高溫合金或高性能合金是在高溫下具有優(yōu)異強(qiáng)度和表面穩(wěn)定性的有色合金。它們可以在更高的熔點(diǎn)(高達(dá) 85% 的熔點(diǎn) (T m ) 以開爾文度數(shù)表示0.85)安全運(yùn)行是它們的關(guān)鍵特征。高溫合金通常高于 540 °C (1000 °F) 在溫度下使用，因?yàn)樵谶@些溫度下，普通鋼和鈦合金會(huì)失去強(qiáng)度，鋼會(huì)在這個(gè)溫度下腐蝕。高溫合金保持機(jī)械強(qiáng)度、表面穩(wěn)定性、耐腐蝕性或抗氧化性。一些鎳基超級(jí)合金可以承受超過(guò) 1200°C 溫度取決于合金的成分。雖然晶界可以提供強(qiáng)度，但超級(jí)合金通常以單晶形式鑄造，但會(huì)降低抗蠕變性。

　　它們最初用于飛機(jī)活塞發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器。如今，最常見(jiàn)的應(yīng)用是飛機(jī)渦輪部件，它必須在合理的時(shí)間內(nèi)承受嚴(yán)重的氧化環(huán)境和高溫暴露。目前的應(yīng)用包括：

　　飛機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)

　　汽輪機(jī)發(fā)電廠

　　醫(yī)療應(yīng)用

　　航天器和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

　　熱處理設(shè)備

　　核電廠

　　鎳是高溫合金的基本要素，高溫合金是一組用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的鎳、鐵鎳和鈷合金。這些金屬具有優(yōu)空航天結(jié)構(gòu)材料的溫度下，這些金屬具有優(yōu)異的抗熱蠕變變形能力，保持其剛度、強(qiáng)度、韌性和尺寸穩(wěn)定性。

　　55%

　　21%

　　14%

　　目前，鎳基高溫合金占先進(jìn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的重量 50% 以上。鎳基高溫合金包括固溶強(qiáng)化合金和及時(shí)硬化合金。時(shí)效硬化合金分散 Ni 奧氏體相關(guān)沉淀 (fcc) 基體組成(Al,Ti) 具有 fcc 金屬間化合物的結(jié)構(gòu)。鎳基高溫合金是以鎳為主要合金元素的合金，首選葉片材料，而不是鈷基或鐵基高溫合金。鎳基高溫合金在高溫下具有高強(qiáng)度、高蠕變和耐腐蝕性。渦輪葉片通常以定向凝固或單晶形式鑄造。渦輪級(jí)第一排主要采用單晶葉片。

　　一般來(lái)說(shuō)，Inconel是 Special Metals 奧氏體鎳鉻基高溫合金系列注冊(cè)商標(biāo)。Inconel 718是一種高強(qiáng)度、耐高溫的鎳基高溫合金。它還具有優(yōu)異的耐腐蝕性和抗氧化性。Inconel 固溶強(qiáng)化或沉淀硬化產(chǎn)生的高溫強(qiáng)度取決于合金。Inconel 718 由 55% 的鎳、21% 的鉻、6% 鐵由少量錳、碳和銅組成。

　　航空航天等高科技產(chǎn)業(yè)常用高溫合金。這種高溫合金在極高溫下具有耐腐蝕性和材料強(qiáng)度，在核工業(yè)中表現(xiàn)良好。鎳基高溫合金用于一些核電站的反應(yīng)堆芯、控制棒和類似部件。在核工業(yè)中，特別是低鈷高溫合金(因?yàn)殁捒赡鼙患せ? 59)。核燃料部件的一些結(jié)構(gòu)部件，如頂部和底部噴嘴，可以由高溫合金制成 Inconel 制成。間隔柵通常由低熱中子吸收截面的耐腐蝕材料制成，通常是鋯合金(~ 0.18 × 10 –24厘米2)。第一個(gè)和最后一個(gè)間隔網(wǎng)格也可以由低鈷鉻鎳鐵合金制成，非常適合在極端壓力和熱環(huán)境

