超級合金
超級合金-分為三類：鐵基和鎳基和鈷基
超耐熱合金又稱高溫合金。合金的工作範圍隨所受壓力、環境介質和壽命要求的不同而有所不同。通常把使用溫度範圍在500～700 ℃的合金稱為高溫合金，在700 ℃以上仍能承受150～200 MPa應力、在燃燒中壽命≧100小時，具抗氧化、抗腐蝕能力，的合金稱為超高溫合金。
純金屬材料中如鎢（熔點3390 ℃）、鉭（熔點2996 ℃）、鉬（熔點2610 ℃）和鈮（熔點2468 ℃）等，熔點高於1650 ℃，被稱為難熔金屬。金屬材料的熔點越高，其可使用的溫度限度越高，但盡管純金屬材料中有熔點高達2000 ℃以上的，可是在遠低於其熔點下，其力學強度就迅速下降，高溫氧化、腐蝕嚴重，因而，極少用純金屬直接作為超耐熱材料。一般的金屬材料都只能在500～600 ℃下長期工作能。
高熔點只是超耐熱合金的一個必要條件，但遠遠不夠。普通的碳鋼在800～900 ℃時強度就大大
降低了，若在其中加入其他一些金屬成分，尤其是鎳、鉻、鎢等，製成耐熱合金，耐高溫水平就可以不斷提高。
第VB族、第ⅥB族、第ⅦB族元素是高熔點金屬。因為其原子中未成對的價電子數很多，在金屬晶體中形成很強的化學鍵，而且其原子半徑較小，晶格結點上粒子間的距離短，相互作用力大，所以其熔點高、硬度大。耐熱合金主要是指第VB
～ⅦB族元素和第ⅧB族元素形則合金。高溫合
金按基體組織材料可分為三類：鐵基、鎳基和鉻基。
鐵基高溫合金是從不鏽鋼發展起來的，含有一定量的鉻和鎳等元素。它是中等溫度（600～800 ℃）條件下使用的重要材料，具有較好的中溫力學性能和良好的熱加工塑性，合金成分比較簡單，成本較低。主要用於製作航空發動機和工業燃氣輪機上渦輪盤，也可製作導向葉片、渦輪葉片、燃燒室以及其他承力件、緊固件等。
鎳基超耐熱合金是以鎳為基體（含量一般大於50
%），在650～1000 ℃範圍內具有較高的強度租
良好的抗氧化、抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。鎳基合金是高溫合金中應用最廣，在高溫其強度最高的一類合金，其原因有三：一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素，且能保持較好的組織穩定性；二是可以形成共格有序的金屬間化合物，使合金得到有效的強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度；三是含鉻的鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣
腐蝕能方。鎳基合金含有十多種元素，其中Cr
主要起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素主要起強化作用。
鈷基高溫合金是含鈷量40 %～65 %；在730～1100 ℃下，具有一定的高溫強度、良好的抗熱
腐蝕和抗氧化能力，用於製作工業燃氣輪機、艦船燃氣輪機的導向葉片等。鈷基合金的發展應考慮鈷的資源。鈷是一種重要戰略資源，世界上大多數國家缺鈷，以致鈷基合金的發展受到限制。鈷基合金一般含鎳10 %～22 %，鉻約20 %～30 %，
以及鎢、鉬、鉭和鈮等。
高溫合金它對於需要在高溫條件下的工業部門和應用技術，是非常重大的，且是一種重要戰略物資，各航空大國都在極其保密的條件下研製。
(Structure Stability)鈷基合金，適合作為高溫靜止零件的材料。
鎳基合金適合作為高溫轉動零件的材料。
镍基高温合金 镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。 发展过程 镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。镍基高温合金的发展趋势见图1。
镍基高温合金的发展趋势 成分和性能 镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B 型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。 镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。 ·固溶强化型合金 具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力，见表1)的部件，如燃气轮机的燃烧室。 ·沉淀强化型合金 通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能，可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十
