Сплав ALLOY 214, 2.4646, UNS N07214, HAYNES® 214 - никелевый сплав

ALLOY 214, 2.4646, NICR16AL, UNS N07214 - Никелевый сплав

Alloy 214, 2.4646, Haynes® 214 – описание

Alloy 214 — это сплав никеля, хрома, алюминия и железа, обладающий самой высокой из всех сплавов стойкостью к окислению при температуре выше 950 °C.

До температуры 900 °C сплав 214 демонстрирует схожую стойкость к окислению, что и другие наиболее жаропрочные сплавы никеля и кобальта. Однако при температуре выше 950 °C, когда большинство сплавов становится более уязвимым, сплав 214 еще более упрочняется. Причиной этого является высокое содержание хрома и алюминия в присутствии иттрия. Хром, присутствующий в большинстве сплавов, улучшает стойкость к окислению при температуре ниже 950 °C, однако при температуре выше этой отметки образуемое им защитное покрытие начинает растворяться. Alloy 214 — один из немногих сплавов с высоким содержанием алюминия, который при температуре выше 950 °C образует защитную окалину из оксидов алюминия, обеспечивающую непревзойденную стойкость к окислению. Иттрий дополнительно улучшает ее адгезию и предотвращает отколы.

Высокое содержание алюминия имеет свои недостатки — в диапазоне температур 540–950 °C сплав является твердым и малопластичным вследствие образования межметаллических фаз Ni3Al. Это особенно заметно при 700–760 °C, когда процентное удлинение при разрыве составляет всего 15 %!

Применение

Используется в основном в окислительных средах при температуре выше 955 °C.

 

Haynes® 214, сплав 214 — физические и механические свойства

Физические свойства при комнатной температуре:

• Плотность: 8,05 г/см³
• Удельная теплоемкость: 452 Дж/кг⋅К
• Коэффициент теплопроводности: 12 Вт/м⋅К
• Коэффициент линейного расширения: 13,3 мкм/м⋅K
• Модуль удлинительной упругости: 218 ГПа
• Температура плавления: 1355-1400 °C

Коэффициент теплового расширения при повышенной температуре

• 20-200 °C: 13,3 мкм/м⋅K
• 20-300 °C: 13,6 мкм/м⋅K
• 20-400 °C: 14,1 мкм/м⋅K
• 20-500 °C: 14,6 мкм/м⋅K
• 20-600 °C: 15,2 мкм/м⋅K
• 20-700 °C: 15,8 мкм/м⋅K
• 20-800 °C: 16,6 мкм/м⋅K
• 20-900 °C: 17,6 мкм/м⋅K
• 20-1000 °C: 18,6 мкм/м⋅K
• 20-1100 °C: 17,79 мкм/м⋅K

Удельная теплоемкость при повышенной температуре

• 20 °C: 452 Дж/кг⋅К
• 200 °C: 493 Дж/кг⋅К
• 400 °C: 538 Дж/кг⋅К
• 600 °C: 611 Дж/кг⋅К
• 800 °C: 705 Дж/кг⋅К
• 900 °C: 728 Дж/кг⋅К
• 1000 °C: 742 Дж/кг⋅К
• 1100 °C: 749 Дж/кг⋅К
• 1200 °C: 753 Дж/кг⋅К

Коэффициент теплопроводности при повышенной температуре

• 20 °C: 12,0 Вт/м · K
• 200 °C: 14,2 Вт/м · K
• 400 °C: 18,4 Вт/м · K
• 600 °C: 23,9 Вт/м · K
• 800 °C: 29,7 Вт/м · K
• 900 °C: 31,4 Вт/м · K
• 1000 °C: 32,7 Вт/м · K
• 1100 °C: 34,0 Вт/м · K
• 1200 °C: 36,7 Вт/м · K

Электрическое сопротивление при повышенной температуре

• 20 °C: 1,359 мОм·м
• 200 °C: 1,369 мОм·м
• 400 °C: 1,377 мОм·м
• 600 °C: 1,368 мОм·м
• 800 °C: 1,382 мОм·м
• 900 °C: 1,249 мОм·м
• 1000 °C: 1,216 мОм·м
• 1050 °C: 1,209 мОм·м
• 1100 °C: 1,210 мОм·м
• 1150 °C: 1,219 мОм·м
• 1200 °C: 1,229 мОм·м

