Alloy 214, 2.4646, UNS N07214, Haynes® 214 - stop niklu

Alloy 214, 2.4646, NiCr16Al, UNS N07214 - stop niklu

Alloy 214, 2.4646, Haynes® 214 – opis

Alloy 214 to stop niklowo-chromowo-aluminiowo-żelazowy oferujący najwyższą spośród wszystkich stopów odporność na utlenianie powyżej temperatury 950°C.

Do temperatury 900°C alloy 214 wykazuje się podobną odpornością na utlenianie co inne najbardziej żaroodporne stopy niklu i kobaltu. Jednakże powyżej 950°C, podczas gdy większość stopów staje się bardziej podatna, Alloy 214 jeszcze zyskuje na odporności. Przyczyną jest wysoka zawartość chromu i aluminium przy obecności itru. Obecny w większości stopów chrom poprawia odporność na utlenianie poniżej 950°C, jednak powyżej tej temperatury formowana przezeń ochronna powłoka zaczyna się rozpuszczać. Alloy 214 jako jeden z niewielu stopów ma dużą zawartość aluminium, i powyżej 950°C formułuje ochronną zgorzelinę z tlenków aluminium, zapewniającą niezrównaną odporność na utlenianie. Itr dodatkowo poprawia jej przyczepność i zapobiega odpryskom.

Duża zawartość aluminium ma swoje wady - w zakresie temperatur 540-950°C stop jest twardy i mało ciągliwy wskutek powstawania faz międzymetalicznych Ni₃Al. Jest to szczególnie widoczne przy 700-760°C, gdy wydłużenie procentowe po rozerwaniu wynosi zaledwie 15%!

Zastosowanie

Stosowany głównie w środowiskach utleniających powyżej 955°C.

Haynes® 214, Alloy 214 - własności fizyczne i mechaniczne

Własności fizyczne w temperaturze pokojowej:

• Gęstość: 8,05 g/cm³
• Ciepło właściwe: 452 J/kg⋅K
• Współczynnik przewodzenia ciepła: 12 W/m⋅K
• Współczynnik rozszerzalności liniowej: 13,3 μm/m⋅K
• Moduł sprężystości wzdłużnej: 218 GPa
• Temperatura topnienia: 1355-1400 °C

Współczynnik rozszerzalności cieplnej w podwyższonej temperaturze

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

Ciepło właściwe w podwyższonej temperaturze

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

Współczynnik przewodzenia ciepła w podwyższonej temperaturze

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

Oporność elektryczna w podwyższonej temperaturze

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

Dynamiczny moduł sprężystości w podwyższonej temperaturze

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

Własności wytrzymałościowe blach walcowanych na zimno ze stopu Haynes® 214:

• W temperaturze pokojowej
  • Granica plastyczności: 605 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 995 MPa
  • Wydłużenie: 36,8 %
• 540°C:
  • Granica plastyczności: 545 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 865 MPa
  • Wydłużenie: 40,4 %
• 650°C:
  • Granica plastyczności: 565 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 815 MPa
  • Wydłużenie: 25,5 %
• 760°C:
  • Granica plastyczności: 645 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 705 MPa
  • Wydłużenie: 16,3 %
• 870°C:
  • Granica plastyczności: 310 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 400 MPa
  • Wydłużenie: 15,4 %
• 980°C:
  • Granica plastyczności: 54 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 105 MPa
  • Wydłużenie: 61,3 %
• 1095°C:
  • Granica plastyczności: 27 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 58 MPa
  • Wydłużenie: 61 %
• 1150°C:
  • Granica plastyczności: 12 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 32 MPa
  • Wydłużenie: 89,2 %
• 1205°C:
  • Granica plastyczności: 9 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 30 MPa
  • Wydłużenie: 74,8 %

Własności wytrzymałościowe blach walcowanych na gorąco ze stopu Haynes® 214:

• W temperaturze pokojowej
  • Granica plastyczności: 565 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 960 MPa
  • Wydłużenie: 42,8 %
• 540°C:
  • Granica plastyczności: 495 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 825 MPa
  • Wydłużenie: 47,8 %
• 650°C:
  • Granica plastyczności: 525 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 790 MPa
  • Wydłużenie: 33 %
• 760°C:
  • Granica plastyczności: 505 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 670 MPa
  • Wydłużenie: 23,1 %
• 870°C:
  • Granica plastyczności: 345 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 460 MPa
  • Wydłużenie: 33,6 %
• 980°C:
  • Granica plastyczności: 58 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 115 MPa
  • Wydłużenie: 86,4 %
• 1095°C:
  • Granica plastyczności: 29 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 62 MPa
  • Wydłużenie: 88,6 %
• 1150°C:
  • Granica plastyczności: 14 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 46 MPa
  • Wydłużenie: 99,4 %
• 1205°C:
  • Granica plastyczności: 10 MPa
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 34 MPa
  • Wydłużenie: 91,5 %

Zwróć uwagę na pogorszenie ciągliwości w temperaturze ok. 760°C.