五.镍基合金的合金化原理 1．镍基耐热合金的合金化原理 镍基耐热合金是最重要的一种高温合金。随着喷气技术和新型动力机械的发展，在飞机、火箭、造船、煤碳地下气化和热能利用等方面，均得到广泛的应用。 （1）合金元素在镍基耐热合金合金相中的分布和作用 镍基耐热合金是在高温、高压、高速和强烈的腐蚀环境下工作的，既要求高的强度和抗蠕变性能，还要求优秀的抗氧化和燃气（热）腐蚀的能力，是合金化程度最高，成分极为复杂的合金。有效元素数目多达12～13 种，还有痕迹量的Mn、Si、P、S、O、N 等杂质，需要加以严格控制。 Ni 基合金是以面心立方晶格的Ni 基固溶体为基体，通常称之为奥氏体，用γ来代表。合金的主要强化途径是固溶强化、沉淀硬化和晶界强化。按合金元素的分布和作用特点，可以分成三大类。第一类是在奥氏体中能优先大量溶解的元素如Co、Fe、Cr、Mo、W、V 等，可称之为奥氏体形成元素，第二类是形成沉淀硬化相γ′或主要进入γ′相的元素，如Al、Ti、Nb 和Ta 等，可称之为γ′相形成元素；第三类是优先偏聚于晶界的元素，如Mg、B、Zr、C 和RE等，可称之为晶界强化元素。当然，按元素间交互作用的特点，还可以分碳化物形成元素（如Cr、Mo、W、V、Nb、Ta 和Ti等）和氧化物形成元素（如Cr 和Al 等）两大类。 Ni 基耐热合金中起固溶强化作用的元素是前述的奥氏体形成元素和Al、Ti，但固溶强化作用最强的元素是W、Mo、Cr、Al 在γ相中溶解度较小，但固溶强化作用却很强，Fe、Co、V、Ti 的固溶强化作用较弱。W 和Mo 等能提高奥氏体的原子间结合强度，降低层错能，阻碍位错的横（交）滑移，不仅它们本身的扩散系数低，在900℃还能降低Cr 和Ti 的扩散系数，故能强烈提高高温强度和抗蠕变性能。另外，固溶于基体中的W 或Mo 还能促进γ′相的沉淀，增大基体的晶格常数，调整γ-γ′相间的错配度，形成晶界碳化物，对合金的抗蠕变性能也起积极作用。Cr 也起固溶强化作用，但更主要的作用是改善抗氧化性能，形成的碳化物对晶界强化也有贡献。 Ni 基耐热合金的主要强化相是面心立方晶格的A3B（Ni3Al）型化合物γ′相，主要合金元素是Ti 和Al，化学式是Ni3（Al、Ti），有Co 存在时可用（Ni?Co）3（Al?Ti）表示。γ′相的晶格与基体γ相相同，错配度很小（0.05~1.0％），界面能极低，两者间能长期保持共格关系，故有高的高温稳定性，γ′相不易吞并长大。γ′相另一优点是强度随温度的升高（800℃以下），不仅不降低，反而升高，塑性也较高，不会出现严重脆化现象。这点与碳化物强化相不同，不会因形成σ相Laves 相而引起脆化现象。另外，位错切割γ′相时，产生同原子间键和反相畴界（APB）而使反相畴界能升高，对合金的沉淀硬化也有贡献。进入强化相γ′中的元素除了Ti 以外，还有Co、Fe、Nb、Ta、V 或W、Mo 等，其中带负电性的Co 或Fe 等主要代替Ni 而进入A3B 化合物的A 组元，带正电性的Ti、
镍基合金管的性能、化学成分 以镍为基体,能在一些介质中耐腐蚀的合金,称为镍基耐蚀合金。此外,含镍大于30％,且含镍加铁大于50％的耐蚀合金,习惯上称为铁－镍基耐蚀合金(见不锈耐酸钢)。1905年美国生产的Ni-Cu合金(Monel合金Ni 70 Cu30)是最早的镍基耐蚀合金。1914年美国开始生产Ni-Cr-Mo-Cu型耐蚀合金(Illium R)，1920年德国开始生产含Cr约15％、Mo约7％的Ni-Cr-Mo型耐蚀合金。70年代各国生产的耐蚀合金牌号已近50种。其中产量较大、使用较广的有Ni-Cu,Ni-Cr,Ni-Mo，Ni-Cr-Mo(W)，Ni-Cr-Mo-Cu和Ni-Fe-Cr，Ni-Fe-Cr-Mo等合金系列,共十多种牌号。中国在50年代开始研制镍基和铁－镍基耐蚀合金，到70年代末，已有十多种牌号。 类别镍基耐蚀合金多具有奥氏体组织。在固溶和时效处理状态下，合金的奥氏体基体和晶界上还有金属间相和金属的碳氮化物存在，各种耐蚀合金按成分分类及其特性如下： Ni-Cu合金在还原性介质中耐蚀性优于镍,而在氧化性介质中耐蚀性又优于铜，它在无氧和氧化剂的条件下，是耐高温氟气、氟化氢和氢氟酸的最好的材料（见金属腐蚀）。 Ni-Cr合金主要在氧化性介质条件下使用。抗高温氧化和含硫、钒等气体的腐蚀，其耐蚀性随铬含量的增加而增强。这类合金也具有较好的耐氢氧化物（如NaOH、KOH）腐蚀和耐应力腐蚀的能力。 Ni-Mo合金主要在还原性介质腐蚀的条件下使用。它是耐盐酸腐蚀的最好的一种合金，但在有氧和氧化剂存在时，耐蚀性会显著下降。 Ni-Cr-Mo(W)合金兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的性能。主要在氧化－还原混合介质条件下使用。这类合金在高温氟化氢气中、在含氧和氧化剂的盐酸、氢氟酸溶液中以及在室温下的湿氯气中耐蚀性良好。 Ni-Cr-Mo-Cu合金具有既耐硝酸又耐硫酸腐蚀的能力，在一些氧化-还原性混合酸中也有很好的耐蚀性。 什么是超级不锈钢？镍基合金？ 超级不锈钢、镍基合金是一种特种的不锈钢，首先在化学成分上与普通不锈钢304不同，是指含高镍，高铬，高钼的一种高合金不锈钢。其次在耐高温或者耐腐蚀的性能上，与304相比，具有更加优秀的耐高温或者耐腐蚀性能，是304不可取代的。另外，从不锈钢的分类上，特殊不锈钢的金相组织是一种稳定的奥氏体金相组织。 由于这种特种不锈钢是一种高合金的材料，所以在制造工艺上相当复杂，一般人们只能依靠传统工艺来制造这种特种不锈钢，如灌注，锻造，压延等等。 在许多的领域中，比如 1，海洋：海域环境的海洋构造物，海水淡化，海水养殖，海水热交换等。 2，环保领域：火力发电的烟气脱硫装置，废水处理等。 3，能源领域：原子能发电，煤炭的综合利用，海潮发电等。 4，石油化工领域：炼油，化学化工设备等。 5，食品领域：制盐，酱油酿造等 在以上的众多领域中，普通不锈钢304是无法胜任的，在这些特殊的领域中，特种不锈钢是不可缺少的，也是不可被替代的。近几年来，随着经济的快速发达，随着工业领域的层次的不断提高，越来越多的项目需要档次更高的不锈钢。。。。。特种不锈钢（超级不锈钢、镍基合金）。
