈 합금 주물에 사용되는 특수 프로세스입니다.

• 장점:

• • 제어 된 대기는 산소와 질소의 오염을 제거합니다
  • 항공 우주 및 핵 등급 성분에 필수적입니다
  • 유니폼을 생성합니다, 미세한 미세 구조

• 제한:

• • 높은 자본 투자 및 운영 비용
  • 중요한 고성능 응용 프로그램으로 제한됩니다

• 일반적인 응용 프로그램:

• • 제트 터빈 블레이드, 의료 임플란트, 방어 시스템, 핵 연료 요소

프로세스 선택 고려 사항

5. 니켈 합금으로 캐스팅 도전

• 높은 융점: 대부분의 니켈 합금은 1,300–1,500 ° C에서 녹습니다, 특수 용광로가 필요합니다 (유도 또는 진공 아크) 및 내화성 곰팡이 (세라믹 또는 지르코니아). 에너지 비용은 주철보다 3 배 높습니다.
• 반동: 용융 니켈은 산소와 반응합니다, 질소, 그리고 실리카, 부서지기 쉬운 산화물 또는 질화물 형성. 불활성 가스 (아르곤) 차폐는 산화물 형성을 감소시킵니다 <0.1% 볼륨으로.
• 다공성과 균열: 가스 용해도는 고형화 동안 감소합니다, 다공성으로 이어집니다. 진공 쏟아지는 것은 다공성을 감소시킵니다 <0.5% 볼륨으로.
  뜨거운 크래킹 (넓은 응고 범위로 인해) 느린 냉각 속도로 완화됩니다 (5–10 ° C/분).
• 비용: 원료 비용은 $ 40–100/kg입니다 (대. $0.5/주철을위한 kg), 가공으로 $ 20–50/kg-고 부가가치 응용 프로그램에 사용됩니다.

6. 기계 및 부식 특성

니켈 합금 주물은 뛰어난 기계적 강도와 부식 저항으로 유명합니다., 항공 우주와 같은 까다로운 환경에 이상적입니다, 발전, 화학적 처리, 그리고 해양 응용.

기계적 특성

니켈 합금은 우수한 기계적 성능을 나타냅니다, 특히 고온에서. 주요 기계적 특성에는 다음이 포함됩니다:

부식 저항

니켈 합금은 특히 다음과 같은 공격적인 환경에서 부식 저항에 대해 가치가 있습니다.:

• 해수 및 소금 스프레이
• 산 (hydrochloric, 황의, 질병)
• 알칼리성 솔루션
• 매체 산화 및 감소

고온 성능

니켈 기반 합금은 높은 온도에서 구조적 무결성을 유지합니다:

• Inconel 718: 안정적인 미세 구조 650 ° C, 우수한 크리프와 피로 저항성.
• Hastelloy x (또 다른 일반적인 캐스트 합금): 산화를 견딜 수 있습니다 1,200 ° C; 연소기 구역에서 종종 사용됩니다.
• WASPALOY: 우수한 크리프 저항 815 ° C, 제트 엔진 터빈 디스크 및 애프터 버너에 사용됩니다.

7. 열처리 및 후 시본 프로세스

• 솔루션 어닐링: Inconel과 같은 합금 718 침전물을 용해시키기 위해 980–1,065 ° C로 가열됩니다, 균일 한 미세 구조를 유지하기 위해 빠른 냉각으로 이어집니다.
• 연령 경화: Inconel 718 2 단계 노화를 겪습니다 (720° C/8H + 620° C/8H) γ ″를 형성하려면 (n ₃nb) 침전, 항복 강도 증가 550 MPA 1,170 MPA.
• 스트레스 해소: 캐스팅은 잔류 응력을 60–70% 줄이기 위해 2-4 시간 동안 650–700 ° C로 가열됩니다., 터빈 케이스와 같은 대규모 성분에 중요합니다.
• 비파괴 테스트 (ndt):

• • 초음파 테스트 (ut) 내부 결함을 감지합니다 >1 mm.
  • X- 선 검사는 중요한 영역에서 다공성을 식별합니다 (예를 들어, 터빈 블레이드 뿌리).

• 가공: Tialn 코팅이있는 카바이드 도구가 사용됩니다, 5-10m/분의 절단 속도 (대. 30강철의 경우 –40 m/분) 높은 합금 경도로 인해.

8. 니켈 합금 주물에 대한 설계 고려 사항

• 수축 허용: 니켈 합금은 응고하는 동안 3-5% 수축합니다, 1.5–2%의 대형 패턴이 필요합니다. (예를 들어, 에이 100 mm 부품은 a 102 MM 패턴).
• 벽 두께: 최저한의 2 mm (투자 캐스팅) 에게 5 mm (모래 주조) 완전한 충전을 보장합니다. 두께 비율 >5:1 핫스팟과 크래킹을 위험에 빠뜨립니다.
• 반경과 필렛: 내부 반경 ≥3 mm는 스트레스 농도를 감소시킵니다; 날카로운 모서리는 크래킹 위험을 증가시킵니다 40%.
• 게이팅과 라이저: 라이저 (15부품 부피의 20%) 두꺼운 부분에 배치하면 수축 다공성을 방지합니다. 난기류를 최소화하도록 설계된 게이트 (유속 <0.5 m/s).
• 공차: 투자 캐스팅은 작은 부품의 경우 ± 0.05 mm를 달성합니다; 큰 부품의 경우 모래 주조 ± 0.5–1 mm.

