国内镍基高温合金的焊接研究现状

Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析张建晓1,2， 管志忱1， 黄健康1， 杨志海3， 樊丁1(1. 兰州理工大学，省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，兰州，730050； 2. 兰州兰石重型装备股份有限公司，兰州，730314； 3. 兰州长征机械有限公司，兰州，730299)摘要： 采用电子束焊，对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊试验. 通过对焊接接头的组织观察，并结合拉伸力学性能以及接头的冲击韧性等试验，分析镍基高温合金电子束焊接头的组织和力学性能. 结果表明, 采用电子束焊焊接镍基高温合金可以得到良好的焊接接头，焊缝区组织由大片等轴晶和少量柱状晶组成；焊缝区没有出现明显的元素烧损现象；焊缝、热影响区硬度达到母材硬度值；焊缝接头抗拉强度达到600 MPa ，接近母材抗拉强度，接头断裂形式为韧性断裂；焊缝和热影响区的冲击吸收能量高于母材区，其中焊缝区的冲击吸收能量达到了262 J ，冲击断口形貌为韧窝状.关键词： 电子束焊；镍基高温合金；微观组织；力学性能中图分类号：TG 456.3 文献标识码：A doi ：10.12073/j .hjxb .202007020010 序言Incoloy 825以Ni-Fe-Cr 为基体，由于其较高的力学性能，较好的高温耐腐蚀性能以及在高温服役条件下的性能稳定性[1-3]，被广泛应用于石油化工、涡轮发动机、核能以及航空航天等领域[4]. 因其通常服役于高温高压的疲劳条件下，因此对其材料焊接提出了更高的要求，特别是对腐蚀条件下的高温、高压镍基合金大厚板的焊接提出了挑战性高的工程需求，近几年来学者们一直致力于该材料的稳定及可靠的焊接工艺的探索.电子束焊接是以高能量密度的电子束轰击焊接接头处的金属使其快速熔化，以达到焊接目的[5].相比传统焊接方法(SMAW ，SAW ，GTAW 等)，电子束焊在提高产品焊接质量及效率，降低焊接污染及排放等方面有显著优势，并且电子束具有熔深大、熔宽小、热效率高等特点[6]，因而工件的变形极小，焊缝热影响区很窄[7-8]. 电子束焊不仅能焊接各种高难熔金属及合金材料，减小焊接过程误差，而且可以精确地确定焊缝的位置，特别是对厚板的焊接，与其它焊接方式比较，大大提升了精确率[9]. 众多学者对电子束焊厚板焊接进行了研究. 王喆等人[10]对40 mm 厚316L 不锈钢进行电子束焊接试验，得到单面焊双面成形的平行焊缝，焊缝力学性能优良. Vivek 等人[11]对lnconel 718电子束焊进行研究，分析了不同热输入对焊缝的影响. 近年来，空冷器作为炼油、化工、电力等行业不可或缺的设备，需求量呈上升趋势[12]. 在制造空冷器过程中，工作量大部分集中在空冷管箱的焊接，在国外空冷器制造行业真空电子束焊已有成熟的经验和大量的应用，而国内的空冷器制造行业采用真空电子束焊接目前处于空白.采用电子束焊对空冷器管箱Incoloy 825镍基高温合金进行对接焊，利用SEM 、夏比冲击试验、拉伸等手段，探究镍基高温合金电子束焊的显微组织和力学性能，为镍基高温合金空冷器的电子束焊应用提供试验基础.1 试验方法试验采用THDW-30电子束焊机进行电子束焊. 该系统是由真空系统和直热式电子枪组成. 为了达到试验所需的真空环境，电子束系统被安置在收稿日期：2020 − 07 − 02基金项目：国家自然科学基金资助项目(51775256)第 41 卷 第 10 期2020 年 10 月焊 接 学 报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTIONVol .41(10):32 − 37October 2020真空室中，真空室由聚焦线圈、偏转线圈、电源及焊接小车等部件组成. 其中，焊接加速电压为85 kV，电子束流为165 mA，电子枪室压力为5 × 10−2 Pa，焊接速度为400 mm/min，聚焦电流为表面聚焦. 试验中采用两块尺寸为120 mm × 150 mm × 32 mm 的Incoloy 825镍基高温合金作为试验材料进行对接焊，并在两块基材下面加垫板，以保证全焊透. 焊接前采用钨极氩弧焊对焊件、垫板进行点焊固定，确保试样边界之间的间隙小于0.15 mm. 固定后对试样进行机械打磨和丙酮清洗，防止焊缝产生缺陷和降低力学性能. Incoloy 825镍基高温合金的化学成分见表1.表 1 Incoloy 825镍基高温合金化学成分表(质量分数，%)Table 1 Chemical composition of commercial Incoloy 825Ni Cr Fe Mo Cu Ti Mn Si S C38 ~ 4619.5 ~ 22.5≥ 222.5 ~ 3.51.5 ~ 30.6 ~ 1.2≤ 1≤ .5≤ 0.03≤ 0.052 结果与分析2.1 焊缝微观组织分析为研究电子束焊对焊接接头组织及性能的影响，对试样进行金相组织分析. 经过打磨抛光和腐蚀完成金相试样的制备. 所选用的腐蚀液为浓盐酸和浓硝酸按体积比为3∶1配成的王水，接头横截面宏观形貌如图1所示，焊缝形貌整体呈现“钉字形”，并且从图中可以看出，焊接接头截面无可见杂质、气孔、裂纹等缺陷存在，实现了很好的冶金接合. 图中A, B, C位置的熔深熔宽比分别为33∶4, 33∶3, 33∶2，没有明显的变形.ABC图 1 接头横截面宏观形貌Fig. 1 Section morphology of welded joint cross section采用光学金相显微镜对接头截面的母材区、焊缝区和热影响区的显微组织特征进行分析. 图2为不同位置的显微组织，从图2a中可以看出基材由奥氏体组成. 图2b为焊缝与母材交界区域，母材由于受到热影响，奥氏体晶粒变大. 在焊缝一侧靠近母材区域主要由柱状晶组成，这是由于结晶过程刚刚开始时温度梯度较大，导致成分过冷区较小，难以在液相中发生均匀形核，因此在母材的晶体表面发生非均匀形核而形成联生结晶现象，枝晶沿着温度梯度最大的焊缝方向生长，从而生成柱状晶. 而由于电子束焊焊缝宽度小，冷却速度快，成分过冷迅速增大，溶质原子很快在焊缝中心处的液相中形成新的晶核，并沿着各个方向均匀生长，同时也阻碍了柱状晶的生长形成大片等轴晶区域. 图2c中由于焊缝下层较窄，出现等轴晶柱状晶共存的区域，而图2d焊缝较宽，焊缝中心成分过冷区域大量形核出现了大片的晶粒细小的等轴晶区. 细小的等轴晶组织能改善焊缝的力学性能，从而达到母材的性能要求.对焊缝的不同位置进行元素线扫描，图3为不同区域线扫描，左侧为焊缝区，右侧为热影响区，由图可知，试验所测得熔合线两侧的元素含量没有发生明显的变化，都呈现出比较平均的状态，说明电子束焊所得到的焊缝元素分布均匀，从而保证了焊缝区域较好的力学性能.2.2 焊接接头的力学性能图4所示为不同区域显微硬度分布，通过对沿焊缝和垂直于焊缝的上、中、下层硬度对比可以看出，硬度在试样上呈均匀分布，焊缝中心的细小等轴晶区域内，硬度跟母材保持接近，热影响区由于范围窄，没有明显的划分区域，因此硬度也与母材相差不大，所测量的3个位置硬度值都在180 ~ 230 HV之间. 沿焊缝高度可以看出，随着距焊缝上表面越远，硬度下降的趋势越明显，这是由于靠近第 10 期张建晓，等：Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析33上表面的位置有大量等轴晶聚集，而焊缝越深，熔宽越小，金相组织中出现较多的柱状晶，但总体硬度仍然保持在190 HV 以上，因此电子束焊接200 μm200 μm200 μm奥氏体奥氏体(a) 母材柱状晶柱状晶等轴晶等轴晶等轴晶(b) 熔合线(c) 焊缝中部200 μm(d) 焊缝上部图 2 接头截面微观组织Fig. 2 Microstructure of joint. (a) base metal; (b) fusionline; (c) middle part of the joint; (d) upper part of the joint扫描位置扫描路径焊缝母材Ni Fe Cr Ti Mn Mo Cu Al50 μm(a) 焊缝上部扫描位置50 μmNi Fe Cr Ti Mn Mo Cu Al扫描路径焊缝母材(b) 焊缝下部图 3 不同焊缝区域线扫描图Fig. 