镍基高温合金锻件的热处理 [2007-12-08] 关键字：锻件 在锻造中常用可锻性这一名词表示金属材料在锻造时变形的难易程度。可锻性一般用塑性和变形抗力两个指标来衡量。高温下塑性好、变形抗力低的钢或合金，较容易锻造，由可锻性好；而塑性差、变形抗力大的钢或合金，锻造时易产生裂纹等缺陷，或所需设备吨位较大，锻造较困难，故可锻性差。在国外常评价各种钢及合金的相对可锻性。相应可锻性是基于各种合金在各自锻造温度范围内每消耗单位能量所得到的变形量，同时还考虑了合金在锻造工艺条件下达到规定的急剧变形程度的困难性以及断裂倾向性。可锻性对锻件成形和锻件质量有重要影响，了解和研究各种金属材料的可锻性，对于正确制定锻造工艺和确定锻造设备吨位具有重要意义。1.杂质及合金元素对钢的塑性影响 钢的高温塑性除与冶金质量和锻造热参数等因素有关外，主要取决于它的化学成分。 硫在固溶体中的溶解度极小，在钢中常以FeS的形式存在，FeS与Fe形成低熔点(约985℃)共晶体，分布于晶界，当钢在800～1200℃进行锻造时，会因晶界发生熔化而开裂，呈热脆性，因而限制钢中的硫含量在0.03%以下。 磷可溶于铁素体，使钢的强度、硬度提高，但使其塑性、韧性显著下降，尤其在低温时要为严重，即使钢呈现冷脆性。 氮可溶于铁素体，当钢快冷后在200～250℃加热时，会有氮化物析出，
使钢的硬度、强度上升，塑性、韧性大为下降，即使钢呈现蓝脆性(时效脆性)。 氧在钢中形成的氧化物夹杂如MnO,SiO2,Al2O3等，它们的熔点高，硬而脆，其数量、大小及分布情况对钢的塑性有一定影响。而FeO与FeS可形成低熔点(约930℃)共晶体，加剧钢的热脆性。 氢含量高的钢锻造时易产生龟裂，并在冷却过程中易形成白点等缺陷。 碳在锻造温度范围内，若能全部溶入奥氏体，则对钢的塑性影响不大。只有当钢的含碳量较高时，由于较多渗碳体甚至莱氏体从固溶体中析出，钢的塑性才大为下降。 锰在钢中可优先形成MnS(熔点为1620℃)，从而减小钢的热脆性。当锰含量大于0.8%时，作为合金元素，促进晶粒长大，使钢容易产生过热。 镍在冶炼过程中可提高钢的吸气能力，尤其是吸收氢的能力，促进钢中形成气泡或产生裂纹。镍与钢中的硫易结合形成低熔点共晶体(Ni3S2—Ni)，熔点约为640℃，分布于晶界上，在锻造时引起热脆性。 铬是铁素体形成元素，铁素体型的高铬钢晶粒长大倾向大，容易产生过
1.4 Inconel 718 化学成分 该合金的化学成分分为 3 类：标准成分、优质成分、高纯成分， 材料论文】 Inconel 718 镍基高温合金分析与研究 -午虎特种合金技术部 Inconel 718 概述 Inconel 718 合金是以体心四方的 γ " 和面心立方的 γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在 -253 ～ 700 ℃温度范围内具有良好的综合性能 ,650 ℃以下的屈服强度居变形高温合金的首 位, 并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能 ,以及良好的加工性能、焊接性能和 长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温 度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及 组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程， 就能 获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。 供应的品种有锻件、 锻棒、轧棒、 冷轧棒、 圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构 件、机匣等零部件在航空上长期使用。 相近牌号 Inconel 718（ 美国 ）,NC19FeNb （ 法 国） 材料的技术标准 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 HB 6702-1993 《WZ8 系列用 Inconel 718 合金棒材》 GJB 3165 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》 GJB 1952 《航空用高温合金冷轧薄板规范》 GJB 1953 《 航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》 GJB 2612 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3317 《 航空用高温合金热轧板材规范》 GJB 2297 《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》 GJB 3020 《航空用高温合金环坯规范》 GJB 3167 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》 GJB 3318 《航空用高温合金冷轧带材规范》 GJB 2611 《 航空用高温合金冷拉棒材规范》 YB/T5247 《焊接用高温合金冷拉丝》 YB/T5249 《冷镦用高温合金冷拉丝》 YB/T5245 《普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材》 GB/T14993 《 转动部件用高温合金热轧棒材》 GB/T14994 《高温合金冷拉棒材》 GB/T14995 《高温合金热轧板》 GB/T14996 《高温合金冷轧薄板》 GB/T14997 《高温合金锻制圆饼》 GB/T14998 《高温合金坯件毛坏》 GB/T14992 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》 HB 5199《 航空用高温合金冷轧薄板》 HB 5198 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 5189 《航空叶片用变形高温合金棒材》 HB 6072 《WZ8 系列用 Inconel 718 合金棒材》 见表 1-1 。