9. 니켈 합금 주물의 응용

니켈 합금 주물은 고온과 같은 극한 환경을 견딜 수있는 구성 요소를 요구하는 산업에 중요합니다., 부식성 화학 물질, 그리고 기계적 스트레스.

항공 우주 및 항공

Inconel과 같은 니켈 합금 718 그리고 Waspaloy는 광범위하게 사용됩니다:

• 터빈 블레이드와 디스크
• 연소체 구성 요소
• 애프터 버너 부분
• 배기 시스템

발전

니켈 합금 주물은 열과 부식 저항으로 인해 화석 및 원자력 발전소에서 사용됩니다.:

• 증기 터빈 성분
• 열교환 기
• 보일러 피팅

화학 처리 산업

Hastelloy 합금은 화학적 불활성 및 산 부식에 대한 저항에 선호됩니다.:

• 펌프 및 밸브 바디
• 반응기 용기
• 배관 및 플랜지
• 교반기와 교반기

기름 & 가스 / 석유 화학

니켈-코퍼 및 니켈 밀레 벤탄 합금은 해외 및 다운 스트림 시스템에 이상적입니다.:

• 해저 밸브
• 압축기 구성 요소
• 플랜지와 매니 폴드
• 우물 및 라이저 장비

선박 & 조선

모넬 합금 (예를 들어, 모넬 400) 바닷물 환경에서 널리 사용됩니다:

• 펌프 및 임펠러 하우징
• 해수 배관
• 프로펠러 샤프트
• 밸브 어셈블리

의료 & 제약

니켈 합금도 사용됩니다:

• 멸균 장비
• 화학 반응기
• 약물 제조 선박

자동차 & 모터 스포츠 (고급)

성능 자동차 시스템에서, 니켈 합금 주물이 사용됩니다:

• 터보 차저 하우징
• 매니 폴드
• 고온 배기 부품

10. 장점과 한계

니켈 합금 캐스팅은 극한 환경을위한 고성능 구성 요소를 제조하는 데 중요한 역할을합니다..

광범위한 혜택을 제공하는 동안, 또한 재료 선택 및 프로세스 계획 중에 해결해야 할 특정 과제를 제시합니다..

니켈 합금 주조의 장점

제한 니켈 합금 주조의

11. 결론

니켈 합금 주조 현대 공학의 최전선에 있습니다, 가장 가혹한 조건에서 안정적으로 작동하는 구성 요소 생성 가능.

이 프로세스는 과제를 제시하는 반면, 마수 비용, 주조 복잡성, 후 처리-이점은 고위산 산업의 한계보다 훨씬 큽니다.

캐스팅 기술의 발전으로, 열처리, 합금 개발, 니켈 합금 주물은 항공 우주에서 계속 진행할 수 있습니다., 에너지, 화학적인, 국방 부문.

FAQ

니켈 합금을위한 가장 좋은 주조 방법은 무엇입니까??

정밀 부품의 경우 투자 캐스팅 및 진공 캐스팅이 선호됩니다.; 모래 주조는 더 크게 사용됩니다, 더 간단한 구성 요소.

니켈 합금의 전형적인 주조 결함은 무엇입니까??

일반적인 결함에는 다공성이 포함됩니다, 뜨거운 크래킹, 및 수축 캐비티 - 시뮬레이션을 통해 연습, 게이팅 디자인, 프로세스 제어.

니켈 합금은 주조의 스테인레스 스틸과 어떻게 비교됩니까??

니켈 합금은 고열 및 부식성 환경에서 우수한 성능을 제공하지만 훨씬 비싸고 캐스트하기가 어렵습니다..

니켈 합금 주물을 용접 할 수 있습니다?

예, 대부분은 적절한 필러 재료와 절차로 용접 할 수 있습니다, weld 후 열처리가 필요할 수 있지만.

니켈 합금 주물 재활용 가능입니다?

예, 90% 스크랩의 재활용이 재활용됩니다, 에너지 사용 감소 40% 처녀 생산에 비해. 재활용 합금은 처녀 재료와 동일한 성능 표준을 충족합니다..

주조는 니켈 합금의 단조와 어떻게 비교됩니까??

캐스팅은 더 나은 디자인 자유와 스크랩을 제공합니다, 단조하는 동안 더 높은 강도를 제공합니다 (10–15% 더 높은 인장 강도) 간단한 형상의 경우.