Parametri della lega di carburo di tungsteno a base di nichel

1.La composizione chimica determina le proprietà fondamentali. Nelle leghe WC a base di nichel, il nichel funge da elemento di base, costituendo in genere 60% - 85% della composizione. In alcuni componenti in lega aerospaziale personalizzati, il contenuto di nichel raggiunge i 75%, conferendo un'eccellente tenacità e resistenza alla corrosione. Carburo di tungsteno (WC) è la fase chiave di rafforzamento, generalmente presente a 15% - 40%. Per le piastre antiusura dei componenti in lega dei macchinari minerari, un contenuto di WC pari a 30% aumenta significativamente la durezza superficiale. Oltre al nichel e al WC, vengono spesso aggiunti elementi come il cromo (Cr), il molibdeno (Mo) e il niobio (Nb). Il cromo aumenta la resistenza all'ossidazione; ad esempio, gli utensili da taglio in lega che operano in ambienti ad alta temperatura contengono 5% - 15% Cr, impedendo efficacemente l'ossidazione superficiale. Il molibdeno aumenta la resistenza alle alte temperature; nei componenti dei motori aeronautici, la sua aggiunta consente alla lega di mantenere una buona resistenza anche a 800°C.

2.Variazione significativa degli indicatori di durezza. La durezza delle leghe WC a base di nichel varia notevolmente a seconda delle tecniche di lavorazione e delle applicazioni. Le leghe preparate con la metallurgia delle polveri e sinterizzate possono raggiungere livelli di durezza di 60-70 HRC. Nelle fabbriche di componenti automobilistici, gli stampi prodotti in questo modo resistono a decine di migliaia di cicli di stampaggio del metallo senza subire un'usura significativa. La saldatura per sovrapposizione (hardfacing) produce in genere strati di lega con una durezza di circa 800-1200 HRC. L'applicazione di una lega WC a base di nichel tramite saldatura per sovrapposizione ai bordi dei labbri delle maniglie delle gru portuali migliora notevolmente la resistenza all'usura. Le maniglie che in precedenza dovevano essere sostituite ogni sei mesi possono durare fino a due anni dopo l'indurimento.

3. Valori di densità relativamente stabili. La densità delle leghe WC a base di nichel varia in genere da 10 a 12 g/cm³. Questa densità è fondamentale quando si fondono parti in lega. Ad esempio, una fonderia che produce sedi di cuscinetti in lega di grandi dimensioni ha registrato significative deviazioni di peso nei pezzi fusi a causa delle fluttuazioni della composizione della lega che influiscono sulla densità. Normalmente, un contenuto di nichel più elevato e un contenuto di WC più basso comportano una densità inferiore, mentre un contenuto di WC più elevato aumenta la densità. Un controllo rigoroso della densità è essenziale per i componenti in lega di strumenti di precisione, per garantire che il peso sia conforme alle specifiche di progetto.

4.Eccezionali prestazioni ad alta temperatura. Le leghe WC a base di nichel offrono prestazioni eccezionali in ambienti ad alta temperatura. La loro tipica gamma di temperature di esercizio è compresa tra 600°C e 1000°C. Nelle riparazioni delle saldature dei tubi delle caldaie delle centrali termoelettriche, l'utilizzo di bacchette di saldatura in lega WC a base di nichel consente ai tubi di mantenere una buona resistenza all'usura e una buona forza sotto l'azione di lavaggio del vapore ad alta temperatura a 850°C. A 900°C, la resistenza alla trazione della lega può ancora superare i 500 MPa. Ad esempio, la superficie della rulliera del forno di riscaldo di un'acciaieria, rivestita con lega WC a base di nichel, ha mostrato un'usura minima sotto la pressione di laminazione di billette di acciaio a 950°C, riducendo drasticamente la frequenza di sostituzione dei rulli.

5. Eccezionale resistenza all'usura. La resistenza all'usura della lega è strettamente correlata al suo contenuto di WC. Utilizzando la lega WC a base di nichel per i rivestimenti dei mulini a sfere nelle miniere, dove l'attrito durante la macinazione del minerale è intenso, i rivestimenti con contenuto di WC 35% durano 5 volte di più rispetto ai rivestimenti in acciaio standard. Nelle linee di produzione del cemento, l'utilizzo di piastre di usura in lega WC a base di nichel sui gomiti dei tubi che trasportano il cemento mostra un'usura minima dopo oltre un anno, mentre le piastre standard si consumano in pochi mesi. I trattamenti superficiali, come la rifusione al laser, possono migliorare ulteriormente la resistenza all'usura; una fabbrica di macchinari ha aumentato la durata degli stampi in lega 30% dopo la rifusione al laser della superficie.

6.Resistenza alla corrosione variabile. Le leghe WC a base di nichel presentano una diversa resistenza alla corrosione a seconda del mezzo corrosivo. Nelle soluzioni diluite di acido solforico, le leghe a più alto contenuto di Mo mostrano una migliore resistenza alla corrosione. Alcuni impianti chimici utilizzano queste leghe per le pale degli agitatori dei recipienti di reazione, che mostrano solo una leggera corrosione superficiale dopo due anni in acido solforico diluito. Negli ambienti marini, le leghe contenenti Cr e Mo resistono efficacemente alla corrosione degli ioni cloruro. I componenti in lega WC a base di nichel delle apparecchiature delle piattaforme petrolifere offshore mantengono buone prestazioni nonostante l'immersione in acqua di mare a lungo termine e il lavaggio, prevenendo i guasti indotti dalla corrosione.

7.Espansione termica Il coefficiente influisce sull'applicazione. Il coefficiente di espansione termica (TEC) delle leghe WC a base di nichel è in genere (8 - 12) × 10-⁶/°C. Questo parametro è fondamentale per l'assemblaggio di apparecchiature ad alta temperatura. Ad esempio, quando si assemblano le pale delle turbine dei motori aerei al mozzo del disco, il TEC dei materiali deve corrispondere. Un disallineamento significativo può generare elevate sollecitazioni termiche durante i cicli di temperatura di avvio/spegnimento del motore, causando potenzialmente l'allentamento o la rottura delle pale. Anche la progettazione di giunti di espansione per tubi ad alta temperatura richiede la considerazione del TEC della lega per garantire il libero movimento termico e prevenire danni da stress.

8. La saldatura presenta delle sfide. La saldatura di leghe WC a base di nichel richiede processi specializzati. A causa dell'elevata durezza e del punto di fusione del WC, la saldatura è soggetta a cricche e porosità. L'utilizzo di metodi di saldatura non corretti durante la riparazione dei componenti può causare saldature fortemente incrinate, con conseguente scarto del pezzo. Una saldatura corretta richiede elettrodi specializzati e corrente e velocità di saldatura controllate. Il preriscaldamento dei componenti a 200-300°C prima della saldatura e il raffreddamento lento dopo la saldatura sono essenziali per prevenire le cricche da stress termico.

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