优质成分的在标准成分的基础上降碳增 铌，从而减少碳化铌的数量，减少疲劳源 和增 1.1 Inconel 718 材料牌号 Inconel 718 1.2 Inconel 718 1.3 Inconel 718 GJB 2612-1996
镍基高温合金 飞行器工程学院110622班 11062228 袁同豪 摘要：定义了高温镍合金，诉说了其发展过程、成份和性能和生产工艺，以及阐述了镍基高温合金的研究、制造与应用 关键字：镍基高温合金抗氧化塑性组织稳定性固溶 镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在700℃以下具有满意的热强性和高的塑性。合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、溶焊或钎焊连接，可供应冷轧薄板、热轧厚板、带材、丝材、棒材、圆饼、环坯、环形锻件等，适宜制作在1100℃以下承受低载荷的抗氧化零件。 镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Ni-20Cr-0.4Ti；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基高温合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。 镍基高温合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。固溶强化型合金：具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大的部件，如燃气轮机的燃烧室；沉淀强化型合金：通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐
镍基高温合金 浏览： 文章来源：中国刀具信息网 添加人：阿刀 添加时间：2007-06-28 以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗 氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。 发展过程 镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60 年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内， 镍基高温合金的发展趋势
镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。镍基高温合 金的发展趋势见图1。 成分和性能 镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的 A 3B 型金属间化合物 '[Ni 3(Al ，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中 Cr
1.1 高温合金 1.1.1 高温合金及其发展概况 高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能在600℃以上温度，一定应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。具有较高的高温强度、塑性，良好的抗氧化、抗热腐蚀性能，良好的热疲劳性能，断裂韧性，良好的组织稳定性和使用可靠性。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性，基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度很高，故在英美称之为超合金（Superalloy）。 高温合金于20世纪40年代问世，最初就是为满足喷气发动机对材料的耐高温和高强度要求而研制的，高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关，1939年英国Mond镍公司首先研究出Nimonic75，随后又研究出Nimonic80合金，并在1942年成功用作涡轮气发动机的叶片材料，此后该公司又在合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素，相继开发成功Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。如今先进航空发动机中高温合金用量已超过50%。