Naprężenie zrywające dla stopu Haynes® 214 w stanie dostawy:

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

Czasowa wytrzymałość na pełzanie równe 0,5% dla blachy Haynes® 214:

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

Odporność na korozję

Wysokotemperaturowe utlenianie - najlepsza odporność spośród wszystkich stopów niklu i kobaltu. W temperaturze powyżej 955°C Alloy 214 wytwarza niezwykle odporną na tlen ochronną zgorzel Al₂O₃, co wynika z wysokiej zawartości aluminium i zapewnia wyraźnie najlepszą odporność spośród znanych niklu i kobaltu. W temperaturze poniżej 955°C Alloy 214 wytwarza nieco mniej odporną zgorzel złożoną z tlenków chromu i aluminium.

Wyniki testów statycznego utleniania trwającego 1008h:

• 980°C:
  • Utrata metalu: 0,0025 mm
  • Średnia penetracja metalu: 0,005 mm
• 1095°C:
  • Utrata metalu: 0,0025 mm
  • Najgłębsza penetracja metalu: 0,067 mm
• 1150°C:
  • Utrata metalu: 0,005 mm
  • Najgłębsza penetracja metalu: 0,067 mm
• 1205°C:
  • Utrata metalu: 0,005 mm
  • Najgłębsza penetracja metalu: 0,067 mm

Stop wykazuje wysoką odporność na cykliczne utlenianie, z cyklami ogrzewania i chłodzenia. Testy wskazują, że w środowisku płynącego powietrza o temperaturze 1095°C w cyklach 25-godzinnych, prędkość korozji wynosi 0,2 mm/rok. Dla cykli 168-godzinnych prędkość ta wynosi 0,025 mm/rok.

Wyniki testów odporności na utlenianie dynamiczne w strumieniu gazów spalinowych o wysokiej prędkości. Temperatura próbek była cyklicznie obniżana do 260°C raz na 30 minut:

• 500h, 1090°C:
  • Utrata metalu: 0,013 mm
  • Średnia penetracja metalu: 0,046 mm
• 1000h, 980°C
  • Utrata metalu: 0,01 mm
  • Średnia penetracja metalu: 0,031 mm

Wyniki testów polowych w piecu opalanym gazem ziemnym. Test trwał 113 dni w temperaturze 1090-1230°C z częstymi cyklami do 540°C:

• Utrata metalu: 0,013 mm
• Najgłębsza penetracja metalu: 0,11 mm

Wyniki testu polowego trwającego 3000h. Próbki były trzymane w rurze opalanej gazem ziemnym w temperaturze 1010°C:

• Utrata metalu: 0,003 mm
• Najgłębsza penetracja metalu: 0,025 mm
• Prędkość korozji: 0,076 mm

Warto zauważyć, że Alloy 214 w każdym wymienionym powyżej teście odporności na utlenianie wypadł zdecydowanie najlepiej.

Wysokotemperaturowe nawęglanie - doskonała odporność. 24 godzinny test w Ar-5H₂-5CO-5CH₄ w temperaturze 1090°C wykazał niską absorpcję węgla na poziomie zaledwie 3,4 mg/cm². Był to wyraźnie najlepszy wynik spośród wszystkich stopów biorących udział w badaniu. W rzeczywistości alloy 600, będący na drugim miejscu, pochłonął 3 razy więcej węgla niż Alloy 214.

Nitrowanie w wysokiej temperaturze - dobra odporność w temperaturze poniżej 950°C i doskonała odporność w temperaturze powyżej 950°C, pod warunkiem występowania nawet niewielkiej ilości czynników utleniających, które mogą spowodować powstanie ochronnej zgorzeliny z tlenku aluminium.

Potwierdza to poniższe porównanie wyników testów. W każdym z nich Alloy 214 został poddany działaniu amoniaku przez 168h. Zwróć uwagę na korzystny wpływ wyższych temperatur.