　　蠕變，又稱冷流，是在恒定載荷或應(yīng)力下隨時(shí)間增加的永久變形。在長(zhǎng)期加熱的材料中，由于長(zhǎng)期暴露在較大的外部機(jī)械應(yīng)力中而引起的屈服極限更為嚴(yán)重。變形率是材料特性、暴露時(shí)間、暴露溫度和施加結(jié)構(gòu)載荷的函數(shù)。如果我們?cè)诟邷叵率褂貌牧?，蠕變是一個(gè)非常重要的現(xiàn)象。蠕變?cè)陔娏I(yè)中非常重要，在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中也是最重要的。破裂時(shí)間是許多使用壽命相對(duì)較短的蠕變(如軍用飛機(jī)上的渦輪葉片)的主要因素。當(dāng)然，蠕變?cè)囼?yàn)必須確定，直到失效；這些被稱為蠕變斷裂試驗(yàn)。

　　材料的抗蠕變性受擴(kuò)散率、沉淀物和晶粒尺寸的影響。一般來(lái)說(shuō)，預(yù)防金屬蠕變的一般方法有三種。一種方法是使用熔點(diǎn)較高的金屬，第二種方法是使用晶粒尺寸較大的材料，第三種方法是使用合金化。身心立方體 (BCC) 金屬在高溫下抗蠕變性差。因此，基于 Co、Ni 和 Fe 高溫合金(通常是面心立方奧氏體合金)可設(shè)計(jì)為高抗蠕變性，因此已成為高溫環(huán)境中的理想材料。

　　應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)它是最嚴(yán)重的冶金問(wèn)題之一，也是核工業(yè)的主要問(wèn)題之一。應(yīng)力腐蝕開裂是外拉應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的結(jié)果，兩者都是必要的。SCC 在拉應(yīng)力的作用下，晶間腐蝕發(fā)生。低合金鋼不如高合金鋼敏感，但在含氯離子的水中容易發(fā)生 SCC。但鎳基合金不受氯離子或氫氧根離子的影響。鎳基合金耐應(yīng)力腐蝕開裂的一個(gè)例子是 Inconel。

　　材料屬性密集，這意味著它們與質(zhì)量無(wú)關(guān)，并可能隨時(shí)隨地改變系統(tǒng)的不同位置。材料科學(xué)的基礎(chǔ)包括研究材料的結(jié)構(gòu)，并將其與其特性（機(jī)械、電氣等）聯(lián)系起來(lái)。一旦材料科學(xué)家了解了這種結(jié)構(gòu)性能的相關(guān)性，他們就可以繼續(xù)研究材料在給定應(yīng)用中的相對(duì)性能?；瘜W(xué)元素的組成和最終形式的加工是材料結(jié)構(gòu)及其特性的主要決定因素。

　　由于其理想的機(jī)械特性組合，材料通常用于各種應(yīng)用。工程師必須考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的材料特性。

　　在材料力學(xué)中，材料的強(qiáng)度是指在無(wú)故障或塑性變形的情況下承受外部載荷的能力。材料的強(qiáng)度基本上考慮了施加在材料上的外部載荷與由此產(chǎn)生的變形或尺寸變化之間的關(guān)系。材料的強(qiáng)度是承受這種施加載荷而不發(fā)生故障或塑性變形的能力。

　　高溫合金——Inconel 718 極限抗拉強(qiáng)度取決于熱處理工藝，但約為 1200 MPa。

　　極限拉伸強(qiáng)度是工程中最大的應(yīng)力應(yīng)變曲線。這對(duì)應(yīng)于張力結(jié)構(gòu)能維持的最大應(yīng)力。極限抗拉強(qiáng)度通常稱為抗拉強(qiáng)度，甚至是極限。施加并保持這種應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致斷裂。通常，該值明顯高于屈服應(yīng)力（高于某些類型的金屬） 50% 到 60%)。當(dāng)延展性材料達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)，當(dāng)橫截面積局部減小時(shí)，就會(huì)收縮。應(yīng)力-應(yīng)變曲線不包括高于極限強(qiáng)度的應(yīng)力。雖然變形可以繼續(xù)增加，但在達(dá)到極限強(qiáng)度后，應(yīng)力通常會(huì)減小。因此，它的價(jià)值不取決于樣品的大小。但取決于樣品制備、測(cè)試環(huán)境、材料溫度等因素。鋁的極限抗拉強(qiáng)度 50 MPa 超高強(qiáng)度鋼 3000 MPa 不等。