此外，在航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域得到广泛的应用。高温合金在满足不同使用条件中得到发展，形成各种系列的合金，除传统的高温合金外，还开发出一批高温耐磨、高温耐蚀的合金。 高温合金是航空发动机、火箭发动机、燃气轮机等高温热端部件的不可代替的材料，由于其用途的重要性，对材料的质量控制与检测非常严格。高温合金的基本用途仍旧是飞行器的燃气轮发动机的高温部分，它要占先进的发动机重量的50％以上。然而，这些材料在高温下极好的性能已使其用途远远超出了这一行业。除了航空部件之外，规定将这些合金用于舰船、工业、陆地发电站以及汽车用途的涡轮发动机上。具体的发动机部件包括涡轮盘、叶片、压缩机轮、轴、燃烧室、后燃烧部件以及发动机螺栓。除了燃气发动机行业之外，高温合金还被选择用于火箭发动机、宇宙、石油化工、能源生产、内燃烧发动机、金属成形(热加工工模具)、热处理设备、核电反应堆和煤转换装置。
镍基高温合金的特点、制备及应用 高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料。并具有较高的高温强度，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。那么，以镍为基体(含量一般大于50%)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金称之为镍基高温合金（以下简称“镍基合金”）。 镍基高温合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基高温合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基高温合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基高温合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。 镍基高温合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物g[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。镍基合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
钴基合金和镍基合金的对比 一、热稳定性 钴基高温合金被选择为航空材料的重要原因之一是其具有优良的热稳定性。钴基高温合金与镍基高温合金相比，具有更好的热稳定性。下面为一组典型的钴基高温合金与镍基高温合金在热稳定性能上的对比数据： 由数据可见，钴基合金具有更高的熔点和热导率，加热后热膨胀量较小。在热稳定性上具有优势。 二、强度 在常温下，GH605（钴基合金）与GH4169（镍基合金）力学性能见下表： 由此可见，在常温下GH605强度略低，但延伸率较大。GH4169的高强度带来了巨大的脆性，在有冲击的位置需谨慎使用。 在高温下，两种材料强度如下：
从高温强度来看650℃时，GH4169强度较高，但脆性也大，在有冲击的场合下使用容易发生断裂。当温度上升到900℃（某些发动机的工作温度）时，镍基高温合金已无法使用，而钴基高温合金仍然具有一定的强度。 三、刚度 所谓刚度即为材料抵抗变形的能力。通过一组数据来反映钴基高温合金与镍基高温合金的刚度上的差异。 从表格数据可看，镍基合金在各个温度区间刚度都低于钴基合金，且温度高于700℃，镍基合金已无法使用。 四、钴基高温合金具有良好的抗氧化性 钴基高温合金拥有非常好的抗高温氧化能力，下表为GH605棒料（棒料直径为6.35~12.7mm）在高温下的抗氧化性能指标。 可见钴基高温合金抵抗高温氧化的能力卓越，可以在1000℃左右的环境中连续使用。 五、钴基高温合金具有优良的耐腐蚀能力 GH605合金与GH3536等几种合金板材，在燃气速度为4m/s，燃烧空气中含5-6或5-5海盐、NO.2号燃油（含0.3%~0.45%硫），空气-油比例为30:1，试验中试样旋转，每隔1h试样从900℃用冷空气吹冷至260℃以下，如此在燃烧装置
国内外镍基高温合金 镍基高温合金 1、中国牌号：固溶强化型镍基高温合金 GH3007（GH5K）；GH3030（GH30）；GH3039（GH39）；GH3044（GH44）；GH3128（GH128）；GH3170（GH170）；GH3536（GH536）；GH3600（GH600）；GH3625（GH625）；GH3652（GH652）； 2、中国牌号：时效强化型镍基高温合金 GH4033（GH33）；GH4037（GH37）；GH4049（GH49）；GH4080A（GH80A）；GH4090（GH90）；GH4093（GH93）；GH4098（GH98）；GH4099（GH99）；GH4105（GH105）；GH4133（GH33A）；GH4133B；GH4141（GH141）；GH4145（GH145）；GH4163（GH163）；GH4169（GH169）；GH4199（GH199）；GH4202（GH202）；GH4220（GH220）；GH4413（GH413）；GH4500（GH500）；GH4586（GH586）；GH4648（GH648）；GH4698（GH698）；GH4708（GH708）；GH4710（GH710）； GH4738（GH738；GH684）；GH4742（GH742）； 3、美国牌号：固溶强化型镍基高温合金 Haynes 214;Haynes 230;Inconel 600; Inconel 601; Inconel 602CA; Inconel 617; Inconel 625;RA333;Hastelloy B; Hastelloy N; Hastelloy S; Hastelloy W; Hastelloy X; Hastelloy C-276; Haynes HR-120; Haynes HR-160;Nimonic 75; Nimonic 86; 4、美国牌号：沉淀硬化型镍基高温合金 Astroloy;Custom Age 625PLUS; Haynes 242; Haynes 263; Haynes R-41; Inconel 100;