• 650°C
  • Absorpcja azotu: 1,5 mg/cm²
  • Głębokość penetracji przez azotki: 0,04 mm
• 980°C
  • Absorpcja azotu: 0,3 mg/cm²
  • Głębokość penetracji przez azotki: 0,04 mm
• 1090°C
  • Absorpcja azotu: 0,2 mg/cm²
  • Głębokość penetracji przez azotki: 0,02 mm

Chlorki - doskonała odporność pod warunkiem obecności czynników utleniających oraz bardzo wysokiej temperatury.

Głębokość korozji w środowisku chlorkowym Ar-20O₂-0.25Cl₂ po 400 godzinach testowania. Zwróć uwagę na lepszą odporność po przekroczeniu 950°C:

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

Spawanie

Spawanie Alloy 214 nie należy do najtrudniejszych zadań, jednak brak należytej dbałości może doprowadzić do pęknięć. Alloy 214 tworzy wytrącenia fazy gamma (Ni₃Al), które utwardzają stop. Naprężenia spowodowane przez spawanie w połączeniu z tymi będącymi skutkiem wytrąceń mogą spowodować pękanie. Dlatego należy stosować się do poniższych ogólnych zaleceń:

• Metal podstawowy powinien być wyżarzony zmiękczająco i szybko schłodzony w wodzie, wedle procedury opisanej poniżej
• Należy zminimalizować dopływ ciepła
• Metal musi być czysty
• Należy utrzymać temperaturę międzyściegową na poziomie maks. 84°C.

Wyżarzanie po spawaniu może być konieczne w zależności od grubości i złożoności części. Wyżarzanie należy również rozważyć jeśli części będą eksploatowane w temperaturach poniżej 950°C. Procedura: część przytrzymać w temperaturze 1000-1100°C przez 5 minut, a następnie schłodzić w powietrzu lub w wodzie.

Wybór materiałów spawalniczych:

• Hastelloy® X (elektroda); Haynes® 230-W, Hastelloy® S, Hastelloy® W (drut spawalniczy)
• Przy łączeniu ze stalą 0-9% Ni: Haynes® 556 (drut spawalniczy)

Obróbka cieplna, plastyczna i obróbka skrawaniem

Zalecane parametry pracy i obróbki cieplnej:

• Obróbka na gorąco: 1200-980°C
• Wyżarzanie zmiękczające: 1065-1120°C

Obróbka na gorąco - podczas nagrzewania, jeśli element ma złożony kształt z dużymi i małymi przekrojami, należy wyrównać go w temperaturze 870°C. Wybór temperatury obróbki w zakresie 1200-980°C wpływa na końcowe własności, acz wydaje się, że najlepsze ogólne wyniki uzyskuje się, dokonując obróbki w temperaturze pieca zbliżonej do 1150°C. Gdy część osiągnie temperaturę 980°C, należy przerwać obróbkę. Po obróbce część wyżarzyć.

Alloy 214 może być obrabiany na zimno, co zwiększa plastyczność w wysokich temperaturach. Po obróbce wymagane jest wyżarzanie.

Wyżarzanie zmiękczające z gwałtownym chłodzeniem w wodzie należy przeprowadzić po obróbce na zimno lub gorąco. Jeśli wyżarzanie przeprowadzono z myślą o dalszej obróbce na gorąco, dopuszczalne jest powolne chłodzenie w powietrzu. Wybór temperatury wyżarzania w zakresie 1065-1120°C wpływa na końcowe właściwości.

Optymalne wysokotemperaturowe własności naprężeniowe można osiągnąć przez zwiększenie temperatury obróbki i wyżarzania. Prowadzi to do dalszego zmniejszenia plastyczności w zakresie temperatur pośrednich 650-950°C i zwiększa ryzyko pękania podczas spawania.

Optymalną spawalność można osiągnąć poprzez zmniejszenie temperatury obróbki i wyżarzania. Szybkie chłodzenie po wyżarzaniu jest w każdym przypadku bardzo istotne.

Odprężanie w temperaturze poniżej 1065°C lub powolne chłodzenie powoduje wytrącanie się utwardzającej fazy, co skutkuje poważnym zwiększeniem twardości w temperaturze pokojowej i wewnętrznymi naprężeniami.

Dla wyżej wymienionych gatunków dostarczamy płyty, blachy i taśmy.

Zamienniki, odpowiedniki i inne oznaczenia gatunku:

Haynes® 214, alloy 214, 2.4646, NiCr16Al, N07214