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La barra Nimonic PE16, designata come UNS N07016 e numero di materiale W.Nr. 2.4969, è una lega di nichel-cromo-ferro indurente per precipitazione ...
La barra Nimonic PE16, designata come UNS N07016 e numero di materiale W.Nr. 2.4969, è una lega di nichel-cromo-ferro indurente per precipitazione, rafforzata da aggiunte di titanio e alluminio. È specificamente progettata per il servizio ad alta temperatura e offre una combinazione di buona resistenza al creep, resistenza all'ossidazione e fabbricabilità. Questa forma di barra è un materiale chiave per la lavorazione di componenti in motori di turbine a gas, elementi di fissaggio aerospaziali e applicazioni di riscaldamento industriale in cui sono richieste resistenza e stabilità a temperature fino a circa 750°C (1380°F).
Il Nimonic PE16 fa parte della famiglia di superleghe Nimonic, progettata per fornire un equilibrio tra prestazioni ad alta temperatura e producibilità. Rispetto ad alcune leghe Nimonic a più alta resistenza, il PE16 presenta un'eccellente saldabilità e formabilità allo stato solubilizzato, pur sviluppando una notevole resistenza con l'invecchiamento. Le barre sono spesso utilizzate per assemblaggi di lamiere, involucri e parti lavorate che devono sopportare sollecitazioni moderate a temperature elevate in atmosfere ossidanti.
Le proprietà della barra Nimonic PE16 derivano dalla sua base di nichel-cromo con ferro per l'economicità e aggiunte controllate di titanio e alluminio per la tempra. Fornita da Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd., la barra è conforme alle specifiche aerospaziali e industriali.
| Elemento | Percentuale (%) - Gamma tipica | Funzione primaria nella lega |
|---|---|---|
| Nichel (Ni) | Equilibrio (≥ 42,0) | Elemento di base; costituisce la matrice austenitica, garantisce la resistenza all’ossidazione e favorisce la precipitazione di γ’. |
| Cromo (Cr) | 15.0 - 17.0 | Offre resistenza all'ossidazione e alla corrosione a caldo ad alte temperature. |
| Ferro (Fe) | 33.0 – 37.0 | Costituente significativo; migliora la fabbricabilità, controlla i costi e contribuisce alla resistenza della soluzione solida. |
| Titanio (Ti) | 1.2 – 1.7 | Elemento indurente primario; durante l’invecchiamento si combina con l’alluminio e il nichel per formare la fase gamma prime (γ’) Ni₃(Al,Ti), che conferisce resistenza alla lega. |
| Alluminio (Al) | 1.0 – 1.6 | Elemento di indurimento co-primario; essenziale per la formazione di γ’. |
| Molibdeno (Mo) | 2.8 – 3.4 | Fornisce un rafforzamento in soluzione solida e migliora la resistenza allo scorrimento ad alta temperatura. |
| Carbonio (C) | 0,12 max | Controllato per formare carburi benefici per la resistenza dei bordi dei grani. |
| Boro (B) | 0,005 max | Aggiunta di tracce per rafforzare i confini dei grani. |
| Manganese (Mn) | 1,0 max | Elemento residuo. |
| Silicio (Si) | 1,0 max | Elemento residuo. |
| Rame (Cu) | 0,20 max | Elemento residuo. |
Le proprietà meccaniche delle barre di Nimonic PE16 si sviluppano attraverso il trattamento in soluzione e l'invecchiamento. Le barre sono tipicamente fornite in stato di solubilizzazione per la successiva formatura e lavorazione.
Valore tipico (condizione invecchiata)
| Proprietà meccanica | Valore tipico (ricottura in soluzione) | Specifica pertinente | |
|---|---|---|---|
| Resistenza alla trazione | ≥ 690 MPa (100 ksi) | ≥ 930 MPa (135 ksi) | Standard aerospaziali/industriali |
| Resistenza allo snervamento (offset 0,2%) | ≥ 310 MPa (45 ksi) | ≥ 620 MPa (90 ksi) | – |
| Allungamento in 2 pollici (50 mm) | ≥ 30% | ≥ 15% | – |
| Durezza (Rockwell) | ≤ 100 HRB | 28 – 38 HRC | – |
| Resistenza allo scorrimento (rottura a 1000h) | N/D | ≈ 170 MPa (25 ksi) a 700°C | – |
Le proprietà fisiche della lega PE16 sono importanti per la progettazione di sistemi ad alta temperatura.
Note / Condizioni
| Proprietà fisica | Valore a temperatura ambiente (20°C) | |
|---|---|---|
| Densità | 8,0 g/cm³ (0,289 lb/in³) | – |
| Intervallo di fusione | 1360 – 1410 °C (2480 – 2570 °F) | – |
| Calore specifico | ≈ 460 J/kg-°C (0,110 BTU/lb-°F) | A 100°C |
| Conduttività termica | 11,7 W/m-K (81,1 BTU-in/hr-ft²-°F) | A 100°C |
| Coefficiente medio di espansione termica | 14,5 μm/m-°C (8,1 μin/in-°F) | 20-100°C (68-212°F) |
| Resistività elettrica | 1,10 μΩ-m (43,3 μΩ-in) | A 20°C |
| Modulo di elasticità (trazione) | 206 GPa (29,9 x 10^6 psi) | A 20°C |
Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd. fornisce barre di Nimonic PE16 principalmente in base a specifiche aerospaziali e di ingegneria ad alta temperatura.