Динамический модуль упругости при повышенной температуре

• 20 °C: 218 ГПа
• 200 °C: 204 ГПа
• 400 °C: 190 ГПа
• 600 °C: 177 ГПа
• 800 °C: 162 ГПа
• 900 °C: 151 ГПа
• 1000 °C: 137 ГПа

Прочностные характеристики холоднокатаных листов из сплава Haynes® 214:

• При комнатной температуре
  • Предел текучести: 605 МПа
  • Прочность при растяжении: 995 МПа
  • Относительное удлинение: 36,8 %
• 540 °C:
  • Предел текучести: 545 МПа
  • Прочность при растяжении: 865 МПа
  • Относительное удлинение: 40,4 %
• 650 °C:
  • Предел текучести: 565 МПа
  • Прочность при растяжении: 815 МПа
  • Относительное удлинение: 25,5 %
• 760 °C:
  • Предел текучести: 645 МПа
  • Прочность при растяжении: 705 МПа
  • Относительное удлинение: 16,3 %
• 870 °C:
  • Предел текучести: 310 МПа
  • Прочность при растяжении: 400 МПа
  • Относительное удлинение: 15,4 %
• 980 °C:
  • Предел текучести: 54 МПа
  • Прочность при растяжении: 105 МПа
  • Относительное удлинение: 61,3 %
• 1095 °C:
  • Предел текучести: 27 МПа
  • Прочность при растяжении: 58 МПа
  • Относительное удлинение: 61 %
• 1150 °C:
  • Предел текучести: 12 МПа
  • Прочность при растяжении: 32 МПа
  • Относительное удлинение: 89,2 %
• 1205 °C:
  • Предел текучести: 9 МПа
  • Прочность при растяжении: 30 МПа
  • Относительное удлинение: 74,8 %

Прочностные характеристики горячекатаных листов из сплава Haynes® 214:

• При комнатной температуре
  • Предел текучести: 565 МПа
  • Прочность при растяжении: 960 МПа
  • Относительное удлинение: 42,8 %
• 540 °C:
  • Предел текучести: 495 МПа
  • Прочность при растяжении: 825 МПа
  • Относительное удлинение: 47,8 %
• 650 °C:
  • Предел текучести: 525 МПа
  • Прочность при растяжении: 790 МПа
  • Относительное удлинение: 33 %
• 760 °C:
  • Предел текучести: 505 МПа
  • Прочность при растяжении: 670 МПа
  • Относительное удлинение: 23,1 %
• 870 °C:
  • Предел текучести: 345 МПа
  • Прочность при растяжении: 460 МПа
  • Относительное удлинение: 33,6 %
• 980 °C:
  • Предел текучести: 58 МПа
  • Прочность при растяжении: 115 МПа
  • Относительное удлинение: 86,4 %
• 1095 °C:
  • Предел пластичности: 29 МПа
  • Прочность при растяжении: 62 МПа
  • Относительное удлинение: 88,6 %
• 1150 °C:
  • Предел текучести: 14 МПа
  • Прочность при растяжении: 46 МПа
  • Относительное удлинение: 99,4 %
• 1205 °C:
  • Предел текучести: 10 МПа
  • Прочность при растяжении: 34 МПа
  • Относительное удлинение: 91,5 %

Обратите внимание на ухудшение пластичности при температуре около 760 °C.

Разрывное напряжение для сплава Haynes® 214 в состоянии поставки:

• 760 °C, 100 ч: 235 МПа
• 760 °C, 1000 ч: 165 МПа
• 760 °C, 10 000 ч: 115 МПа
• 815 °C, 100 ч: 145 МПа
• 815 °C, 1000 ч: 100 МПа
• 815 °C, 10 000 ч: 69 МПа
• 870 °C, 100 ч: 91 МПа
• 870 °C, 1000 ч: 54 МПа
• 870 °C, 10 000 ч: 31 МПа
• 925 °C, 100 ч: 45 МПа
• 925 °C, 1000 ч: 27 МПа
• 925 °C, 10 000 ч: 16 МПа
• 980 °C, 100 ч: 17 МПа
• 980 °C, 1000 ч: 12 МПа
• 980 °C, 10 000 ч: 8,3 МПа
• 1040 °C, 100 ч: 14 МПа
• 1040 °C, 1000 ч: 8,3 МПа
• 1040 °C, 10 000 ч: 5,2 МПа
• 1095 °C, 100 ч: 9,7 МПа
• 1095 °C, 1000 ч: 6,3 МПа
• 1095 °C, 10 000 ч: 4,1 МПа
• 1150 °C, 100 ч: 6,9 МПа
• 1150 °C, 1000 ч: 4,7 МПа
• 1150 °C, 10 000 ч: 3 МПа
• 1200 °C, 100 ч: 5,3 МПа
• 1200 °C, 1000 ч: 3,4 МПа
• 1200 °C, 10 000 ч: 2,3 МПа