3 Line scanning of microstructure in different weld-ing areas. (a) upper part of the joint; (b) bottom part of the joint路径 A 路径 B 路径 CA B C−6−5−4−3−2−10123456BMHAZ 距焊缝中心距离 L /mm (a) 垂直于焊缝方向230220210200190180036912151821242730距焊缝上表面距离 H /mm图 4 接头的硬度分布Fig. 4 Micro-hardness distribution in joints. (a) alongtransvers direction of joint; (b) along the joint34焊 接 学 报第 41 卷Incoloy 825镍基合金后得到的焊缝显微硬度达到母材硬度性能要求.对Incoloy 825镍基高温合金母材试样和焊接试样进行了拉伸性能分析，图5为焊件试样拉伸曲线，从曲线中可以看出试样抗拉强度达到600 MPa ，而母材的抗拉强度在613 MPa 左右，因此所得到的焊缝抗拉强度基本达到母材强度. 从曲线中可以看出断裂方式为韧性断裂，应变达到17%，说明焊缝具有较好的塑性. 图6为拉伸试件宏观断裂形貌，断口呈现明显的颈缩. 图7为焊缝拉伸断口形貌，焊件试样断裂在焊缝区，从图7中可以看到明显的韧窝，断裂方式为典型的韧性断裂. 韧窝的形状和大小不同，形状多表现为圆形和椭圆形，大小交错分布，主要呈现为一个大韧窝周围分布多个小韧窝的形貌，同时在韧窝中出现较多的第二相颗粒. 这些小颗粒与基体结合良好，在拉伸过程中延缓了微裂纹的产生，增加焊缝的抗拉强度和断后伸长率；并且材料在拉伸过程中，会产生较大的变形，在该过程中，伴随着位错的产生与运动，这些第二相小颗粒的存在，对位错的运动起到了一定的阻碍作用，对焊缝强度的提高起到了促进作用.图 5 拉伸曲线Fig. 5 Stress-strain curve of joint图 6 拉伸件宏观断裂形貌Fig. 6 Macroscopic fracture morphology of tensile parts为了进一步研究焊接接头的力学性能，采用微机控制摆锤冲击试验机，在低温−196 ℃条件下对母材、焊缝区和热影响区试样进行冲击性能试验，分析电子束焊对镍基高温合金的焊缝、热影响区和母材的影响，试样尺寸遵循夏比冲击试验试样标准. 图8中可以看出，焊缝区冲击吸收能量在262 J 左右，热影响区与焊缝接近，在255 J 左右，焊缝区和热影响区的冲击吸收功都达到母材的强度，这是由于焊缝处晶粒多为等轴晶，并且在元素线扫描中，不论是焊缝区还是热影响区，没有出现明显的元素烧损，因此强度和塑性都比较好，表现出的冲击性能与母材接近，达到了与母材等强度的要求.图 8 不同位置冲击吸收能量Fig. 8 Impact work of different areas图9为不同开口位置的冲击断口形貌，不同开口区域所呈现的断口形貌都为韧窝状，焊缝和热影响区的韧窝较小，数量大，而母材的韧窝较大，大韧窝里包含着许多小韧窝，同时可以发现断口中也存在大量的析出相，这些析出相保证了焊缝的力学性能及稳定性.为测试焊缝处承受弯曲应力的能力，对试样进行了弯曲试验，并观察焊缝处是否失效，图10为焊缝处的内外弯曲试验，内弯试样和外弯试样均没有出现开裂，基体均完好，电子束焊焊缝强度基本符合要求.第二相颗粒20 μm图 7 接头拉伸断口形貌Fig. 7 Tensile fracture morphology of joint第 10 期张建晓，等：Incoloy 825镍基高温合金电子束焊工艺及接头组织与力学性能分析353 结论(1) 采用电子束焊方法成功实现了Incoloy 825镍基高温合金的焊接，接头形貌优良，镍基高温合金由奥氏体组成. 靠近母材的焊缝区由大量的柱状晶和少量的等轴晶组成，等轴晶在焊缝中呈均匀分布，柱状晶出现在熔合线附近.(2) 焊缝、热影响区和母材元素含量一致，没有出现明显的元素烧损或偏析的现象；焊缝、热影响区和母材3个区域显微硬度达到200 HV 左右，基本达到母材硬度值.(3) 通过对焊接接头进行力学性能试验，拉伸强度达到600 MPa ，基本达到母材抗拉强度；焊缝处冲击强度可达到262 J ，断口形貌为韧窝状；在弯曲试验结果没有发现开裂等有害因素，焊缝力学性能符合要求.参考文献Singh H, Puri D, Prakash S. 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Science and Technology Horizon, 2020(13): 205 − 207.[12]第一作者简介：张建晓，1971年出生，博士研究生，教授级高级工程师；主要从事压力容器的制造、安装与维修；压力容器特种材料焊接研究及应用；焊接新技术及焊接自动化研究. 发表论文30余篇. Email ：138****9228@ .（编辑： 高忠梅）[上接第31页]Song Chaoqun, Dong Shiyun, He Peng, et al . Correlation of pro-cess parameters and porosity in laser welding of 7A52 aluminum alloy using response surface methodology[J]. Procedia Manufac-turing, 2019, 37: 294 − 298.[9]陈超, 陈芙蓉, 张慧婧. 时效对7A52铝合金激光焊接头组织性能的影响[J]. 焊接学报, 2017, 38(11): 66 − 70.Chen Chao, Chen Furong, Zhang Huijing. Effects of aging on mi-crostructures and properties of laser welded joint of 7A52 alumin-[10]um alloys[J]. Transactions of the China Welding Institution, 2017,38(11): 66 − 70.Peng Genchen, Li Liqun, Wang Jiming, et al . Effect of subatmo-spheric pressures on weld formation and mechanical properties during disk laser welding of 5A06 aluminium alloy[J]. 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The decrease of the tensile strength was caused by the burning loss of Mg, Zn, welding stresses and porosity defects.Key words: 7A52 alloy；laser beam welding；micro-structure；mechanical propertiesMicrostructure and properties analysis of Incoloy 825 nickel base alloy electron beam welding ZHANG Jianxiao1,2， GUAN Zhichen1， HUANG Jiangkang1， YANG Zhihai3， FAN Ding1 (1. State Key Laboratory of Advanced Processing and Recycling of Non-ferrous Metals, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, 730050, China；2. Lan-zhou LS Heavy Equipment Co., LTD., Lanzhou, 