Le leghe a base di nichel sono utilizzate come materiali resistenti alle alte temperature e agli agenti chimici. La resistenza chimica è determinata principalmente dagli elementi di lega cromo, molibdeno e tungsteno. La massima resistenza termica può essere ottenuta mediante indurimento per precipitazione con alluminio, niobio e titanio.
Il componente principale delle leghe a base di nichel è l’elemento nichel. Le leghe a base di nichel sono utilizzate principalmente come materiali ad alta temperatura e come materiali chimicamente resistenti, dove la resistenza alle alte temperature di esercizio e alle condizioni ambientali è determinata in particolare dagli elementi di lega cromo, molibdeno, cobalto, tungsteno e alluminio, tra gli altri. Da un lato, gli elementi di lega sono responsabili dell’indurimento in soluzione solida del Ni austenitico, ma dall’altro sono anche utilizzati per l’indurimento per precipitazione e il rafforzamento delle particelle. A seconda delle proprietà richieste, le leghe a base di nichel contengono spesso più di dieci elementi di lega diversi.
Le temperature di esercizio permanenti delle leghe a base di nichel arrivano a circa 1.100 °C.
Si utilizzano in particolare leghe di nichel-ferro, nichel-ferro-cromo, nichel-cromo, nichel-molibdeno-cromo e nichel-cromo-cobalto. La maggior parte delle leghe di nichel è classificata secondo gli standard internazionali.
I materiali in nichel sono utilizzati in un’ampia gamma di applicazioni, in particolare
– nell’industria chimica per l’ingegneria di processo
come tubi per condensatori, caldaie, scambiatori di calore, valvole e pompe,
valvole e pompe
– industria aerospaziale (ad es. motori, turbine, elementi di fissaggio)
– Industria automobilistica (ad es. tecnologia delle valvole, marmitte catalitiche)
– Componenti resistenti all’acqua di mare per gli impianti di desalinizzazione
e nella costruzione navale
– Generazione di energia (ad es. generatori di centrali elettriche)
– Produzione di petrolio e gas (ad es. strumenti di perforazione)
– Protezione dell’ambiente e gestione dei rifiuti (ad esempio, impianti di desolforazione dei fumi, impianti di smaltimento dei rifiuti).
desolforazione dei fumi, impianti di incenerimento dei rifiuti, ecc,
impianti di desalinizzazione dell’acqua di mare, ecc.
Le superleghe a base di nichel si riferiscono a leghe con una composizione speciale, prodotte specificamente per applicazioni ad alta temperatura (ad esempio, nella costruzione di motori).
Il vantaggio principale delle superleghe a base di nichel è la loro resistenza allo scorrimento e alla fatica alle alte temperature. A partire da circa 550 °C, sono superiori agli acciai per alte temperature. L’indurimento per precipitazione da parte di fasi intermetalliche fa sì che le superleghe a base di nichel possano essere utilizzate fino a temperature di 1.100°C. Le proprietà sono generalmente influenzate dalla resistenza allo scorrimento e alla fatica delle superleghe a base di nichel. Le proprietà sono solitamente ottenute mediante lega con alluminio e/o titanio e niobio. I precipitati di Ni3[Al,Ti, Nb] che ne derivano assumono una caratteristica struttura a blocchi a contenuti di lega più elevati. Inoltre, il creep è impedito da reti di confini di grano termodinamicamente controllate di carburi M23C6 e altre fasi.
Poiché la resistenza alla corrosione delle leghe è molto elevata grazie alla formazione di uno strato di ossido molto denso, questi materiali sono la prima scelta per i materiali da costruzione nelle turbine a gas delle centrali elettriche e nelle turbine degli aerei.
A seconda dei requisiti e della situazione delle leghe, le leghe di nichel vengono preferibilmente fuse in aria in forni elettrici ad arco, talvolta anche in processi di fusione a induzione sotto vuoto, soprattutto se contengono alti contenuti di elementi affini all’ossigeno, ad esempio Ti e Al. A ciò segue solitamente la rifusione con il processo di rifusione a scorie elettriche (ESU) o con il processo del forno ad arco sotto vuoto (VLBO) per migliorare l’omogeneità e il grado di purezza. La composizione chimica in generale richiede spesso finestre di temperatura ristrette per la formatura a caldo e il trattamento termico.