Русский

Hastelloy B-3

Современный никель-молибденовый сплав с превосходной коррозионной стойкостью и термической стабильностью в восстановительных химических средах. Предназначен для ЧПУ-обрабатываемых компонентов в критически важных химических, фармацевтических и полупроводниковых применениях.

Введение в Hastelloy B-3

Hastelloy B-3 — никель-молибденовый сплав, разработанный для исключительной стойкости к соляной кислоте, уксусной кислоте и другим сильным восстановительным химическим средам. Будучи наиболее современной эволюцией в семействе Hastelloy B, марка B-3 устраняет ограничения предыдущих вариантов за счёт значительно улучшенной термической стабильности, повышенной устойчивости к коррозионному растрескиванию под напряжением и сниженной чувствительности к коррозии в зоне термического влияния (HAZ) после сварки.

Благодаря отличной формуемости и коррозионной стойкости Hastelloy B-3 широко применяется для изготовления деталей, обрабатываемых на ЧПУ, в химической промышленности, фармацевтике и системах утилизации/нейтрализации отходов. Прочная структура сплава обеспечивает размерную стабильность и длительный ресурс при агрессивных условиях эксплуатации, особенно там, где одновременно присутствуют высокие температуры и восстановительные кислоты.

Химические, физические и механические свойства Hastelloy B-3

Hastelloy B-3 (UNS N10675 / ASTM B333 / B335) — сплав, упрочняемый твёрдым раствором, разработанный для устранения слабых мест более ранних B-серий в зоне термического влияния. Он отличается улучшенной технологичностью и стабильными характеристиками в сварном состоянии.

Химический состав (типовой)

Элемент	Диапазон содержания (мас.%)	Ключевая роль
Никель (Ni)	Баланс (≥65.0)	Базовый элемент; обеспечивает коррозионную стойкость в восстановительных средах
Молибден (Mo)	28.5–30.5	Повышает стойкость к соляной и другим неокисляющим кислотам
Железо (Fe)	1.5–3.0	Улучшает механические свойства
Кобальт (Co)	1.0–3.0	Повышает термическую стабильность
Хром (Cr)	≤1.5	Снижает риск коррозии по границам зёрен
Марганец (Mn)	≤3.0	Помогает при горячей обработке давлением
Углерод (C)	≤0.01	Минимизирует выделение карбидов при сварке
Кремний (Si)	≤0.1	Снижен для уменьшения риска межкристаллитного поражения
Алюминий (Al)	≤0.5	Контролируется для обеспечения структурной стабильности
Сера (S)	≤0.02	Предотвращает горячие трещины при ЧПУ и сварке

Физические свойства

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт/условие испытаний
Плотность	9.24 g/cm³	ASTM B311
Диапазон плавления	1350–1400°C	ASTM E1268
Теплопроводность	10.4 W/m·K при 100°C	ASTM E1225
Электрическое сопротивление	1.29 µΩ·m при 20°C	ASTM B193
Тепловое расширение	12.2 µm/m·°C (20–300°C)	ASTM E228
Удельная теплоёмкость	390 J/kg·K при 20°C	ASTM E1269
Модуль упругости	195 GPa при 20°C	ASTM E111

Механические свойства (в отожжённом состоянии)

Свойство	Значение (типичное)	Стандарт испытаний
Предел прочности при растяжении	690–770 MPa	ASTM E8/E8M
Предел текучести (0.2%)	275–350 MPa	ASTM E8/E8M
Относительное удлинение	≥45% (база 25 мм)	ASTM E8/E8M
Твёрдость	180–220 HB	ASTM E10
Ударная вязкость	Отличная при комнатных и криогенных температурах	ASTM E23

Ключевые характеристики Hastelloy B-3

Улучшенная термическая стабильность: противостоит образованию интерметаллидных фаз при выдержке в диапазоне 500–900°C — существенное улучшение по сравнению с B-2 и Hastelloy B.
Отличная свариваемость: сохраняет коррозионную стойкость в зоне термического влияния без обязательной термообработки после сварки, снижая сложность изготовления.
Высокая коррозионная стойкость: демонстрирует скорость коррозии <0.02 mm/year в кипящей 20% HCl и в уксусной кислоте при 80°C, подтверждается погружными испытаниями по ASTM G31.
Совместимость с ЧПУ-обработкой: стабильная микроструктура позволяет высокоточную мехобработку с допусками до ±0.01 мм и чистотой поверхности ниже Ra 1.0 µm.

Сложности и решения ЧПУ-обработки Hastelloy B-3

Сложности обработки

Наклёп

Материал характеризуется показателем деформационного упрочнения (n ≈ 0.35), из-за чего возрастает поверхностная твёрдость и падает стойкость инструмента при использовании малых глубин резания.

Теплоудержание

Низкая теплопроводность приводит к температуре резания >600°C, поэтому критичны СОЖ высокого давления и подача через инструмент.

Управление стружкой

Образует длинную непрерывную стружку, которую сложно эвакуировать в закрытых полостях и при повышенных подачах.

Оптимизированные стратегии обработки

Выбор инструмента

Параметр	Рекомендация	Обоснование
Материал инструмента	Твёрдый сплав с CVD/PVD-покрытием (K20–K30) или керамические пластины	Выдерживает повышенные температуры в зоне резания
Покрытие	AlCrN или TiAlN (3–5 µm)	Улучшает сход стружки и снижает износ по задней поверхности
Геометрия	Положительный передний угол 10–12°, притупление кромки 0.02–0.05 мм	Балансирует усилие резания и контроль стружки

Режимы резания (ISO 3685)

Операция	Скорость (m/min)	Подача (mm/rev)	DOC (mm)	Давление СОЖ (bar)
Черновая обработка	10–18	0.20–0.30	2.0–3.0	100–120
Чистовая обработка	20–35	0.05–0.10	0.5–1.0	120–150

Поверхностная обработка деталей из Hastelloy B-3 после мехобработки

Горячее изостатическое прессование (HIP)

HIP выполняется при равномерном давлении до 100–200 МПа и температурах порядка 1150°C, устраняя внутренние пустоты и повышая усталостную прочность более чем на 25% для критически нагруженных компонентов.

Термообработка

Термообработка включает отжиг при 1065–1100°C в течение 1–2 часов с последующим быстрым охлаждением для подавления фазового разделения и восстановления коррозионной стойкости до уровней <0.01 mm/year в HCl.

Сварка суперсплавов

Сварка суперсплавов выполняется GTAW с присадкой ERNiMo-10 и контролем межпроходной температуры <100°C, чтобы избежать сенсибилизации в HAZ и сохранить пластичность >40%.

Теплозащитное покрытие (TBC)

Покрытие TBC обеспечивает до 200 µm керамической защиты на основе YSZ для деталей, работающих выше 800°C в кислых или насыщенных парами средах.

Электроэрозионная обработка (EDM)

EDM позволяет формировать микрофичеры с точностью ±0.005 мм и качеством поверхности Ra <0.8 µm, особенно в труднодоступных зонах.

Глубокое сверление

Глубокое сверление обеспечивает отверстия до 30× диаметра с применением инструментов с подачей СОЖ через канал — критично для формирования кислотных проточных каналов в корпусах насосов и реакторных узлах.

Испытания и анализ материала

Испытания материала включают испытания на межкристаллитную коррозию (ASTM A262 Prac. C), механическую валидацию (ASTM E8/E18) и анализ микроструктуры с применением SEM и EDS.