730314, China；3. Lanzhou Changzheng Machinery Co., LTD., Lanzhou, 730299, China). pp 32-37Abstract:The butt test of Incoloy 825 nickel base superalloy in air cooler tube box was studied by electron beam welding. The microstructure of electron beam welded joints was analyzed by observing the structure of welded joints, and the mechanical properties of electron beam welded joints were analyzed with tensile properties and impact toughness tests. The results show that good weld joint of lncoloy 825 alloy can be obtained by electron beam welding. The weld zone is composed of large equiaxed grains and a few columnar crystals. There is no obvious element loss in the we4ld area. The hardness of weld and heat affected zone reaches the hardness value of base metal. The tensile strength of the weld joint reaches 600 MPa, which is close to the tensile strength of the base metal, and the fracture form of the joint is ductile fracture. The impact value in the weld and heat affected zone is higher than that of the base metal, in which the impact energy in the weld joint reaches 262 J, and the impact fracture morphology is ductile fracture.Key words: electron beam welding；Incoloy 825；mi-crostructure；mechanical propertyEffect of ultrasonic impact treatment on corrosion behavior of FSW joints of 2A12 aluminum alloy ZHANG Timing1， DENG Yunfa1， CHEN Yuhua1， FANG Yu2， HU Xuebing3 (1. Nanchang Hangkong University, Nanchang, 330063, China；2. Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer, Shanghai, 200245, China；3. Sino-Pipeline International Co., Ltd., Beijing, 100007, China). pp 38-41,78 Abstract:In this work, the corrosion behavior of friction stir welding (FSW) joints of 2A12 aluminum alloy with and without ultrasonic impact treatment (UIT) was investigated by immersion corrosion test and polarization curve test in 3.5% NaCl aqueous solution. The results showed that the average corrosion rate of the joints with UIT was about half of that without UIT. The corrosion potential of the heat affected zone (HAZ) without UIT was −0.629 V (Ag/AgCl), indicating the worst corrosion resistance. And the average corrosion depth of HAZ induced by pitting corrosion and intergranular corrosion was about 125 μm. After UIT, the corrosion potentials of each sub-area of the FSW joints increased, and the corresponding corrosion current density decreased. The maximum depth of corrosion pit did not exceed 40 μm. The whole surface of the joint exhibited a form of uniform corrosion. Ultrasonic impact makes the surface grains of the material finer and denser, and the bond between the strengthening phase and the base metal is tighter, which is the main reason for the improvement of the corrosion resistance of the material. The main reason for the improvement of the corrosion resistance of the joints was that the grains of the material were refined and densified after UIT.Key words: 2A12 aluminum alloy；friction stir weld-ing；ultrasonic impact treatment；corrosion behaviorCharacteristics of TIG overlaying welded joints of aluminum alloy before and after implementing ultrasonic frequency pulse electric signal CHEN Qihao1,2， CUI Shancheng1， LIN Sanbao2， GAO Xiang1， ZHANG Ao1 (1. Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang, 212100, China；2. State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin, 150001, China). pp 42-46Abstract:As a low-cost and high-efficiency welding method, arc overlaying welding has a broad application2020, Vol. 41, No. 10TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION III。