铁镍基高温合金的焊接性及焊接工艺 一、焊接性 对于固熔强化的高温合金，主要问题是焊缝结晶裂纹和过热区的晶粒长大，焊接接头的“等强度”等。对于沉淀强化的高温合金，除了焊缝的结晶裂纹外，还有液化裂纹和再热裂纹；焊接接头的“等强度”问题也很突出，焊缝和热影响区的强度、塑性往往达不到母材金属的水平。 1、焊缝的热裂纹 铁镍基合金都具有较大的焊接热裂纹倾向，特别是沉淀强化的合金，溶解度有限的元素Ni和Fe，易在晶界处形成低熔点物质，如Ni—Si，Fe—Nb，Ni—B等；同时对某些杂质非常敏感，如：S、P、Pb、Bi、Sn、Ca等；这些高温合金易形成方向性强的单项奥氏体柱状晶，促使杂质偏析；这些高温合金的线膨胀系数很大，易形成较大的焊接应力。 实践证明，沉淀强化的合金比固熔强化合金具有更大的热裂倾向。 影响焊缝产生热裂纹的因素有： ①合金系统特性的影响。 凝固温度区间越大，且固相线低的合金，结晶裂纹倾向越大。如：N—155（30Cr17Ni15Co12Mo3Nb），而S—590（40Cr20Ni20Co20Mo4W4Nb4）裂纹倾向就较小。 ②焊缝中合金元素的影响。 采用不同的焊材，焊缝的热裂倾向有很大的差别。如铁基合金Cr15Ni40W5Mo2Al2Ti3在TIG焊时，选用与母材合金同质的焊丝，即焊缝含有γ／形成元素，结果焊缝产生结晶裂纹；而选用固熔强化型HGH113，Ni—Cr—Mo系焊丝，含有较多的Mo，Mo在高Ni合金中具有很高的溶解度，不会形成易熔物质，故也不会引起热裂纹。含Mo量越高，焊缝的热裂倾向越小；同时Mo还能提高固熔体的扩散激活能，而阻止形成正亚晶界裂纹（多元化裂纹）。 B、Si、Mn含量降低，Ni、Ti成分增加，裂纹减少。 ③变质剂的影响。 用变质剂细化焊缝一次结晶组织，能明显减少热裂倾向。 ④杂质元素的影响。 有害杂质元素，S、P、B等，常常是焊缝产生热裂纹的原因。 ⑤焊接工艺的影响。 焊接接头具有较大的拘束应力，促使焊缝热裂倾向大。采用脉冲氩弧焊或适当减少焊缝电流，以减少熔池的过热，对于提高焊缝的抗热裂性是有益的。 2、热影响区的液化裂纹 低熔点共晶物形成的晶间液膜引起液化裂纹。 A—286的晶界处有Ti、Si、Ni、Mo等元素的偏析，形成低熔点共晶物。 液膜还可以在碳化物相（MC或M6C）的周围形成，如Inconel718,铸造镍基合金B—1900和Inconel713C。 高温合金的晶粒粗细，对裂纹的产生也有很大的影响。焊接时常常在粗晶部位产生液化裂纹。因此，在焊接工艺上，应尽可能采用小焊接线能量，来避免热影响区晶粒的粗化。 对焊接热影响区液化裂纹的控制，关键在于合金本身的材质，去除合金中的杂质，则有利于防止液化裂纹。 3、再热裂纹 γ／形成元素Al、Ti的含量越高，再热裂纹倾向越大。 对于γ／强化合金消除应力退火，加热必须是快速而且均匀，加热曲线要避开等温时效的温度、时间曲线的影响区。 对于固熔态或退火态的母材合金进行焊接时，有利于减少再热裂纹的产生。 焊接工艺上应尽可能选用小焊接线能量，小焊道的多层焊，合理设计接头，以降低焊接结构的拘束度。
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国内外镍基高温合金 镍基高温合金 1、中国牌号：固溶强化型镍基高温合金 GH3007（GH5K）；GH3030（GH30）；GH3039（GH39）；GH3044（GH44）；GH3128 （GH128）； GH3170（GH170）；GH3536（GH536）；GH3600（GH600）；GH3625（GH625）；GH3652（GH652）； 2、中国牌号：时效强化型镍基高温合金 GH4033（GH33）；GH4037（GH37）；GH4049（GH49）；GH4080A（GH80A）；GH4090（GH90）； GH4093（GH93）；GH4098（GH98）；GH4099（GH99）；GH4105（GH105）；GH4133 （GH33A）； GH4133B；GH4141（GH141）；GH4145（GH145）；GH4163（GH163）；GH4169 （GH169）； GH4199（GH199）；GH4202（GH202）；GH4220（GH220）；GH4413（GH413）；GH4500（GH500）； GH4586（GH586）；GH4648（GH648）；GH4698（GH698）；GH4708（GH708）；GH4710（GH710）； GH4738（GH738；GH684）；GH4742（GH742）； 3、美国牌号：固溶强化型镍基高温合金 Haynes 214;Haynes 230;Inconel 600; Inconel 