Arten von Nickellegierungen: Leistung unter Druck

In der Welt der Hochtechnologie gibt es nur wenige Materialien, die so vielseitig und widerstandsfähig sind wie Nickel. Für Beschaffungsbeamte und Ingenieure besteht die Herausforderung jedoch nicht nur darin, zu wissen, dass Nickel stark ist, sondern auch darin, zwischen den verschiedenen Arten von Nickellegierungen auf dem Markt erhältlich.

Ob in den eisigen Tiefen des Ozeans oder in der sengenden Hitze einer Düsenturbine - die Auswahl der richtigen Legierungssorte ist entscheidend, um katastrophale Ausfälle zu verhindern. In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Klassifizierungen von Nickellegierungen aufgeschlüsselt und ihre chemischen Zusammensetzungen sowie ihre spezifischen industriellen Aufgaben untersucht.

1. Knetnickel (handelsüblich rein)

Bevor man sich mit komplexen Gemischen befasst, ist es wichtig, handelsübliches reines Nickel (das oft mindestens 99% Nickel enthält) zu verstehen.

• Schlüsselqualifikationen: Nickel 200, Nickel 201.

• Warum es verwenden: Diese Sorten bieten eine außergewöhnliche Beständigkeit gegen reduzierende Chemikalien, insbesondere ätzende Alkalien. Sie weisen eine hohe Duktilität und Wärmeleitfähigkeit auf.

• Gemeinsame Anwendungen: Herstellung von Kunstfasern, Anlagen zur Lebensmittelverarbeitung und Konstruktionsteile, bei denen magnetische Eigenschaften (Magnetostriktion) erforderlich sind.

2. Nickel-Kupfer-Legierungen (Ni-Cu)

Wenn Ingenieure suchen nach Arten von Nickellegierungen geeignet für Meeresumgebungen, die Ni-Cu-Familie - am bekanntesten als Monel-ist in der Regel die erste Wahl.

• Schlüsselqualifikationen: Monel 400, Monel K-500.

• Leistung: Durch die Zugabe von Kupfer zu Nickel erhält die Legierung eine bessere Beständigkeit gegen Salzwasser und Flusssäure. Monel K-500 enthält zusätzlich Aluminium und Titan zur Aushärtung, wodurch die Zugfestigkeit von Standard-Monel 400 verdoppelt wird.

• Gemeinsame Anwendungen: Schiffspropellerwellen, Pumpenwellen und Rohöl-Destillationstürme.

3. Nickel-Chrom-Legierungen (Ni-Cr)

Diese Kategorie stellt die Arbeitspferde der Hochtemperaturbeständigkeit dar. Durch den Zusatz von Chrom entsteht eine schützende Oxidschicht, die diese Legierungen unempfindlich gegen Oxidation und Hochtemperaturkorrosion macht.

• Schlüsselqualifikationen: Inconel 600-Serie (z. B. Inconel 600, 601).

• Leistung: Diese Legierungen bewahren die strukturelle Integrität bei Temperaturen von über 1000°C (1832°F). Sie sind so konzipiert, dass sie Aufkohlung und Chloridionen-Spannungskorrosionsrissen widerstehen.

• Gemeinsame Anwendungen: Ofenkomponenten, Wärmetauscherrohre und chemische Verarbeitungsanlagen.

4. Nickel-Eisen-Chrom-Legierungen (Ni-Fe-Cr)

Diese Werkstoffe, die häufig die Lücke zwischen nichtrostenden Stählen und Superlegierungen auf Nickelbasis schließen, sind auf spezifische Ausdehnungseigenschaften und kostengünstige Korrosionsbeständigkeit ausgelegt.

• Schlüsselqualifikationen: Incoloy 800, 800HT, 825.

• Leistung: Der kontrollierte Eisengehalt macht diese Legierungen wirtschaftlicher und bietet gleichzeitig eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Oxidation und Aufkohlung.

• Gemeinsame Anwendungen: Rohre für die petrochemische Spaltung, Ummantelung von elektrischen Heizelementen und Nukleartechnik.

5. Nickel-Molybdän-Legierungen (Ni-Mo)

Unter den verschiedenen Arten von Nickellegierungen, Die Ni-Mo-Familie ist hochspezialisiert für reduzierende Umgebungen.

• Schlüsselqualifikationen: Hastelloy B-2, Hastelloy B-3.

• Leistung: Sie wurden speziell entwickelt, um in Salzsäure bei allen Konzentrationen und Temperaturen zu überleben. In oxidierenden Umgebungen schneiden sie jedoch im Allgemeinen schlecht ab.

• Gemeinsame Anwendungen: Pumpen und Ventile für reine Salzsäure oder Pestizide.

6. Superlegierungen auf Nickelbasis (ausscheidungsgehärtet)

Dies ist der Höhepunkt der Nickelmetallurgie. Bei “Superlegierungen” handelt es sich um komplexe Formulierungen, die häufig Nickel, Chrom, Kobalt und Molybdän kombinieren, um eine außergewöhnliche Zeitstandfestigkeit zu erreichen.

• Schlüsselqualifikationen: Inconel 718, Waspaloy, Hastelloy X.

• Leistung: Diese Legierungen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, extremen mechanischen Belastungen bei sehr hohen Temperaturen standzuhalten, ohne sich zu verformen (Kriechen). Inconel 718 ist eine ausscheidungshärtende Legierung, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie dominiert.

• Gemeinsame Anwendungen: Gasturbinenschaufeln, Raketentriebwerke und Kernreaktoren.

7. Legierungen mit kontrollierter Ausdehnung

Manchmal geht es nicht um Festigkeit oder Hitzebeständigkeit, sondern um Formstabilität.

• Schlüsselqualifikationen: Invar (Ni-Fe 36), Kovar.

• Leistung: Invar hat einen einzigartig niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE), was bedeutet, dass es seine Größe bei Erwärmung nicht wesentlich verändert.

• Gemeinsame Anwendungen: Präzisionsinstrumente, Dichtungsmembranen für LNG-Tanker und OLED-Schattenmasken.

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Die Auswahl der richtigen Legierung

Das Verständnis der unterschiedlichen Arten von Nickellegierungen ist nur der erste Schritt. Bei der Auswahl müssen drei Faktoren berücksichtigt werden:

1. Korrosionsumgebung: Ist sie oxidierend (braucht Chrom) oder reduzierend (braucht Kupfer/Molybdän)?

2. Temperatur: Braucht es eine Kriechstromfestigkeit über 800°C?

3. Fabrikation: Wie leicht kann die Legierung geschweißt oder bearbeitet werden?

Durch die Abstimmung der spezifischen Sorte auf die Anwendungsbedingungen können die Hersteller Langlebigkeit und Sicherheit in den anspruchsvollsten Industriesektoren gewährleisten.