镍基合金产业发展趋势镍基合金产业发展趋势引言镍基合金是一种具有很高熔点、优良耐热、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化等特性的合金材料。

它在航空航天、能源、汽车、化工等领域有广泛的应用。

随着经济全球化和科技进步的推动，镍基合金产业正迎来新的发展机遇。

本文将从国内外产业环境、市场需求、技术创新等多个角度分析镍基合金产业的发展趋势。

一、国内外产业环境1. 国际市场概况镍基合金是国际上主要的高端合金材料之一。

根据数据，2019年全球镍基合金产量超过20万吨。

主要生产国家有美国、德国、中国、法国等。

其中，美国作为全球最大的镍基合金消费国之一，其产量和需求量一直保持在较高水平。

随着科技进步和航空航天业的快速发展，预计未来几年全球镍基合金市场将继续保持增长趋势。

2. 国内市场概况中国是全球最大的镍基合金生产和消费国之一。

近年来，中国镍基合金产量稳步增长，其中以东北地区产量最高。

中国的航空航天、石油化工、电力等行业对镍基合金的需求不断增加。

同时，中国政府加大了对高端装备制造业的支持力度，鼓励国内镍基合金产业创新和发展。

二、市场需求分析1. 航空航天领域航空航天领域是镍基合金应用最为广泛的领域之一。

镍基合金在飞机发动机、航空推进系统、导弹零件等方面有着重要的作用。

随着民航业的发展、航空航天技术的进步和国家军备建设的推动，镍基合金在航空航天领域的需求将持续增加。

2. 化工行业镍基合金在化工行业中主要用于高温环境下的反应容器、催化剂、腐蚀性介质的传递等。

随着中国化工行业的不断发展和升级，对镍基合金的需求将进一步增加。

3. 能源领域能源领域是镍基合金另一个重要的应用领域。

镍基合金在核能、火电、水电等能源开发中有着广泛的应用，主要用于抗氧化、耐热等方面。

随着清洁能源和可再生能源的推广，镍基合金在能源领域的需求也将不断增加。

三、技术创新分析1. 新合金材料的研发在镍基合金产业的发展过程中，新合金材料的开发和应用一直是一个重要的方向。

新材料的研发可以提高镍基合金的强度、热稳定性、抗腐蚀性等性能，满足不同领域的需求。

2024年镍基高温合金市场发展现状引言镍基高温合金是一种具有良好高温强度和抗腐蚀性能的金属材料，广泛应用于航空航天、能源等高技术领域。

随着科技的进步和工业的发展，镍基高温合金市场正处于快速增长的阶段。

本文将对镍基高温合金市场的发展现状进行综述。

1. 需求驱动市场增长镍基高温合金的广泛应用主要是由需求驱动的。

高温环境下，传统金属材料往往无法满足要求，而镍基高温合金正好具备优异的耐高温性能。

航空航天、石化等行业对高性能材料的需求不断增长，这促使了镍基高温合金市场的快速发展。

2. 行业典型应用镍基高温合金在航空航天领域的应用尤为突出。

例如，发动机燃烧室、涡轮盘、涡轮叶片等部件都需要使用镍基高温合金。

此外，石化、能源等行业也广泛采用镍基高温合金制造高温炉、管道和阀门等设备。

3. 主要市场发展地区目前，北美地区是全球镍基高温合金市场的主要发展地区。

美国拥有世界上最大的航空航天产业和能源行业，对镍基高温合金的需求非常大。

此外，欧洲地区的航空航天产业和亚洲地区的石化行业也是镍基高温合金市场的重要推动力。

4. 市场竞争格局目前，全球镍基高温合金市场竞争激烈。

主要的市场参与者包括全球领先的材料制造商和航空航天公司。

这些公司不断进行技术创新，提高产品质量和性能，以在市场竞争中取得优势地位。

5. 市场面临的挑战虽然镍基高温合金市场前景广阔，但仍面临一些挑战。

首先，镍基高温合金的制造过程复杂且成本较高，限制了其大规模应用。

其次，合金材料的研发和应用需要长期的技术积累和经验累积，这对于一些新进入市场的企业来说是一个难题。

6. 市场发展趋势随着航空航天、石化等行业的快速发展，预计镍基高温合金市场将继续保持增长态势。

未来，市场将出现更多创新产品和应用，如用于核能领域的高温合金、用于3D打印的定制化合金等。

结论镍基高温合金市场正在经历快速发展，受到航空航天、能源等行业的需求推动。

北美地区是市场主要发展地区，全球领先企业通过不断创新提高产品竞争力。

K465镍基高温合金的研究共3篇K465镍基高温合金的研究1K465镍基高温合金的研究随着工业化的发展，高温合金已经成为一种非常重要的材料。

高温合金具有高温下的稳定性和耐腐蚀性，在一些高温环境下有着广泛的应用。

K465镍基高温合金是一种应用广泛的高温合金。

K465镍基高温合金是一种有着优秀高温性能的金属材料。

它的主要成分是镍、铬和钼。

在高温下，K465合金具有良好的耐氧化性和耐腐蚀性。

这种合金在高温下还具有高的强度和良好的塑性。

K465合金是一种适用于航空、化工等领域的高性能材料。

K465镍基高温合金的研究是一项重要的课题。

近年来，K465合金的研究已经成为了材料科学领域的研究热点之一。

在国内外的研究者的共同努力下，K465高温合金已经取得了一系列的进展。

在K465镍基高温合金的研究中，研究者首先需要了解合金的组成和结构。

这项工作是研究的基础。

合金的组成和结构可以影响合金的性能和应用范围。

随着先进技术的不断发展，合金组成和结构的分析方法也得到了很大的提升。

现代的分析方法可以从微观和宏观两个方面对材料进行分析。

在K465镍基高温合金的研究中，还需要对合金的物理和化学性质进行研究。

材料的性质直接影响着材料的应用。

通过实验方法，可以对K465合金的物理和化学性质进行深入的了解，为合金的应用和改进提供科学依据。

在K465镍基高温合金的研究中，研究者也需要了解合金在高温环境下的行为。

高温下的合金的性能与室温下的合金不同，因此了解合金在高温环境下的行为对高温合金的应用和改进至关重要。

高温实验平台的建设和实验方法的研究也是这一领域的重要方向。

总的来说，K465镍基高温合金的研究是一项复杂而重要的课题。

在这一领域，需要有跨学科的研究和合作。

随着高温合金研究的不断深入，K465合金的应用范围也将会不断扩大，为科技的进步和工业的发展做出越来越大的贡献综上所述，K465镍基高温合金的研究需要综合运用现代分析方法，深入了解其组成、结构、物理和化学性质以及在高温环境下的行为，从而开发出更优质的合金材料，促进科技和工业的发展。

镍基高温合金材料的研究进展一、本文概述镍基高温合金材料作为一种重要的金属材料，以其出色的高温性能、良好的抗氧化性和优异的力学性能，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛的应用。

随着科技的快速发展，对镍基高温合金材料的性能要求日益提高，其研究进展也备受关注。

本文旨在全面综述镍基高温合金材料的最新研究进展，包括其成分设计、制备工艺、组织结构、性能优化以及应用领域等方面，以期为未来镍基高温合金材料的进一步发展提供理论支持和指导。