601; Inconel 602CA; Inconel 617; Inconel 625;RA333;Hastelloy B; Hastelloy N; Hastelloy S; Hastelloy W; Hastelloy X; Hastelloy C-276; Haynes HR-120; Haynes HR-160;Nimonic 75; Nimonic 86; 4、美国牌号：沉淀硬化型镍基高温合金 Astroloy;Custom Age 625PLUS; Haynes 242; Haynes 263; Haynes R-41; Inconel 100; Inconel 102;Incoloy 901; Inconel 702; Inconel 706; Inconel 718; Inconel 721; Inconel 722; Inconel 725; Inconel 751; Inconel X-750;M-252;Nimonic 80A; Nimonic 90; Nimonic 95; Nimonic 100; Nimonic 105; Nimonic 115;C-263;Pyromet 860; Pyromet 31;Refractaloy 26;Rene, 41; Rene, 95; Rene, 100;Udimet 500; Udimet 520; Udimet 630; Udimet 700; Udimet 710;Unitemp af2-1DA;Waspaloy; Hastelloy C276、Monel 400等耐蚀合金 产地:北京 型号:C276,B2,Monel 400,Ni,600
镍基高温合金材料研究进展 姓名：李义锋1 镍基高温合金材料概述 高温合金是指以铁、镍、钴为基，在高温环境下服役，并能承受严酷的机械应力及具有良好表面稳定性的一类合金[1]。高温合金一般具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化性和抗热腐蚀性、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用的可靠性[2]。因此，高温合金既是航空、航天发动机高温部件的关键材料，又是舰船、能源、石油化工等工业领域不可缺少的重要材料，已成为衡量一个国家材料发展水平的重要标志之一。 在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特殊重要的地位。与铁基和钴基高温合金相比，镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性，广泛应用于制作航空喷气发动机和工业燃气轮机的热端部件。现代燃气涡轮发动机有50%以上质量的材料采用高温合金，其中镍基高温合金的用量在发动机材料中约占40%。镍基合金在中、高温度下具有优异综合性能，适合长时间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最广泛的、在所有超合金中许多冶金工作者最感兴趣的合金。镍基高温合金主要用于航空航天领域950-1050℃下工作的结构部件，如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。因此，研究镍基高温合金对于我国航天航空事业的发展具有重要意义。 镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50 )、在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金[2]。它是在Cr20Ni80合金基础上发展起来的，为了满足1000℃左右高温热强性(高温强度、蠕变抗力、高温疲劳强度)和气体介质中的抗氧化、抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，以保证其优越的高温性能。除具有固溶强化作用，高温合金更依靠Al、Ti等与Ni形成金属问化合物γ′相(Ni3A1或Ni3Ti等)的析出强化和部分细小稳定MC、M23C6碳化物的晶内弥散强化以及B、Zr、Re等对晶界起净化、强化作用。添加Cr的目的是进一步提高高温合金抗氧化、抗高温腐蚀性能。镍基高温合金具有良好的综合性能，目前已被广泛地用于航空航天、汽车、通讯和电子工业部门。随着对镍基合金潜在性能的发掘，研究人员对其使用性能提出了更高的要求，国内外学者已开拓了针对镍基合金的新加工工艺如等温锻造、挤压变形、包套变形等。
国内外镍基高温合金Last revision on 21 December 2020
