如果您需要可以在高温下工作的定制金属部件,那么您应该知道有一些特定的金属特别适合您的需求。
这些通常是耐热合金。
这种合金在高温下具有强度和抗蠕变性,这意味着它们在极热和高应力下不会变形。
金属合金的耐热性能是它们经过热处理的直接结果,使它们能够承受高达 4000 °C (7232 °F) 的高温。
有两个因素使高电阻金属合金能够承受如此高的热量:合金(组分)的结构和其中的原子间键。
在以下各节中,我们将介绍六种最好的高温金属,概述它们的成分、特性和用途。
有了这些信息,您将能够更好地决定这些耐热金属中的哪一种是适合您的解决方案。
钛
这种银灰白色金属通常用于制造坚固轻便、耐热和耐腐蚀的合金。
在 1668 °C (3034 °F) 时,钛的熔点可能不是耐热合金中最高的,但仍然相当高。
虽然它被认为是一种稀有金属,但它目前被用作许多工业和消费应用的制造和工程的标准材料。
钛通常使用克罗尔工艺制成。
在此过程中,二氧化钛暴露于氯气中,产生四氯化钛。
然后将新地层与镁反应,以去除可能残留的任何氯元素。
钛通常被描述为“海绵”,因为在其形成过程中在其结构内和表面会产生多孔孔。
这种金属具有许多有益的工程特性,其中最常见的是:
耐热性
高强度
耐腐蚀性
低密度
轻量级
刚度
韧性
它的另一个惊人特性是它能够与其他合金混合,为其纯净形式增加了一层额外的抗拉强度、耐热性和韧性。
由于其出色的结构完整性,这是前面列出的特性的结果,钛被用于制造高性能应用。
这些列表如下:
汽车零部件(气门、气门弹簧、保持器、连杆)
航空航天部件(机身、紧固元件、起落架)。
建筑(屋面材料、外部材料)
运动器材(高尔夫球杆、网球拍、自行车)
海上钻井(海洋桥梁、桩盖)
医疗设备(人造骨、心脏起搏器、手术器械)
一般工业(炼油厂、海水淡化厂)
由于钛在暴露于碳纤维增强聚合物 (CFRP) 时可以承受高温并防止腐蚀,因此它取代了 1960 年代之前主要用于飞机的大部分铝制部件。
钨
与钛一样,钨具有银白色。
钨这个名字来源于瑞典语单词 tung 和 sten,翻译过来就是“沉重的石头”。
这个名字非常合适,因为它坚韧的结构和高熔点使钨成为地球上最坚韧的材料之一。
它还具有地球上任何金属或元素中最高的熔点 3,422 °C—6,192 °F),以及最高的抗拉强度 (142,000 psi)。
正因为如此,它经常被用来形成重金属合金,如高速钢,用于制造各种形式的切削工具。
纯钨由于其坚韧的外观和高熔点而很难成型和成型。
因此,它经常被变成粉末并与其他粉末金属混合以产生不同的合金,然后用于制造各种应用。
钨粉可以通过烧结工艺与镍等粉末金属混合,以生产具有额外改进性能的不同合金。
钨的主要特性包括:
重度(密度 19.3 g/cm3)
高熔点
耐高温强度
高抗拉强度
高耐腐蚀性(在制造过程中或之后不需要额外的氧化保护)
Stong(最硬的纯金属)
低蒸气压(所有金属中最低)
低热膨胀
环保(不分解或分解)
钨很难成型,因此它主要用作添加剂,以帮助制造各种形式的特种合金。
它的一些应用包括:
航空航天零部件
汽车零部件
灯丝线(照明用)
军用弹道学
移动耳机
切割、钻孔和镗孔设备
化学应用
电器和电极器具
在其纯形式中,钨还用于许多电子应用,如电极、触点、片材、电线和棒材。
此外,由于它具有与黄金相同的密度(光泽较小但结构较硬),因此珠宝商经常使用它来制作项链和戒指。
不锈钢
不锈钢是一种合金,由三种不同的金属组成:铁、铬和镍。
使用特殊的热处理工艺将这三种元素结合在一起形成不锈钢。
这个过程可以总结如下:
融化
调谐/搅拌
成形
热处理
切割/成型/精加工
在其众多特性中,不锈钢最受欢迎的两个工程特性是其耐腐蚀性和环保性。
不锈钢通常被称为“绿色材料”,因为它可以无限次回收。
至于其耐热性能,不锈钢的熔点在 1400 至 1530 °C(2550 至 2790 °F)之间。
熔点是平均值而不是确切数字的原因是混合元素的量不同,这些元素组合形成不同的不锈钢等级。
不锈钢的三种元素都具有不同的熔点:
铁 (1535 °C—2795°F)
铬 (1890 °C—3434 °F)
镍 (1453 °C—2647 °F)
根据三种元素中任何一种的使用量,其最终熔点都会受到或小或高的影响。
然而,熔点几乎总是在前面提到的平均值之间。
不锈钢因其理想的制造和工程性能而在许多应用中得到广泛应用.