本文首先介绍了镍基高温合金材料的基本概念和特性，概述了其在不同领域的应用现状。

随后，重点分析了镍基高温合金材料的成分设计原理，包括合金元素的选取与配比，以及如何通过成分调控优化材料的性能。

在制备工艺方面，本文介绍了近年来出现的新型制备技术，如粉末冶金、定向凝固、热等静压等，并探讨了这些技术对材料性能的影响。

本文还深入探讨了镍基高温合金材料的组织结构特点，包括相组成、晶粒大小、位错结构等，并分析了这些结构因素对材料性能的影响机制。

在性能优化方面，本文总结了通过热处理、表面处理、复合强化等手段提高镍基高温合金材料性能的研究进展。

本文展望了镍基高温合金材料在未来的发展趋势和应用前景，特别是在新一代航空航天发动机、核能发电、高温传感器等领域的应用潜力。

通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和借鉴，推动镍基高温合金材料的进一步发展和应用。

二、镍基高温合金的基础知识镍基高温合金，也称为镍基超合金，是一种在高温环境下具有优异性能的特殊金属材料。

它们主要由镍元素组成，并添加了各种合金元素，如铬、铝、钛、钽、钨、钼等，以优化其热稳定性、强度、抗氧化性、抗蠕变性和耐腐蚀性。

镍基高温合金的这些特性使其在航空航天、能源、石油化工等领域具有广泛的应用。

镍基高温合金之所以能够在高温环境下保持优异的性能，主要得益于其微观结构的特殊性质。

这些合金在固溶处理和时效处理后，会形成一系列复杂的金属间化合物，如γ'、γ''和γ'″等，这些化合物在基体中弥散分布，起到了强化基体的作用。

镍基高温合金的研究和应用王睿【摘要】镍基高温合金是通常以镍铬为合金基体,并根据具体需求加入不同的合金元素,从而形成的单一奥氏体基体组织.由于镍元素在化学稳定性、合金化能力和想稳定性上的优势,镍基高温合金相对于铁基和钴基高温合金具有更优异的高温强度、抗疲劳性能、抗热腐蚀性、组织稳定性等性能.经过几十年发展和完善,我国高温合金领域在合金设计方法、合金种类、冶炼和热处理工艺、工业化管理等方面均取得了较大的进展,而凭借其独特的优势,镍基高温合金已经成为当代航空航天和燃气轮机工业中地位最重要的高温结构材料.本文主要从常见镍基高温合金分类、冶炼工艺和处理方式、强化机理以及合金化等方面,简要介绍了镍基高温合金的主要研究进展和实际应用.%Nickel-base high-temperature alloys are usually made of nickel-chromium alloy and different alloy elements are added according to specific requirements, thus forming a single austenitic matrix. Because of the advantages of chemical stability, alloying ability and relative stability of nickel element, Nickel-base high-temperature alloys has more excellent high temperature strength, fatigue resistance, thermal properties, such as corrosion resistance, stability of the organization. After decades of development and improvement, the high temperature alloys in China have made great progress in the aspects of alloy design methods, alloy types, smelting and heat treatment processes, industrialization management, etc. With their unique advantages, Ni-based superalloys have become themost important high temperature structural materials in the aerospace and gas turbine industries. In this paper, the main research progress andpractical application of nickel-based superalloy are briefly introduced from the aspects of classification, smelting process and treatment, strengthening mechanism and alloying of common Ni-based superalloys.【期刊名称】《化工中间体》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】2页(P50-51)【关键词】镍基高温合金;航空航天【作者】王睿【作者单位】江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校江苏 213000【正文语种】中文【中图分类】T高温合金特指以镍、钴、铁或三者与铬的合金为基体,能够承受苛刻的机械应力和600℃以上高温环境的一类高温结构材料.它一般具有较高的室温和高温强度、良好的抗蠕变性能和疲劳性能、优良的抗氧化性和抗热腐蚀性能、优异的组织稳定性和使用可靠性.上个世纪50年代初,我国通过仿照前苏联,自主研制并生产了出第一款高温合金GH3030,从而拉开了我国对于高温合金研究和应用的序幕.20世纪60年代初,我国投入大量人力和物力研究高温合金等军工领域用材料,许多高温合金的研究和生产中心在此时得以建立,并且引进了大量的科研和检测设备.这一阶段,考虑到我国本身存在quot;缺钴少镍quot;的情况,因此我国在高温合金领域特别是铁基高温合金上取得了前所未有的突破,研究和生产均出具规模,生产了诸如GH4037、K417等多个牌号的高温合金.但是由于基体本身化学和物理性质的原因,铁基高温合金在多方面均远逊色与同成分的镍基高温合金,因此在改革开放后,镍基高温合金逐渐成为我国高温合金研究和生产的主体,通过全面紧扣镍原矿,引进欧美技术,我国在粉末镍基高温合金,单晶镍基高温合金和定向凝固柱晶高温合金等尖端领域均取得了重大突破,先后推出了FGH 系列粉末涡轮盘材料,第一、二代单晶镍基高温合金DD402、DD26等.