A286 (UNS S66286) – Hợp kim siêu bền nền sắt
1. Giới thiệu tổng quan
A286 (UNS S66286) là một hợp kim siêu bền có nền là sắt, được hóa bền bằng kết tủa, sở hữu độ bền cao ở nhiệt độ cao, khả năng chống oxy hóa và ăn mòn tốt. Hợp kim này được ứng dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, tuabin khí, công nghiệp ô tô và hóa dầu. A286 phù hợp cho các chi tiết làm việc lâu dài ở nhiệt độ lên đến 700 °C. So với các hợp kim nền niken như Inconel, A286 có chi phí thấp hơn, khả năng gia công và hàn tốt hơn.
2. Thành phần hóa học chính (theo khối lượng)
Nguyên tố | Hàm lượng (% khối lượng) |
|---|---|
Sắt (Fe) | Còn lại |
Niken (Ni) | 24,0–27,0 |
Crom (Cr) | 13,5–16,0 |
Titan (Ti) | 1,9–2,3 |
Molypden (Mo) | 1,0–1,5 |
Vanadi (V) | 0,1–0,5 |
Nhôm (Al) | ≤0,35 |
Mangan (Mn) | ≤2,0 |
Silic (Si) | ≤1,0 |
Cacbon (C) | ≤0,08 |
Lưu huỳnh (S) | ≤0,03 |
Phốt pho (P) | ≤0,03 |
Bo (B) | 0,001–0,01 |
Cơ chế tăng cứng của A286 chủ yếu dựa vào kết tủa pha γ′ (Ni₃(Al, Ti)) nhờ vào sự có mặt của Ti, Al và Mo.
3. Tính chất vật lý
Thông số | Giá trị |
|---|---|
Tỷ trọng | 7,93 g/cm³ |
Nhiệt độ nóng chảy | 1364–1424 °C |
Hệ số giãn nở nhiệt (20–800 °C) | 16,1×10⁻⁶ /°C |
Độ dẫn nhiệt (100 °C) | 14,6 W/(m·K) |
Nhiệt dung riêng (25 °C) | 460 J/(kg·K) |
Điện trở suất (20 °C) | 1,12 μΩ·m |
A286 có độ dẫn nhiệt thấp và khả năng chống chảy dẻo (creep) tuyệt vời, rất phù hợp cho môi trường nhiệt độ cao.
4. Tính chất cơ học (nhiệt độ phòng và nhiệt độ cao)
Tính chất | 25 °C | 650 °C |
|---|---|---|
Độ bền kéo (MPa) | ≥895 | 550–700 |
Giới hạn chảy (MPa) | ≥585 | 345–415 |
Độ giãn dài (%) | ≥20 | 15–20 |
Độ cứng (HRC) | 25–35 | - |
Đặc điểm nổi bật:
Cường độ cao lên đến 700 °C
Độ dẻo tốt ngay cả khi ở nhiệt độ cao
Kháng creep tốt khi làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao
5. Quy trình xử lý nhiệt
A286 được hóa bền bằng xử lý kết tủa. Quy trình chuẩn như sau:
Công đoạn | Nhiệt độ (°C) | Thời gian | Làm nguội |
|---|---|---|---|
Tôi dung dịch rắn | 980–1010 | 1–2 giờ | Tôi nước hoặc dầu |
Hóa già (Aging) | 720–820 | 16 giờ | Làm nguội bằng không khí |
Sau xử lý nhiệt, hợp kim có giới hạn chảy và độ cứng tăng lên, phù hợp cho ứng dụng chịu nhiệt.
6. Khả năng chống ăn mòn
Hàm lượng Cr cao giúp chống oxy hóa và ăn mòn không khí tốt ở nhiệt độ ≤700 °C
Có khả năng chịu được một số môi trường axit (HNO₃, HCl, H₂SO₄) nhưng không bằng các hợp kim nền niken như Inconel 718
Chống nứt ăn mòn ứng suất (SCC) trong môi trường nước biển và ion Cl⁻ tốt
7. Khả năng gia công
(1) Gia công cơ khí
Dễ gia công hơn hợp kim nền niken (ví dụ: Inconel 718)
Khuyến nghị:
Dùng dao hợp kim cứng hoặc gốm
Tốc độ cắt thấp + lượng ăn dao lớn để tránh biến cứng bề mặt
Dùng dung dịch làm mát hòa tan trong nước để kéo dài tuổi thọ dao
(2) Hàn
Hàn tốt bằng các phương pháp TIG, MIG, laser, hàn tia điện tử
Nên xử lý nhiệt sau hàn (tôi dung dịch + hóa già) để tăng cường cơ tính và khả năng chống ăn mòn
8. Ứng dụng chính
Nhờ sự cân bằng giữa độ bền, khả năng chống ăn mòn và dễ gia công, A286 được dùng trong:
(1) Hàng không – vũ trụ
Đĩa turbine, cánh nén, bu lông
Cánh turbine khí
Hệ thống xả
(2) Dầu khí
Ống chịu nhiệt và áp suất cao
Dụng cụ khoan giếng sâu
Chi tiết bắt siết, ren
Thân van, vỏ bơm
(3) Công nghiệp ô tô
Xupap xả động cơ đua
Vỏ cảm biến nhiệt độ cao
Linh kiện tăng áp
(4) Năng lượng
Bộ phận chịu nhiệt trong turbine khí
Kết cấu bên trong lò phản ứng hạt nhân
(5) Thiết bị y tế
Linh kiện nồi hấp tiệt trùng nhiệt độ cao
Vật liệu cấy ghép chỉnh hình
9. So sánh với các siêu hợp kim khác
Hợp kim | Nhiệt độ sử dụng tối đa (°C) | Độ bền | Kháng ăn mòn | Giá thành | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|---|
A286 | 700 | ★★★☆☆ | ★★★☆☆ | ★★★★☆ | Hàng không, dầu khí, ô tô |
Inconel 718 | 980 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★☆☆☆ | Hàng không, hạt nhân, turbine |
Inconel 625 | 982 | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | Hóa chất, hàng hải |
Haynes 188 | 1090 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★☆☆☆ | Động cơ máy bay |
Kết luận:
A286 có độ bền thấp hơn một chút so với các hợp kim niken như Inconel 718, nhưng dễ gia công hơn và có chi phí thấp hơn
Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ ≤700 °C; với nhiệt độ cao hơn, nên dùng hợp kim nền niken hoặc coban
10. Tóm tắt
A286 là hợp kim siêu bền nền sắt, hóa bền bằng kết tủa, có khả năng chịu nhiệt, chống oxy hóa và dễ gia công
Ứng dụng rộng rãi trong hàng không, dầu khí, ô tô và năng lượng ở điều kiện nhiệt độ ≤700 °C
Là lựa chọn kinh tế hơn so với hợp kim nền niken trong môi trường không quá khắc nghiệt