如果您需要可以在高溫下工作的定制金屬部件,那么您應該知道有一些特定的金屬特別適合您的需求。
這些通常是耐熱合金。
這種合金在高溫下具有強度和抗蠕變性,這意味著它們在極熱和高應力下不會變形。
金屬合金的耐熱性能是它們經(jīng)過熱處理的直接結果,使它們能夠承受高達 4000 °C (7232 °F) 的高溫。
有兩個因素使高電阻金屬合金能夠承受如此高的熱量:合金(組分)的結構和其中的原子間鍵。
在以下各節(jié)中,我們將介紹六種最好的高溫金屬,概述它們的成分、特性和用途。
有了這些信息,您將能夠更好地決定這些耐熱金屬中的哪一種是適合您的解決方案。
鈦
這種銀灰白色金屬通常用于制造堅固輕便、耐熱和耐腐蝕的合金。
在 1668 °C (3034 °F) 時,鈦的熔點可能不是耐熱合金中最高的,但仍然相當高。
雖然它被認為是一種稀有金屬,但它目前被用作許多工業(yè)和消費應用的制造和工程的標準材料。
鈦通常使用克羅爾工藝制成。
在此過程中,二氧化鈦暴露于氯氣中,產(chǎn)生四氯化鈦。
然后將新地層與鎂反應,以去除可能殘留的任何氯元素。
鈦通常被描述為“海綿”,因為在其形成過程中在其結構內(nèi)和表面會產(chǎn)生多孔孔。
這種金屬具有許多有益的工程特性,其中最常見的是:
耐熱性
高強度
耐腐蝕性
低密度
輕量級
剛度
韌性
它的另一個驚人特性是它能夠與其他合金混合,為其純凈形式增加了一層額外的抗拉強度、耐熱性和韌性。
由于其出色的結構完整性,這是前面列出的特性的結果,鈦被用于制造高性能應用。
這些列表如下:
汽車零部件(氣門、氣門彈簧、保持器、連桿)
航空航天部件(機身、緊固元件、起落架)。
建筑(屋面材料、外部材料)
運動器材(高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、自行車)
海上鉆井(海洋橋梁、樁蓋)
醫(yī)療設備(人造骨、心臟起搏器、手術器械)
一般工業(yè)(煉油廠、海水淡化廠)
由于鈦在暴露于碳纖維增強聚合物 (CFRP) 時可以承受高溫并防止腐蝕,因此它取代了 1960 年代之前主要用于飛機的大部分鋁制部件。
鎢
與鈦一樣,鎢具有銀白色。
鎢這個名字來源于瑞典語單詞 tung 和 sten,翻譯過來就是“沉重的石頭”。
這個名字非常合適,因為它堅韌的結構和高熔點使鎢成為地球上最堅韌的材料之一。
它還具有地球上任何金屬或元素中最高的熔點 3,422 °C—6,192 °F),以及最高的抗拉強度 (142,000 psi)。
正因為如此,它經(jīng)常被用來形成重金屬合金,如高速鋼,用于制造各種形式的切削工具。
純鎢由于其堅韌的外觀和高熔點而很難成型和成型。
因此,它經(jīng)常被變成粉末并與其他粉末金屬混合以產(chǎn)生不同的合金,然后用于制造各種應用。
鎢粉可以通過燒結工藝與鎳等粉末金屬混合,以生產(chǎn)具有額外改進性能的不同合金。
鎢的主要特性包括:
重度(密度 19.3 g/cm3)
高熔點
耐高溫強度
高抗拉強度
高耐腐蝕性(在制造過程中或之后不需要額外的氧化保護)
Stong(最硬的純金屬)
低蒸氣壓(所有金屬中最低)
低熱膨脹
環(huán)保(不分解或分解)
鎢很難成型,因此它主要用作添加劑,以幫助制造各種形式的特種合金。
它的一些應用包括:
航空航天零部件
汽車零部件
燈絲線(照明用)