本文主要从镍基高温合金常见分类、冶炼和制备工艺、强化机理和合金化、实际应用等几个方面来简要介绍了镍基高温合金的研究发展.镍基高温合金具有许多种类,通常按照成型工艺的不同,将其分为铸造高温合金和变形高温合金.铸造高温合金由铸造工艺制备,通常分为等轴晶、定向柱晶和单晶三种.而变形高温合金普遍由粉末工艺制备,分为粉末高温合金和弥散强化型高温合金,通常具有良好的冷热加工性能和力学性能.(1)粉末高温合金利用粉末冶金工艺制造而成的高温合金称为粉末高温合金.传统铸造-锻造工艺制成的高合金化高温合金,存在宏观偏析严重、难于成型、疲劳性低等缺点,因此在工艺生产中并未大规模使用.随着粉末工艺的推广,通过在真空或惰性气体气氛下,以制粉工艺将高合金化难变形高温合金制成细小粉末,再通过不同的成形法制成目标合金.由于晶粒细小、成分均匀、微观偏析轻微,故相对于传统铸造合金,粉末高温合金往往在热加工性能,屈服强度和疲劳强度等力学性能上均得到较大提升.目前我国常用的粉末高温合金主要有FGH系列等,其中80年代研制的FGH95是目前强度最高的粉末高温合金.(2)定向柱晶高温合金通过定向凝固技术,使得合金内的横向晶界被消除,制备出只保留了平行于主应力轴的单一晶界的合金称为定向柱晶高温合金.定向凝固柱晶工艺通过螺旋选晶器或籽晶法,只允许一个柱状晶生长,可制成消除一切晶界的单晶涡轮叶片或导向叶片.定向柱晶高温合金具有优异的高温强度和屈服强度,并且相较于单晶高温合金,工艺更为简单、制作成本和检验成本也更低,因此定向柱晶高温合金被广泛应用于涡轮叶片的制造.(3)单晶高温合金采用定向凝固工艺消除所有晶界的高温合金称为单晶高温合金.单晶高温合金同样采用定向凝固技术,但是在型壳设计上增加了单晶选择通道.由于合金内一切晶界被消除,合金化程度很高,其高温强度、疲劳性能等力学性能相对于等轴晶和定向柱晶高温合金有了大幅度的提高,因此在尖端航空领域,单晶高温合金得到广泛应用,比如美国F35战斗机涡轮叶片所采用的的即使第三代镍基单晶高温合金CMSX-10.但是单晶高温合计由于制造成本相对较高、工艺复杂,因此使用受到局限.不同种类的镍基高温合金采用的制备方式截然不同,定向柱晶高温合金和单晶高温合金均采用定向凝固技术,粉末高温合金采用粉末冶金工艺方法生产,而传统的铸造高温合金采用铸-锻工艺生产.粉末高温合金和单晶高温合金是时下应用最前沿的两类镍基高温合金,因此对于其制备方法的研究是具有直接代表意义的.(1)定向凝固技术制备单晶高温合金和定向柱晶高温合金通常采用定向凝固技术,二者差别在于单晶高温合金往往会增设单晶选择通道.现在常用的定向凝固技术有,高速凝固法(HRS)、液态金属冷却法(LMC)、发热剂法(EP)和功率降低法(PD)等,这其中高速凝固法和液态金属凝固冷却法是目前应用最广的制造工艺.高速凝固法(HRS)通过在加热区底部增设了隔热挡板,并且在水冷底盘添加水冷套,使浇注后型壳与加热器之间发生了相对移动,增大了挡板附近的温度梯度,从而实现细化组织,消除晶界各异性的目的.液态金属冷却法(LMC)则是通过加入一个冷却剂槽,通常以锡为冷却剂.当合金熔体浇注成型后,将其从加热器中移出并逐渐匀速浸入到液态锡冷却剂中,这样在合金凝固表面和内部形成了较大的温度梯度,促使晶粒以单一方向生长.通过控制诸如冷却剂温度、浸入速率等参数可以调整合金的晶粒尺寸.(2)粉末冶金工艺粉末冶金工艺通常分为粉末制备和粉末固结两个阶段.目前在实际生产中的粉末制备工艺主要采用气体雾化法和旋转电极法.气体雾化法又被称为AA法,首先将真空熔炼过的母合金加入到雾化设备中,在真空环境下进行重熔,熔解的合金经由漏嘴流出后,在高压气体流的冲击下被雾化成粉末,其中氩气是最常用的气体.旋转电极法则是将合金料在高速旋转,利用固定的钨电极产生等离子弧来连续熔化合金料,这样在离心力的作用下,形成的液滴飞出形成了细小的粉末.粉末制备成功后,需要进行固结以便成形.由于传统的高温合金粉末中往往含有难烧结且易氧化元素,因此在传统的直接烧结工艺下成形相当困难,必须引入高温高压气氛.目前常见的粉末固结方式有真空热压成形、热等静压成形、热挤压和锻造、电火花烧结等成型方法,其中热等静压和热挤压是国内常用的两个工艺.镍基高温合金的强化效应通常组织强化和工艺强化两种.第一种是因为高温合金中的合金元素和基体元素相互作用,引起组织的变化而产生的强化效应.工艺强化是通过改良生产工艺、处理方式、锻造工艺等来实现对高温合金性能的提升.众多强化方式中,合金化对于高温合金性能的改变尤为重要.镍可以通过固溶、形成第二相等方式与加入的合金元素相互作用,其中常见的合金元素有Cr,W,Mo,Re,Al,Ti,Ta,C,B,Zr和稀土元素等十余种合金元素,这些元素在合金中起着不同的作用.Cr是镍基高温合金中含量相对较高的一个元素,它以固溶态存在于基体中,从而改善镍基高温合金的抗氧化性和抗热腐蚀性.W和Mo通过提高扩散激活能,降低合金中的扩散,从而增强原子间结合力,提高合金的硬度和高温强度.Al 是最主要的γ'相形成元素,且在高温下能形成保护性的氧化膜,提高合金的抗氧化性能,因此Al也常被用于表面化处理.其他如C,B,Zr和稀土元素等微量元素,在镍基高温合金中的含量均在1%以下,但是也起着很强的作用.经过几十年的研究和发展,镍基高温合金虽已经在多个方面均取得较大的突破,但为了满足航空、航天领域对于高性能高温合金材料不断增加的需求,也为了应对相关领域的国际竞争,增加我国的制空竞争力,在以后得研究中仍得从以下几个方面加强:(1)建立和完善更有效的合金设计方法,通过调整合金元素的比例,改善制造工艺来得到强度更高,质量更轻,成本更低的镍基高温合金;(2)应该对尖端高温合金诸如第三代单晶高温合金、第五代粉末高温合金的研制,改善制备工艺,使得这类合金的性能和质量更加稳记录并完善合金的性能和数据;(3)要扩大应用范围,扩展对于民用燃气轮机中高温合金的研制和开发.总之,镍基高温合金是航空航天领域发展的核心关键,高温材料的强度决定了飞机发动机的推重比和性能,因此研究镍基高温合金是认识材料领域,了解我国乃至世界航空航天领域发展,探索我国国防事业的一块敲门砖.王睿,男,江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校;研究方向:材料类.【相关文献】[1]郭建亭.高温材料学[J].北京:科学出版社,2010.06.[2]张义文.粉末高温合金研究进展[J].中国材料进展,2013年第1期.[3]孙晓峰.镍基单晶高温合金研究进展[J].中国材料进展,2012年第12期.[4]王斌,Al对高温合金高温抗氧化性能的影响[J].材料热处理技术,2012年5月.。

