Hastelloy C4 adalah aloi nikel mempunyai kestabilan haba dan rintangan kakisan dalam persekitaran yang agresif. Sebagai salah satu aloi nikel yang paling stabil dari segi struktur, ia mengekalkan sifatnya walaupun selepas pendedahan berpanjangan kepada suhu tinggi, menjadikannya tidak ternilai untuk aplikasi pemprosesan kimia.
Artikel ini memperkenalkan gambaran menyeluruh tentang komposisi kimia Hastelloy C4, sifat fizikal dan mekanikal, rintangan kakisan dan aplikasi.
Komposisi Kimia Hastelloy C4
Hastelloy C4 ialah aloi nikel tempa untuk memberikan prestasi dalam persekitaran yang menghakis. Komposisi ini dicirikan oleh kandungan karbon dan silikonnya yang rendah, yang dengan ketara mengurangkan risiko pemendakan karbida dan kakisan antara butiran seterusnya dalam struktur yang dikimpal.
Komposisi kimia nominal Hastelloy C4 digariskan dalam jadual berikut:
|
Komposisi |
Kandungan (%) |
|
Nikel (Ni) |
Baki (kira-kira 65%) |
|
Chromium (Cr) |
14-18 |
|
Molibdenum (Mo) |
14-17 |
|
Besi (Fe) |
3 maks |
|
Kobalt (Co) |
2 maks |
|
Titanium (Ti) |
0.7 maks |
|
Mangan (Mn) |
1 maks |
|
Silikon (Si) |
0.08 maks |
|
Karbon (C) |
0.015 maks |
|
Fosforus (P) |
0.04 maks |
|
Sulfur (S) |
0.03 maks |
Peninggalan strategik tungsten membezakan Hastelloy C4 daripada aloi terdahulu seperti C276, manakala kandungan besi yang berkurangan dengan ketara meningkatkan kestabilan terma dengan meminimumkan pembentukan fasa antara logam yang memudaratkan semasa pendedahan suhu-tinggi yang berpanjangan.
Hastelloy C4 Sifat Fizikal
Ciri sifat fizikal Hastelloy C4 bagi aloi molibdenum-kromium-nikel:
Jadual: Sifat Fizikal Hastelloy C4
|
harta benda |
nilai |
Syarat/Nota |
|
Ketumpatan |
8.64 g/cm³ (0.312 lb/in³) |
Pada 20 darjah |
|
Takat Lebur |
1335-1380 darjah (2435-2516 darjah F) |
- |
|
Kapasiti Haba Tertentu |
408 J/kg· darjah |
Pada 100 darjah |
|
Kekonduksian Terma |
10.1 W/m·K |
Pada 100 darjah |
|
Pekali Pengembangan Terma |
10.9 × 10⁻⁶/ darjah |
20-100 darjah (min pekali) |
|
Kerintangan Elektrik |
1.25 μΩ·sm |
Pada 20 darjah |
|
Modulus Keanjalan |
211 GPa (30.8 × 10³ ksi) |
Dalam ketegangan, pada 20 darjah |
|
Modulus Ketegaran |
78.6 GPa (11.4 × 10³ ksi) |
Pada 20 darjah |
Kekonduksian haba yang agak rendah dan pekali pengembangan haba sederhana Hastelloy C4. Kerintangan elektrik yang tinggi menyumbang kepada ciri-ciri kimpalan yang baik berbanding dengan lebih banyak bahan konduktif.
Hastelloy C4 Sifat Mekanikal
Sifat Mekanikal Suhu Bilik
Dalam keadaan anil, Hastelloy C-4 biasanya mempamerkan:
Kekuatan Tegangan: 690-860 MPa (100-125 ksi)
Kekuatan Hasil (0.2% offset): Lebih daripada atau sama dengan 275 MPa ( Lebih daripada atau sama dengan 40 ksi)
Pemanjangan: Lebih besar daripada atau sama dengan 40% dalam 2 inci
Pengurangan Keluasan: Kira-kira 50%
Kekerasan: Kurang daripada atau sama dengan 217 HB (Brinell) atau Kurang daripada atau sama dengan 95 HRB (Rockwell B)
Aloi ini mengekalkan kemuluran dan keliatan yang luar biasa walaupun pada suhu kriogenik sehingga -196 darjah, dengan nilai hentaman takuk Charpy V biasanya melebihi 120 J pada suhu bilik dan -196 darjah.
Sifat Suhu Ditinggikan
Hastelloy C4 mempunyai kestabilan terma yang luar biasa, mengekalkan sifat mekanikal yang berguna pada suhu sehingga 1040 darjah . Aloi mengekalkan kemuluran dan rintangan kakisan yang baik walaupun selepas-penuaan jangka panjang pada 650-1040 darjah .