軍用彈道學
移動耳機
切割、鉆孔和鏜孔設備
化學應用
電器和電極器具
在其純形式中,鎢還用于許多電子應用,如電極、觸點、片材、電線和棒材。
此外,由于它具有與黃金相同的密度(光澤較小但結構較硬),因此珠寶商經(jīng)常使用它來制作項鏈和戒指。
不銹鋼
不銹鋼是一種合金,由三種不同的金屬組成:鐵、鉻和鎳。
使用特殊的熱處理工藝將這三種元素結合在一起形成不銹鋼。
這個過程可以總結如下:
融化
調諧/攪拌
成形
熱處理
切割/成型/精加工
在其眾多特性中,不銹鋼最受歡迎的兩個工程特性是其耐腐蝕性和環(huán)保性。
不銹鋼通常被稱為“綠色材料”,因為它可以無限次回收。
至于其耐熱性能,不銹鋼的熔點在 1400 至 1530 °C(2550 至 2790 °F)之間。
熔點是平均值而不是確切數(shù)字的原因是混合元素的量不同,這些元素組合形成不同的不銹鋼等級。
不銹鋼的三種元素都具有不同的熔點:
鐵 (1535 °C—2795°F)
鉻 (1890 °C—3434 °F)
鎳 (1453 °C—2647 °F)
根據(jù)三種元素中任何一種的使用量,其最終熔點都會受到或小或高的影響。
然而,熔點幾乎總是在前面提到的平均值之間。
不銹鋼因其理想的制造和工程性能而在許多應用中得到廣泛應用.
這些包括:
耐腐蝕性
耐高溫
耐低溫
高抗拉強度
耐久性(在高溫和惡劣條件下)
易于制造和成型性
低維護
迷人的外觀
環(huán)保(無限可回收)
一旦投入使用,它就不需要涂漆、處理或涂層,其低維護要求是其最受歡迎的品質之一。
因此,不銹鋼非常受歡迎,特別是對于以下應用:
建筑物(外墻、臺面、扶手、后擋板)
橋梁
鋼刀
冰箱和冰柜(飾面材料)
洗碗機(飾面材料)
食品儲存單元
石油、天然氣和化學成分(儲罐、管道、泵、閥門)
污水處理廠
海水淡化廠
船舶螺旋槳
電力組件(核能、地熱能、太陽能、水能、風能)
渦輪機(蒸汽、燃氣)
不銹鋼的高熔點和高抗拉強度增加了產(chǎn)品的抗應力、結構載荷和生命周期。
鉬
這種銀白色金屬(粉末狀為灰色)具有極強的延展性,并具有高度的耐腐蝕性。
它的熔點和耐熱性能也相當高。
鉬的熔點為 2,623 °C (4,753 °F),是所有金屬中第五高的熔點。
其高熔點使由鉬組成的組件能夠在高溫下高效運行。
這對于在這種情況下需要耐熱潤滑的產(chǎn)品非常有用。
二硫化鉬通常以粘結涂層、潤滑脂和分散體的形式用作干潤滑劑,以增加耐熱性。
此外,如果需要,可以通過粉末冶金工藝或電弧鑄造工藝將鉬粉轉化為堅硬的塊狀金屬。換句話說,鉬的固體形式可用于需要它們的應用。
然而,鉬仍然主要以粉末形式使用,因為它表現(xiàn)出多種有益的特性。
這些包括:
高熔點
耐熱性
展性
非磁性
迷人的外觀
其中許多特性也以固體形式存在。
鉬還用于生產(chǎn)堅硬而堅固、具有導電性并具有極強耐磨性的商業(yè)合金。
這些合金用于以下應用:
兵器
發(fā)動機零件
鋸片
潤滑油添加劑
電路板油墨
電加熱器燈絲
防護涂層(鍋爐)
石油催化劑
盡管鉬在自然界中含量豐富,但它并不是自由發(fā)現(xiàn)的(百萬分之 1.1)。
因此,它的成本通常比其他耐熱金屬高一點,特別是當鋼鐵生產(chǎn)需求很高時,因為它經(jīng)常用于鋼涂層。
鎳