2024年镍基高温合金市场分析现状简介镍基高温合金是一种耐高温、耐腐蚀的重要材料，广泛应用于航空航天、能源、石化等领域。

本文对当前镍基高温合金市场的现状进行分析，探讨市场规模、发展趋势和竞争格局。

市场规模镍基高温合金市场在过去几年保持了稳定增长。

根据市场研究数据，2019年全球镍基高温合金市场规模达到XX亿美元。

预计到2025年，市场规模将达到XX亿美元，年平均复合增长率为X.X%。

中国是全球镍基高温合金市场的主要消费国家，占据了市场的相当份额。

市场驱动因素1.航空航天行业的快速发展促进了镍基高温合金的需求增长。

随着航空航天技术不断进步，对高温、高强度材料的需求也越来越大。

2.能源行业的发展也推动了镍基高温合金市场的增长。

镍基高温合金在燃气轮机、核电站等能源设备中具有重要应用，随着能源需求的增加，对这类设备的需求也在增长。

3.石化行业对耐腐蚀材料的需求增加，也带动了镍基高温合金市场的扩大。

市场挑战1.高成本是制约镍基高温合金市场发展的主要因素之一。

镍基高温合金的生产过程复杂，原材料价格高昂，增加了产品成本。

2.新材料的崛起。

随着科技的进步，新的高温耐蚀材料不断涌现，给镍基高温合金市场带来了竞争压力。

3.环境限制。

镍基高温合金的生产过程涉及到环境污染和能源消耗等问题，受到环保法规的制约。

市场竞争格局目前，镍基高温合金市场呈现出集中度较高的竞争格局。

全球范围内，少数大型厂商占据了主导地位，其中包括美国的XX公司、德国的XX公司和日本的XX公司等。

中国的镍基高温合金市场也存在一些规模较大的生产商，如XX公司和XX公司。

由于市场份额相对集中，竞争较为激烈。

发展趋势1.技术升级是市场的主要发展趋势之一。

针对高温、高强度应用需求，镍基高温合金制造商正在不断研发新材料和新工艺，提高产品性能和稳定性。

2.可持续发展是未来的方向。

在环保压力下，镍基高温合金制造商将加大环境友好型材料的研究和开发，提升生产过程的可持续性。

镍基合金焊接工艺的分析及研究摘要：近些年以来，伴随着我国工业生产水平的不断提升，生产技术能力也越来越强大，其中在镍基合金焊接过程中，就出现了越来越多高效化焊接工艺，有效促进了镍基合金焊接效率与效果的提升，保障了镍基合金应有价值与作用的充分发挥。

本文就分析了镍基合金焊接过程中的常见问题与防治措施，包括焊接热裂纹产生与防治措施、气孔产生与防治措施、夹渣形成与防治措施，而后提出了手工电弧焊焊接操作技术要点，希望能够借此为镍基合金焊接工作提供更多可靠的参考依据。

关键词：镍基合金；焊接工艺；常见问题；防治措施；技术要点现阶段，在工业生产实践过程中，镍基合金得到了越来越广泛的应用，因此有关镍基合金的焊接工艺研究也受到了更多关注与重视。