Временная стойкость к ползучести, равная 0,5% для листа Haynes® 214:

• 760 °C, 100 ч: 179 МПа
• 760 °C, 1000 ч: 121 МПа
• 760 °C, 10 000 ч: 77 МПа
• 815 °C, 100 ч: 103 МПа
• 815 °C, 1000 ч: 61 МПа
• 870 °C, 100 ч: 52 МПа
• 870 °C, 1000 ч: 31 МПа
• 925 °C, 100 ч: 26 МПа
• 925 °C, 1000 ч: 14 МПа
• 980 °C, 100 ч: 8,3 МПа
• 980 °C, 1000 ч: 5,2 МПа
• 1040 °C, 100 ч: 5,1 МПа
• 1040 °C, 1000 ч: 3,3 МПа
• 1095 °C, 100 ч: 3,8 МПа
• 1095 °C, 1000 ч: 2,2 МПа
• 1150 °C, 100 ч: 2,4 МПа

Устойчивость к коррозии

Высокотемпературное окисление — лучшая стойкость среди всех никелевых и кобальтовых сплавов. При температуре выше 955 °C сплав 214 образует чрезвычайно устойчивую к кислороду защитную корку Al₂O₃, что обусловлено высоким содержанием алюминия и обеспечивает явно лучшую стойкость среди известных никелевых и кобальтовых сплавов. При температуре ниже 955 °C сплав 214 образует несколько менее стойкую коррозионную пленку, состоящую из оксидов хрома и алюминия.

Результаты испытаний статического окисления продолжительностью 1008 часов:

• 980 °C:
  • Потеря металла: 0,0025 мм
  • Средняя проникающая способность металла: 0,005 мм
• 1095 °C:
  • Потеря металла: 0,0025 мм
  • Максимальная глубина проникновения в металл: 0,067 мм
• 1150 °C:
  • Потеря металла: 0,005 мм
  • Максимальная глубина проникновения в металл: 0,067 мм
• 1205 °C:
  • Потеря металла: 0,005 мм
  • Максимальная глубина проникновения в металл: 0,067 мм

Сплав обладает высокой стойкостью к циклическому окислению с циклами нагрева и охлаждения. Испытания показывают, что в среде с температурой 1095 °C при циклах продолжительностью 25 часов скорость коррозии составляет 0,2 мм/год. При циклах продолжительностью 168 часов эта скорость составляет 0,025 мм/год.

Результаты испытаний устойчивости к динамическому окислению в потоке высокоскоростных выхлопных газов. Температура образцов циклически понижалась до 260 °C один раз в 30 минут:

• 500 ч, 1090 °C:
  • Потеря металла: 0,013 мм
  • Средняя проникающая способность металла: 0,046 мм
• 1000 ч, 980 °C
  • Потеря металла: 0,01 мм
  • Средняя проникающая способность металла: 0,031 мм

Результаты полевых испытаний в печи, работающей на природном газе. Испытание длилось 113 дней при температуре 1090-1230 °C с частыми циклами до 540 °C:

• Потеря металла: 0,013 мм
• Максимальная глубина проникновения в металл: 0,11 мм

Результаты полевого испытания продолжительностью 3000 часов. Образцы содержались в трубе, обогреваемой природным газом, при температуре 1010 °C:

• Потеря металла: 0,003 мм
• Максимальная глубина проникновения в металл: 0,025 мм
• Скорость коррозии: 0,076 мм

Стоит отметить, что Alloy 214 в каждом из вышеперечисленных тестов на устойчивость к окислению показал самые лучшие результаты.

Высокотемпературное углерождение — превосходная стойкость. 24-часовое испытание в Ar-5H₂-5CO-5CH₄ при температуре 1090 °C показало низкую абсорбцию углерода на уровне всего 3,4 мг/см². Это был явно лучший результат среди всех сплавов, участвовавших в испытании. Фактически, сплав 600, занявший второе место, поглотил в 3 раза больше углерода, чем сплав 214.