Sifat Rintangan Kakisan
Rintangan kakisan Hastelloy C4 mewakili sifatnya yang paling berharga, dengan prestasi yang ditunjukkan merentasi pelbagai persekitaran menghakis:
Kakisan Seragam
Hastelloy C-4 mempamerkan ketahanan yang luar biasa terhadap spektrum luas media menghakis, termasuk:
Asid mineral tercemar panas (sulfurik, hidroklorik, asid fosforik)
Klorida organik dan bukan organik, gas klorin kering
Asid formik dan asetik, anhidrida asetik
Pelarut, air laut, dan larutan air garam
Aloi menunjukkan prestasi yang sangat baik dalam persekitaran pengoksidaan tinggi, di mana ia mungkin mengatasi prestasi C-276. Walau bagaimanapun, dalam media yang sangat mengurangkan seperti asid hidroklorik, C-276 biasanya menunjukkan rintangan yang lebih baik.
Hakisan Setempat
Kandungan molibdenum yang tinggi (14-17%) memberikan ketahanan yang sangat baik terhadap kakisan pitting dan celah dalam persekitaran yang mengandungi klorida. Ini menjadikan Hastelloy C-4 sesuai untuk aplikasi dalam air laut, air payau, dan proses kimia yang melibatkan pemangkin atau bahan cemar klorida.
Kandungan karbon ultra-rendah ( Kurang daripada atau sama dengan 0.015%) dengan ketara meningkatkan ketahanan terhadap pemekaan dan kakisan antara butiran seterusnya. Atribut kritikal ini meminimumkan pembentukan karbida sempadan butiran dalam haba kimpalan-zon terjejas, membenarkan aloi digunakan dalam-keadaan dikimpal untuk kebanyakan aplikasi proses kimia tanpa memerlukan penyepuhlindapan-penyelesapan larutan kimpalan.
Penyelidikan telah menunjukkan bahawa sambungan Hastelloy C4 yang dikimpal dengan betul boleh mempamerkan rintangan kakisan yang setanding atau lebih baik kepada logam asas, dengan kadar kakisan serendah 5.03 mm/tahun dalam ujian kakisan intergranular piawai.
Kestabilan Terma dan Ciri Mikrostruktur
Hastelloy C4 dirumus khusus untuk kestabilan terma yang dipertingkatkan berbanding aloi nikel terdahulu. Kawalan komposisi strategik meminimumkan pembentukan fasa antara logam dan karbida yang memudaratkan semasa pendedahan berpanjangan kepada suhu tinggi.
Aloi ini mempunyai struktur austenit-berpusat kubik (FCC) muka yang kekal stabil merentasi julat suhu bergunanya. Kestabilan mikrostruktur ini memastikan prestasi yang konsisten dalam-aplikasi suhu tinggi seperti sistem penyahsulfuran gas serombong, peralatan pemprosesan kimia dan kemudahan pemprosesan semula bahan api nuklear di mana kitaran haba adalah perkara biasa.
Ciri-ciri Fabrikasi dan Pemprosesan
Kimpalan
Hastelloy C4 mempunyai kebolehkimpalan yang baik menggunakan teknik kimpalan gabungan biasa, termasuk:
Kimpalan Arka Tungsten Gas (GTAW/TIG)
Kimpalan Arka Logam Gas (GMAW/MIG)
Kimpalan Arka Plasma
Kimpalan Arka Logam Terlindung (SMAW)
Amalan yang disyorkan termasuk:
Menggunakan logam pengisi komposisi yang sepadan (ERNiCrMo-7) atau produk kimpalan Hastelloy C-4 khusus.
Mengekalkan input haba rendah dengan suhu interpass di bawah 150 darjah .
Memastikan bahan berada dalam keadaan anil pra-kimpalan.
Pembersihan yang betul untuk menghilangkan bahan cemar.
Rawatan Haba
Hastelloy C4 biasanya dibekalkan dalam penyelesaian-keadaan anil untuk mengoptimumkan rintangan kakisan. Aloi tidak boleh dikuatkan dengan rawatan haba sahaja, kerana ia tidak mengalami pengerasan kerpasan.
Bekerja Panas dan Sejuk
Kerja Panas: Julat suhu yang disyorkan 1080-900 darjah dengan penyejukan pantas selepas pemprosesan.
Kerja Sejuk: Memerlukan kuasa yang lebih besar daripada keluli tahan karat austenit kerana kadar pengerasan kerja yang lebih tinggi; penyepuhlindapan perantaraan mungkin diperlukan untuk ubah bentuk yang teruk.