镍基合金有着优秀的耐腐蚀性、较高的耐热性比、特殊的电磁与热膨胀性能、良好的力学性能等优势。

特别是在高于800℃的高温状态下依旧可以保持良好热强度与热稳定性。

所以镍基合金能够在高温氧化气氛或者燃气条件下保持长期良好的工作状态，现如今，镍基合金已经被广泛应用到了燃气锅炉、核反应堆予热器以及喷气发动机等多项制造工业当中，因此必须要深入研究与分析镍基合金在焊接过程中的常见问题、防治措施以及具体焊接工艺。

一、镍基合金焊接常见问题与防治措施分析（一）焊接热裂纹产生与防治措施第一，产生原因。

在镍基合金焊接期间，有着较高焊接热裂纹敏感度，容易在弧坑部位发生较大裂纹，晶间腋膜属于引起单相组织裂纹凝固的最根本冶金因素。

内部存在不均匀的成分或者没有清洗干净，有C、Ni、P、S等多种元素在熔池当中生成熔点较低的共晶，结晶期间杂质偏析较为严重，焊接规范操作不当以及较大热输入都会引发裂纹。

裂纹致使结构强度明显降低，甚至可能引发结构整体性破坏，所以不允许出现或存在裂纹；第二，防治措施。

首先，在焊接期间选择小电炉快速焊接方式，将弧坑填满，针对厚度在6mm以上的焊件，还应当开展多层多道焊接工作，将环境温度始终控制到5℃以上，清洗干净焊接缝两侧存在污物，必须避免S、P一类有害元素混入其中，尤其需要针对含有铅元素或者硫元素的部分污物，必须及时彻底的清除。

镍镍是一种银白色金属，首先是1751年由瑞典矿物学家克朗斯塔特分离出来的。

1775年才制得Ni。

1825~1826年间，瑞典开始了Ni的工业生产，直到将Ni 炼制成合金钢之后， Ni工业才有了较快的发展。

由于它具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并具有很高的化学稳定性，在空气中不氧化等特征，因此是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业。

在民用工业中，镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。

镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层，镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域，在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。

由于镍具有优良性能，已成为发展现代航空工业、国防工业和建立人类高水平物质文化生活的现代化体系不可缺少的金属。

Ni的性质：（1）熔点： 1453℃，沸点： 3075℃；（2）比重：8.8g/cm3；（3）在空气中不氧化（即便加热到700~800 ℃）；（4）抗腐蚀性强，碱不起作用；除HNO外，其它酸类作用甚微。

3纯镍纯度≮99.0%，冷变形性、焊接性与抗腐蚀性均好。

镍合金蒙乃尔（MONEL）Ni-Cu合金镍合金按用途可分为五类：镍基高温合金、镍基耐蚀合金、镍基耐磨合金、镍基精密合金以及镍基形状记忆合金。

其中镍基耐蚀合金具有良好的综合性能，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。

最早应用镍基耐蚀合金的是镍铜合金，又称蒙乃尔合金。

蒙乃尔合金等镍基耐蚀合金具有以下焊接特点：焊接热裂纹问题：镍基耐蚀合金具有较高的热裂纹敏感性。

热裂纹发生在高温状态，常温下不再扩展。

焊前清理方面：焊件表面的清洁性是成功地焊接镍基耐蚀合金的一个重要要求。

焊件表面的污染物主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。

镍基耐蚀合金表面氧化皮的熔点比母材高得多，常常可能形成夹渣活细小的不连续氧化物。

限制热输入：采用高热输入焊接镍基耐蚀合金可能产生不利影响，包括在热影响区产生一定程度的退火和晶粒长大。

镍基材料焊接中高温失塑裂纹DDC的生成机理及研究进展0 前言镍基高温合金主要被大量使用在作为核电设备的循环、输送管路等核心元件上，这就要求这些镍基高温合金要满足耐高温、耐高压、抗腐蚀等苛刻的工作环境，而这类高温合金在焊接过程中很容易生成各种热裂纹，这其中就包括高温失塑裂纹DDC。

由于这些镍基高温合金焊接区域的热裂纹在这种苛刻的工作环境下易转变为宏观裂纹，使核电设施的运行存在安全隐患，所以在实际生产中对此类高温合金的焊接质量提出了更高的要求，要尽量避免高温失塑裂纹的生成［1］。

基于此，文中综述了研究镍基合金DDC的试验方法、DDC生成机理的一些观点，同时也对改善DDC的敏感性提出了建议。

1 高温失塑裂纹DDC高温失塑裂纹简称DDC，一般出现在较厚截面、多道焊的高温合金以及一些奥氏体不锈钢的焊缝金属中［2］。

它是一种比其它热裂纹更为细小的显微裂纹，最大宽度约为50μm，最长的高温失塑裂纹长度有2 mm左右，且通常为沿晶开裂，裂缝内部几乎没有夹杂的破碎枝晶。

此外，DDC往往会成为其它疲劳如腐蚀疲劳等的起裂源，图1为塑性随温度变化的示意图［3］。

患者的身体带来极大的痛苦，还延长了术后康复的时间，增加了感染发生的可能。

手术时间长、麻醉药物的影响、患者的年龄、营养状况、体重和潮湿等都与术中压疮的形成有着密切关系，且其中的大部分因素都是手术室护士无法控制的。

为最大限度地减少术中压疮的发生，我们采用硅胶凝胶垫，取得了较好的效果，现报道如下。

图1 塑性随温度变化示意图［3］通过塑性随温度的变化曲线可以看出，DDC发生的DTR温度区间的塑性先下降后上升，这是由于在DTR的低温阶段，晶界强度相对晶内较弱，再加上该过程中变形主要集中发生在晶界处，所以应变主要集中在晶界区域内，宏观表现为塑性的下降；而在DTR的高温阶段则发生了动态再结晶，导致该阶段合金的塑性有所上升［4］。

2 DDC的主要研究方法在研究DDC机理的过程中使用恰当的试验方式非常重要。