與此列表中的許多其他耐熱金屬一樣,鎳是一種銀白色過渡金屬,以其高熔點 (1455°C—2651°F) 和耐腐蝕性而聞名。
鎳的高耐腐蝕性使其可用于電鍍和涂層其他金屬,以及制造不銹鋼等合金。
鎳的高熔點是其正負離子(質子和電子)吸引的直接結果,它們形成強大的鍵,即使在巨大的壓力和熱量下也能保持在一起。
由于鎳是一種天然存在的金屬,在地球沉積物中大量存在,因此它不是通過任何過程產(chǎn)生的,而是從主要位于熱帶氣候的巖層(超基性鎂鐵質和火成巖鎂鐵質)中提取的。
另一方面,鎳合金是通過簡單的熱處理工藝將鎳與鋁、鈦、鐵、銅和鉻等其他金屬結合而成的。
然后,這些合金被用于制造不同行業(yè)的各種產(chǎn)品。
目前大約有 3,000 種鎳基合金在使用。
所有鎳合金變體所表現(xiàn)出的共同特性包括:
強度
韌性
軟磁性能
耐腐蝕性
耐熱性
易于制造(良好的焊接性)
如前所述,鎳基合金用于不同行業(yè)的許多應用,而清單非常廣泛。
它可以濃縮為以下幾點:
電烤箱
烤 面包 機
變形金剛
電感
裝甲板
船用螺旋槳軸
渦輪葉片
鋼鍍層
不銹鋼合金
耐腐蝕合金
電池(鎳鎘、鎳氫)
硬幣(美國五美分)
磁放大器
磁屏蔽
存儲設備
火花塞
汽車電極
即使在極熱的溫度下,鎳也具有很強的抗氧化性,并且可以防止電腐蝕。
因此,它是制造耐熱和耐腐蝕合金的絕佳選擇,這些合金是強化在腐蝕性和高溫環(huán)境中工作的應用所必需的。
鉭
這種罕見的藍灰色金屬以其極其堅硬的結構、高熔點和對幾乎所有形式的腐蝕性酸的抵抗力而聞名。
鉭的熔點(3020°C—5468°F)在所有元素中排名第三。
原鉭通常存在于稱為鈮鐵礦-鉭鐵礦(或鈳鉭鐵礦)的礦床中。
一旦開采出來,它就會以三種方式之一與礦物中發(fā)現(xiàn)的鈮和其他金屬分離。
這些包括:
電解的應用
通過鈉降低氟檸檬酸鉀水平
碳化物與氧化物反應
金屬鈉熱還原工藝可能是三種生產(chǎn)鉭粉的最流行的方法,鉭粉是一種廣泛用于電氣應用的材料。
與其他制造材料相比,鉭允許更寬的晶粒變化范圍,這有助于降低成本并提高設計能力和機械性能。
鉭具有許多特性,這些特性在 21 世紀增加了其使用量。
這些包括:
高穩(wěn)定性
高強度
耐腐蝕性(低溫下無化學降解)
耐熱性
極高熔點
導熱
電導率
氧化層保護層(防止所有形式的腐蝕,包括氧化和酸性腐蝕)
易于制造
延性
密度
硬度
鉭通常與其他元素結合,生產(chǎn)出具有更高熔點和抗拉強度的合金。
就其應用而言,鉭主要用于生產(chǎn)電力行業(yè)的組件。
然而,由于其高耐熱和耐腐蝕性能,它也被認為是飛機、國防和化學工業(yè)中有用的制造材料。
鉭通常用于以下應用:
電解電容器
真空爐零件
電子元件(電路、電容器、電阻器)
核反應堆部件
化學加工設備
飛機零件
兵器
手術工具
相機鏡頭
鋼材表面處理(涂層)
殺蟲劑和除草劑
在上面列出的所有應用中,鉭可能因其在電解電容器中的應用而最受重視。
鉭電容器可以存儲所有電容器中單位最高的電荷。
結論
上述指南中提到的金屬是可用于制造耐熱定制金屬零件的前六種耐熱材料。
它們具有良好的機械和工程性能,包括耐腐蝕性、抗拉強度、疲勞強度、高延展性、易于制造和韌性。
適合您項目的耐熱金屬將取決于其要求。以上信息可以幫助您選擇合適的。
在您做出最終決定之前,請記住咨詢具有專業(yè)知識和經(jīng)驗的金屬制造商,以將合適的材料與您的預期應用相匹配。