Нитрирование при высокой температуре — хорошая стойкость при температуре ниже 950 °C и отличная стойкость при температуре выше 950 °C при наличии даже небольшого количества окисляющих веществ, которые могут привести к образованию защитной окислительной пленки из оксида алюминия.

Это подтверждается приведенным ниже сравнением результатов испытаний. В каждом из них Alloy 214 подвергался воздействию аммиака в течение 168 часов. Обратите внимание на благотворное влияние более высоких температур.

• 650 °C
  • Поглощение азота: 1,5 мг/см²
  • Глубина проникновения азотидов: 0,04 мм
• 980 °C
  • Поглощение азота: 0,3 мг/см²
  • Глубина проникновения азотидов: 0,04 мм
• 1090 °C
  • Поглощение азота: 0,2 мг/см²
  • Глубина проникновения азотидов: 0,02 мм

Хлориды — отличная стойкость при наличии окислительных факторов и очень высокой температуре.

Глубина коррозии в хлоридной среде Ar-20O₂-0,25Cl₂ после 400 часов испытаний. Обратите внимание на улучшение стойкости при температуре выше 950 °C:

• 700 °C: 0,010 мм
• 800 °C: 0,061 мм
• 850 °C: 0,066 мм
• 900 °C: 0,150 мм
• 1000 °C: 0,051 мм

Сварка

Сварка сплава Alloy 214 не относится к числу самых сложных задач, однако отсутствие должной осторожности может привести к растрескиванию. Alloy 214 образует выделения гамма-фазы (Ni₃Al), которые упрочняют сплав. Напряжения, вызванные сваркой, в сочетании с напряжениями, вызванными выделениями, могут привести к растрескиванию. Поэтому необходимо соблюдать следующие общие рекомендации:

• Основной металл должен быть отжигаем для смягчения и быстро охлаждаем в воде, в соответствии с процедурой, описанной ниже.
• Необходимо свести к минимуму поступление тепла
• Металл должен быть чистым
• Межстежковая температура должна поддерживаться на уровне не более 84 °C.

Отжиг после сварки может потребоваться в зависимости от толщины и сложности детали. Отжиг также следует рассмотреть, если детали будут эксплуатироваться при температурах ниже 950 °C. Процедура: удерживайте деталь при температуре 1000-1100 °C в течение 5 минут, а затем охладите на воздухе или в воде.

Выбор сварочных материалов:

• Hastelloy® X (электрод); Haynes® 230-W, Hastelloy® S, Hastelloy® W (сварочная проволока)
• При соединении со сталью 0-9% Ni: Haynes® 556 (сварочная проволока)

Термическая обработка, пластическая обработка и механическая обработка

Рекомендуемые параметры эксплуатации и термообработки:

• Термическая обработка: 1200-980 °C
• Отжиг для смягчения: 1065-1120 °C

Термическая обработка - при нагревании, если деталь имеет сложную форму с большими и малыми сечениями, ее необходимо выравнивать при температуре 870 °C. Выбор температуры обработки в диапазоне 1200-980 °C влияет на конечные свойства, однако, по-видимому, наилучшие общие результаты достигаются при обработке в печи при температуре около 1150 °C. Когда деталь достигнет температуры 980 °C, обработку следует прекратить. После обработки деталь необходимо отжечь.

Сплав 214 может подвергаться холодной обработке, что повышает его пластичность при высоких температурах. После обработки требуется отжиг.

Отжиг для смягчения с быстрым охлаждением в воде следует проводить после холодной или горячей обработки. Если отжиг проводился с целью дальнейшей горячей обработки, допускается медленное охлаждение на воздухе. Выбор температуры отжига в диапазоне 1065-1120 °C влияет на конечные свойства.

Оптимальные высокотемпературные напряженные свойства можно достичь путем повышения температуры обработки и отжига. Это приводит к дальнейшему снижению пластичности в диапазоне промежуточных температур 650-950 °C и увеличивает риск растрескивания при сварке.

Оптимальную свариваемость можно достичь путем снижения температуры обработки и отжига. Быстрое охлаждение после отжига в любом случае очень важно.

Отпуск при температуре ниже 1065 °C или медленное охлаждение приводит к выпадению осадка затвердевающей фазы, что вызывает значительное увеличение твердости при комнатной температуре и внутренних напряжений.

 

  ↵

Из вышеперечисленных марок стали мы поставляем плиты, листы и ленты.