这些包括:
耐腐蚀性
耐高温
耐低温
高抗拉强度
耐久性(在高温和恶劣条件下)
易于制造和成型性
低维护
迷人的外观
环保(无限可回收)
一旦投入使用,它就不需要涂漆、处理或涂层,其低维护要求是其最受欢迎的品质之一。
因此,不锈钢非常受欢迎,特别是对于以下应用:
建筑物(外墙、台面、扶手、后挡板)
桥梁
钢刀
冰箱和冰柜(饰面材料)
洗碗机(饰面材料)
食品储存单元
石油、天然气和化学成分(储罐、管道、泵、阀门)
污水处理厂
海水淡化厂
船舶螺旋桨
电力组件(核能、地热能、太阳能、水能、风能)
涡轮机(蒸汽、燃气)
不锈钢的高熔点和高抗拉强度增加了产品的抗应力、结构载荷和生命周期。
钼
这种银白色金属(粉末状为灰色)具有极强的延展性,并具有高度的耐腐蚀性。
它的熔点和耐热性能也相当高。
钼的熔点为 2,623 °C (4,753 °F),是所有金属中第五高的熔点。
其高熔点使由钼组成的组件能够在高温下高效运行。
这对于在这种情况下需要耐热润滑的产品非常有用。
二硫化钼通常以粘结涂层、润滑脂和分散体的形式用作干润滑剂,以增加耐热性。
此外,如果需要,可以通过粉末冶金工艺或电弧铸造工艺将钼粉转化为坚硬的块状金属。换句话说,钼的固体形式可用于需要它们的应用。
然而,钼仍然主要以粉末形式使用,因为它表现出多种有益的特性。
这些包括:
高熔点
耐热性
展性
非磁性
迷人的外观
其中许多特性也以固体形式存在。
钼还用于生产坚硬而坚固、具有导电性并具有极强耐磨性的商业合金。
这些合金用于以下应用:
兵器
发动机零件
锯片
润滑油添加剂
电路板油墨
电加热器灯丝
防护涂层(锅炉)
石油催化剂
尽管钼在自然界中含量丰富,但它并不是自由发现的(百万分之 1.1)。
因此,它的成本通常比其他耐热金属高一点,特别是当钢铁生产需求很高时,因为它经常用于钢涂层。
镍
与此列表中的许多其他耐热金属一样,镍是一种银白色过渡金属,以其高熔点 (1455°C—2651°F) 和耐腐蚀性而闻名。
镍的高耐腐蚀性使其可用于电镀和涂层其他金属,以及制造不锈钢等合金。
镍的高熔点是其正负离子(质子和电子)吸引的直接结果,它们形成强大的键,即使在巨大的压力和热量下也能保持在一起。
由于镍是一种天然存在的金属,在地球沉积物中大量存在,因此它不是通过任何过程产生的,而是从主要位于热带气候的岩层(超基性镁铁质和火成岩镁铁质)中提取的。
另一方面,镍合金是通过简单的热处理工艺将镍与铝、钛、铁、铜和铬等其他金属结合而成的。
然后,这些合金被用于制造不同行业的各种产品。
目前大约有 3,000 种镍基合金在使用。
所有镍合金变体所表现出的共同特性包括:
强度
韧性
软磁性能
耐腐蚀性
耐热性
易于制造(良好的焊接性)
如前所述,镍基合金用于不同行业的许多应用,而清单非常广泛。
它可以浓缩为以下几点:
电烤箱
烤 面包 机
变形金刚
电感
装甲板
船用螺旋桨轴
涡轮叶片
钢镀层
不锈钢合金
耐腐蚀合金
电池(镍镉、镍氢)
硬币(美国五美分)
磁放大器
磁屏蔽
存储设备
火花塞
汽车电极
即使在极热的温度下,镍也具有很强的抗氧化性,并且可以防止电腐蚀。
因此,它是制造耐热和耐腐蚀合金的绝佳选择,这些合金是强化在腐蚀性和高温环境中工作的应用所必需的。
钽
这种罕见的蓝灰色金属以其极其坚硬的结构、高熔点和对几乎所有形式的腐蚀性酸的抵抗力而闻名。
钽的熔点(3020°C—5468°F)在所有元素中排名第三。
原钽通常存在于称为铌铁矿-钽铁矿(或钶钽铁矿)的矿床中。
一旦开采出来,它就会以三种方式之一与矿物中发现的铌和其他金属分离。
这些包括:
电解的应用
通过钠降低氟柠檬酸钾水平
碳化物与氧化物反应
金属钠热还原工艺可能是三种生产钽粉的最流行的方法,钽粉是一种广泛用于电气应用的材料。
与其他制造材料相比,钽允许更宽的晶粒变化范围,这有助于降低成本并提高设计能力和机械性能。
钽具有许多特性,这些特性在 21 世纪增加了其使用量。
这些包括:
高稳定性
高强度
耐腐蚀性(低温下无化学降解)
耐热性
极高熔点
导热
电导率
氧化层保护层(防止所有形式的腐蚀,包括氧化和酸性腐蚀)
易于制造
延性
密度
硬度
钽通常与其他元素结合,生产出具有更高熔点和抗拉强度的合金。
就其应用而言,钽主要用于生产电力行业的组件。
然而,由于其高耐热和耐腐蚀性能,它也被认为是飞机、国防和化学工业中有用的制造材料。
钽通常用于以下应用:
电解电容器
真空炉零件
电子元件(电路、电容器、电阻器)
核反应堆部件
化学加工设备
飞机零件
兵器
手术工具
相机镜头
钢材表面处理(涂层)
杀虫剂和除草剂
在上面列出的所有应用中,钽可能因其在电解电容器中的应用而最受重视。
钽电容器可以存储所有电容器中单位最高的电荷。
结论
上述指南中提到的金属是可用于制造耐热定制金属零件的前六种耐热材料。
它们具有良好的机械和工程性能,包括耐腐蚀性、抗拉强度、疲劳强度、高延展性、易于制造和韧性。
适合您项目的耐热金属将取决于其要求。以上信息可以帮助您选择合适的。
在您做出最终决定之前,请记住咨询具有专业知识和经验的金属制造商,以将合适的材料与您的预期应用相匹配。