国内外镍基高温合金 镍基高温合金 1、中国牌号：固溶强化型镍基高温合金 GH3007（GH5K）；GH3030（GH30）；GH3039（GH39）；GH3044（GH44）；GH3128 （GH128）； GH3170（GH170）；GH3536（GH536）；GH3600（GH600）；GH3625（GH625）；GH3652（GH652）； 2、中国牌号：时效强化型镍基高温合金 GH4033（GH33）；GH4037（GH37）；GH4049（GH49）；GH4080A（GH80A）；GH4090（GH90）； GH4093（GH93）；GH4098（GH98）；GH4099（GH99）；GH4105（GH105）；GH4133 （GH33A）； GH4133B；GH4141（GH141）；GH4145（GH145）；GH4163（GH163）；GH4169 （GH169）； GH4199（GH199）；GH4202（GH202）；GH4220（GH220）；GH4413（GH413）；GH4500（GH500）； GH4586（GH586）；GH4648（GH648）；GH4698（GH698）；GH4708（GH708）；GH4710（GH710）； GH4738（GH738；GH684）；GH4742（GH742）； 3、美国牌号：固溶强化型镍基高温合金 Haynes 214;Haynes 230;Inconel 600; Inconel 601; Inconel 602CA; Inconel 617; Inconel 625;RA333;Hastelloy B; Hastelloy N; Hastelloy S; Hastelloy W; Hastelloy X; Hastelloy C-276; Haynes HR-120; Haynes HR-160;Nimonic 75; Nimonic 86; 4、美国牌号：沉淀硬化型镍基高温合金 Astroloy;Custom Age 625PLUS; Haynes 242; Haynes 263; Haynes R-41; Inconel 100; Inconel 102;Incoloy 901; Inconel 702; Inconel 706; Inconel 718; Inconel 721; Inconel 722; Inconel 725; Inconel 751; Inconel X-750;M-252;Nimonic 80A; Nimonic 90; Nimonic 95; Nimonic 100; Nimonic 105; Nimonic 115;C-263;Pyromet 860; Pyromet 31;Refractaloy 26;Rene, 41; Rene, 95; Rene, 100;Udimet 500; Udimet 520; Udimet 630; Udimet 700; Udimet 710;Unitemp af2-1DA;Waspaloy; Hastelloy C276、Monel 400等耐蚀合金 产地:北京 型号:C276,B2,Monel 400,Ni,600
镍基高温合金(如In718、Waspaloy等)具有热稳定性好、高温强度和硬度高、耐腐蚀、抗磨损等特点，是典型的难加工材料，常用于制作涡轮盘等发动机关键部件。由于涡轮盘是航空发动机的关键部件之一，在应力、温度和恶劣的工作环境条件下容易产生疲劳失效，因此涡轮盘材料及制造技术是研制高性能航空发动机的关键。由于涡轮盘上的异形孔由若干圆弧和直线组成，形状复杂，加工时要求各组成段位置准确、过渡圆滑而不产生加工转折痕迹，表面粗糙度符合工艺要求，因此该高温合金异形孔的加工是涡轮盘加工的难点。目前，航空发动机制造商均采用电火花加工方法加工镍铬耐热合金异形孔，但是电火花加工过程中产生的热影响层难以用普通的磨削、研磨方法去除，往往需要用磨料射流等特殊工艺去除该变质层，加工效率低，生产成本高。因此，对高效低成本的镍基高温合金异形孔加工方法的研究越来越受到人们的高度重视。 本文通过钻削、铣削与磨削工艺的不同组合、选用新型涂层刀具及适当的加工参数加工镍基高温合金异形孔的工艺试验，讨论了用铣削和磨削加工方法代替电火花方法加工镍基高温合金异形孔的可行性。 2 工艺试验与分析 1.试验条件 切削试验在加工中心上进行，被加工异形孔的形状和尺寸见图1：异形孔的截面由6段圆弧和2段直线组成，孔深10mm。试验中分别采用以下工艺：①钻削?6mm圆孔→铣削异形孔；②钻削?6mm圆孔→磨削异形孔；③钻削?6mm圆孔→铣削异形孔→磨削异形孔。三种不同工艺过程的加工条件、工艺参数见表1。
铣 削 ↓ 磨 削 长25mm，铣刀总长100mm，柄部 直径?6mm，直柄 磨削 直径?4mm、长6mm的圆柱形氧 化铝砂轮(铬刚玉)，等级RA120， 柄部直径?3mm 1883330.05 工件材料：In718镍基高温合金 冷却液：浓度为9%的乳化液，压力30Bar 图1 异形孔的截面形状与尺寸 图2 采用不同工艺获得的异形孔表面粗糙度 1.分别采用工具显微镜和图像采集系统测量铣刀和砂轮的磨损，记录磨损形貌。用Taylor-HobsonSurtronic 3p型表面 粗糙度仪沿异形孔的轴线方向测量孔的表面粗糙度Ra。 2.结果与分析 a.对三种加工工艺过程获得的异形孔表面粗糙度进行对比，结果如图2所示：在三种工艺过程中，采用钻削 →铣削→磨削(钻削加工?6mm圆孔→低用量铣削加工异形孔→磨削异形孔)工艺所获得的异形孔的表面粗糙度最 小，而钻削→磨削(钻削加工?6mm圆孔→磨削异形孔)工艺所获得的异形孔表面粗糙度最大。试验证明：在该试验条件下采用铣削加工也能获得满足表面粗糙度要求的异形孔；钻孔后磨削加工比钻孔后铣削加工所获得的异形孔表面粗糙度精度低；铣削后再进行磨削加工可在一定程度上提高异形孔加工的表面粗糙度精度，但会增加成本，降低效率。 b.不同加工条件下的铣刀磨损和破损情况：在钻削→铣削过程中，铣削1个孔后，两把铣刀的转角处均产生 了严重的沟槽磨损和破损。采用低切削用量铣削异形孔时(v=52m/min，f=333mm/min)，铣刀产生比较明显的破损(见图3a)；而用高切削用量铣削异形孔时(v=104m/min，f=666mm/min)，铣刀的沟槽磨损更为显著(见图3b)。