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Oltre ai rivestimenti metallici, la resistenza alle alte temperature dei tubi in lega di nichel può essere migliorata ottimizzando la composizione della lega, eseguendo trattamenti di modifica superficiale, migliorando il processo di fabbricazione e adottando adeguate misure di isolamento termico, come descritto di seguito:
Ottimizzare la composizione della lega
Aggiunta di elementi ad alto punto di fusione:L'aggiunta di tungsteno (W), molibdeno (Mo), renio (Re) e altri elementi ad alto punto di fusione può migliorare il punto di fusione e la resistenza alle alte temperature della lega di nichel. Questi elementi formano una soluzione solida nella lega, aumentando la forza di legame interatomico e migliorando la capacità della lega di resistere alla deformazione ad alta temperatura. Ad esempio, in alcuni motori aeronautici con leghe a base di nichel, il contenuto di tungsteno e molibdeno è più elevato, in modo che la lega ad alta temperatura di oltre 1000 ℃ mantenga ancora buone proprietà meccaniche.
Aggiunta di elementi delle terre rare:Gli elementi delle terre rare come il cerio (Ce), il lantanio (La), ecc. aggiunti alla lega di nichel, possono migliorare la resistenza all'ossidazione della lega. Gli elementi delle terre rare possono affinare il grano, migliorare la densità e l'adesione del film di ossido, rallentare la velocità di ossidazione, migliorando così la resistenza alle alte temperature della lega.
Trattamento di modifica superficiale
Trattamento superficiale laser: l'uso di raggi laser sulla superficie dei tubi in lega di nichel può far formare alla superficie una struttura a grana fine, migliorando la durezza e la resistenza superficiale. Allo stesso tempo, il trattamento laser può anche introdurre sollecitazioni di compressione sulla superficie per migliorare la resistenza a fatica, il che aiuta a migliorare le prestazioni complessive del tubo ad alta temperatura.
Iniezione ionica: ioni specifici vengono iniettati nella superficie dei tubi in lega di nichel, il che può modificare la composizione chimica e la struttura organizzativa della superficie e formare uno strato modificato con proprietà speciali. Ad esempio, l'iniezione di carbonio, azoto e altri elementi può migliorare la durezza e la resistenza all'usura della superficie, riducendo il cedimento del materiale dovuto all'abrasione in ambienti ad alta temperatura, migliorando così la resistenza alle alte temperature.
Miglioramento del processo di fabbricazione
Processo di metallurgia delle polveri: L'uso di metodi di metallurgia delle polveri per preparare tubi in lega di nichel può ottenere una struttura organizzativa più uniforme e densità più elevate. Le prestazioni ad alta temperatura della lega possono essere migliorate controllando con precisione le dimensioni delle particelle, la composizione e il processo di sinterizzazione della polvere. Le leghe di nichel ottenute tramite metallurgia delle polveri hanno una migliore resistenza e resistenza allo scorrimento a temperature elevate rispetto ai processi di colata o forgiatura convenzionali.
Processo di pressatura isostatica a caldo: Un processo di pressatura isostatica a caldo viene applicato ai tubi in lega di nichel durante il processo di fabbricazione. Questo processo può eliminare i pori e i difetti all'interno del materiale e migliorare la densità e l'omogeneità del materiale, migliorando così le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione della lega ad alte temperature.
Adozione di misure di isolamento termico
Installazione di materiali isolanti termici:Avvolgere materiali isolanti termici, come fibra ceramica, lana di roccia, ecc., attorno all'esterno dei tubi in lega di nichel. Questi materiali isolanti termici hanno una bassa conducibilità termica e una buona resistenza alle alte temperature, che può ridurre lo scambio di calore tra i tubi e l'ambiente esterno ad alta temperatura e abbassare la temperatura superficiale dei tubi, alleviando così l'impatto delle alte temperature sul materiale del tubo e migliorando la sua resistenza alle alte temperature.
Progettazione di una struttura di raffreddamento ad aria: progettare canali di raffreddamento ad aria attorno al tubo, in modo che l'aria fredda scorra nel canale e sottragga il calore dalla superficie del tubo. Questo metodo può ridurre efficacemente la temperatura di esercizio del tubo e migliorarne l'affidabilità e la durata in un ambiente ad alta temperatura. Ad esempio, nel sistema di tubazioni in lega di nichel di alcuni forni industriali, l'uso di una struttura raffreddata ad aria può ridurre la temperatura superficiale del tubo di 100 - 200℃.