| Forma del prodotto | Gamma di dimensioni standard | Specifiche standard fondamentali | Condizioni di fornitura comuni |
|---|---|---|---|
| Barre tonde (laminate a caldo/forgiate) | Diametro da 10 mm (0,4″) a 250 mm (10″) | AMS 5701 (barre), AMS 5700 (pezzi fucinati), UNS N07016, DIN 17752 (W.Nr. 2.4969) | Ricottura in soluzione (condizione A), trattamento in soluzione e invecchiamento |
| Barra esagonale | Piani trasversali da 10 mm a 50 mm | AMS 5701 | Ricotto in soluzione |
| Barra quadrata | Larghezza da 10 mm a 50 mm | Specifiche del cliente | Ricotto in soluzione |
| Barra rifinita a freddo | Diametro da 5 a 80 mm | AMS 5701 (trafilato a freddo/macinato) | Ricotto, trafilato a freddo e alleggerito dalle tensioni |
| Billet di forgiatura | Diametro da 100 a 350 mm | AMS 5700, specifiche di forgiatura del cliente | Soluzione trattata |
I componenti lavorati o forgiati in barra Nimonic PE16 sono utilizzati in ambienti ad alta temperatura e a moderata sollecitazione: Aerospaziale: Involucri di turbine, componenti di camere di combustione, parti di postcombustione, elementi di fissaggio e bulloneria ad alta temperatura. Turbine a gas industriali: Rivestimenti del combustore, condotti di transizione e bullonatura. Turbocompressori per autoveicoli: Alloggiamenti e componenti per turbine. Riscaldamento industriale: Dispositivi, staffe e strutture di supporto per forni ad alta temperatura. Ingegneria nucleare: Componenti selezionati per reattori raffreddati a gas.
Il Nimonic PE16 raggiunge le sue proprietà attraverso una sequenza di trattamento termico standard: Trattamento della soluzione: Riscaldamento a 1080-1120 °C (1975-2050 °F), mantenimento della temperatura, seguito da un raffreddamento rapido (in aria o in olio). Questo processo provoca la dissoluzione degli elementi che formano la fase γ’. Trattamento dell'invecchiamento: Riscaldamento a 700-750 °C (1290-1380 °F) per 16 ore, seguito da raffreddamento all’aria. Questo processo provoca la precipitazione della fase γ’, fine e indurente. La lega viene spesso lavorata (saldata, deformata) allo stato di ricottura in soluzione, con l’invecchiamento eseguito come fase finale.
La lavorazione delle barre di Nimonic PE16 si esegue al meglio in condizioni di solubilizzazione. Si tratta di una lega tenace e resistente alla lavorazione. Le raccomandazioni includono: utilizzo di setup rigidi, utensili in metallo duro affilati con spoglia positiva, velocità moderate, avanzamenti costanti e un'abbondante quantità di refrigerante. La lavorabilità è simile a quella di altre superleghe a base di nichel. Ha un'eccellente formabilità allo stato ricotto, che consente complesse operazioni di formatura a freddo prima dell'invecchiamento.
Un vantaggio fondamentale del Nimonic PE16 è la sua eccellente saldabilità rispetto a molte superleghe indurite per precipitazione. Può essere saldato con la saldatura ad arco a tungsteno gassoso (GTAW/TIG) e con altri procedimenti nello stato di solubilizzazione senza una forte tendenza alla criccatura post-trattamento termico. Vengono utilizzati metalli d'apporto corrispondenti (ad esempio, NiCr20Nb) o cariche sovra-legate. Per ripristinare le proprietà ottimali nella zona di saldatura è necessario un trattamento termico completo post-saldatura (trattamento in soluzione + invecchiamento), che è più fattibile con il PE16 rispetto ad altre leghe a causa della sua minore sensibilità.
Il prezzo della barra Nimonic PE16 di Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd. è influenzato dal contenuto di nichel e cromo, dal trattamento termico specializzato e dalla qualità aerospaziale.
| Fattore prezzo | Impatto sul prezzo di riferimento | Guida all'approvvigionamento |
|---|---|---|
| Costi degli elementi di lega | Il nichel e il cromo sono fattori di costo significativi. Anche le aggiunte di titanio e alluminio contribuiscono. | La PE16 rappresenta spesso una scelta conveniente all'interno della famiglia delle superleghe di nichel battuto, offrendo un buon equilibrio tra proprietà e fabbricabilità. |
| Condizione di trattamento termico | Le barre fornite nelle condizioni di trattamento con soluzione e invecchiamento sono più costose a causa della lavorazione termica aggiuntiva. | Per assemblaggi complessi, acquistate il materiale allo stato di solubilizzazione, fabbricatelo e poi invecchiatelo. Per i pezzi lavorati semplici, può essere più conveniente utilizzare barre pre-invecchiate. |
| Specifiche aerospaziali (AMS) | Le barre conformi alla norma AMS 5701, con tracciabilità e test completi, hanno un prezzo superiore rispetto al materiale di qualità commerciale. | Specificare lo standard esatto richiesto. “AMS 5701 Condizione A” è una dicitura comunemente utilizzata per i componenti aerospaziali che richiedono successive operazioni di formatura e invecchiamento. |
| Forma, dimensioni e test | Le barre di precisione rifinite a freddo e le billette di forgiatura di grandi dimensioni hanno costi più elevati. I test approfonditi (creep, rottura sotto sforzo) aggiungono costi significativi. | Utilizzare barre standard laminate a caldo per le lavorazioni generali. Definire chiaramente il pacchetto di test richiesto; per molte applicazioni è sufficiente una certificazione standard delle proprietà meccaniche e chimiche. |
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