　　高溫合金——Inconel 718 屈服強(qiáng)度取決于熱處理工藝，但約為 1030 MPa。

　　屈服點(diǎn)是限制在點(diǎn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線和塑性行為的開始。屈服強(qiáng)度或屈服應(yīng)力是指材料開始塑性變形時(shí)的應(yīng)力特性，屈服點(diǎn)是非線性（彈性） 塑性)變形的起點(diǎn)。在屈服點(diǎn)之前，材料會(huì)發(fā)生彈性變形，并在應(yīng)力消除后恢復(fù)始形狀。一旦超過(guò)屈服點(diǎn)，部分變形將是永久性和不可逆轉(zhuǎn)的。一些鋼和其他材料表現(xiàn)出一種叫做屈服點(diǎn)的行為。低強(qiáng)度鋁的屈服強(qiáng)度 35 MPa 高強(qiáng)度鋼 1400 MPa 以上不等。

　　楊氏彈性模量高溫合金 – Inconel 718 為 200 GPa。

　　單軸變形線性彈性系統(tǒng)的拉伸和壓縮應(yīng)力彈性模量通常由拉伸試驗(yàn)評(píng)估。當(dāng)達(dá)到極限應(yīng)力時(shí)，物體將能夠在移除負(fù)載時(shí)恢復(fù)其尺寸。應(yīng)力導(dǎo)致晶體中的原子從其平衡位置移動(dòng)。所有原子的位移都是一樣的，但它們?nèi)匀槐３种鄬?duì)的幾何形狀。應(yīng)力消除后，所有原子都回到原來(lái)的位置，不會(huì)永久變形。根據(jù)虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變成正比(在彈性區(qū))，斜率為楊氏模量. 除應(yīng)變外，楊氏模量等于縱向應(yīng)力。

　　高溫合金-Inconel 718 布氏硬度取決于熱處理工藝，但大約是 330 MPa。

　　在材料科學(xué)中，硬度是承受表面壓痕(局部塑性變形)和劃痕的能力。硬度可能是最不清楚的材料屬性，因?yàn)樗赡鼙硎究箘澓?、耐磨、耐壓，甚至抗成型或局部塑性變形。從工程的角度?lái)看，硬度非常重要，因?yàn)槟Σ聊p或蒸汽、油和水的耐磨性通常隨著硬度的增加而增加。

　　布氏硬度試驗(yàn)是專門為硬度試驗(yàn)開發(fā)的壓痕硬度試驗(yàn)。在布氏試驗(yàn)中，硬球壓頭在特定載荷下壓入待測(cè)金屬表面。典型的測(cè)試 10 毫米（0.39 英寸)直徑 硬化鋼球作為壓頭，力為 3,000 kgf（29.42 kN；6,614 lbf）。負(fù)載在指定時(shí)間(10) 到 30 秒)保持恒定。對(duì)于軟材料，使用較小的力；對(duì)于硬材料，用碳化鎢球代替鋼球。

　　該測(cè)試提供了布氏硬度數(shù)量化材料硬度的數(shù)值結(jié)果- HB 表示。布氏硬度數(shù)試標(biāo)準(zhǔn)是布氏硬度數(shù)（ASTM E10-14[2] 和 ISO 6506–1:2005）指定為 HBW（H 來(lái)自硬度，B 布氏硬度，W 鎢(鎢)碳化物來(lái)自壓頭材料。在以前的標(biāo)準(zhǔn)中，HB 或 HBS 用于測(cè)量而不是鋼壓頭。

　　布氏硬度數(shù)（HB）負(fù)載由壓痕表面積去除。用疊加刻度的顯微鏡測(cè)量印模的直徑。以下公式計(jì)算布氏硬度：

　　常用的測(cè)試方法有很多種(比如 Brinell、Knoop、Vickers和Rockwell）。不同測(cè)試方法的硬度數(shù)與可用表相關(guān)，適用于相關(guān)性。高硬度值代表硬金屬度值代表硬金屬。

　　材料的熱性能是指材料 溫度變化與熱應(yīng)用的反應(yīng)。當(dāng)固體以熱的形式吸收能量時(shí)，溫度會(huì)升高，尺寸會(huì)增加。但是不同的材料對(duì)加熱有不同的反應(yīng)。

　　熱容量、熱膨脹和熱導(dǎo)率是固體實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)的重要特征。

　　高溫合金 - Inconel 718 鋼的熔點(diǎn)約為 1400°C。

　　一般情況下， 熔化 是一個(gè) 相變 從固體到液相的物質(zhì)。 物質(zhì)的 熔點(diǎn)是發(fā)生這種相變時(shí)的溫度 熔點(diǎn) 一種情況也可以限制在平衡的固體和液體中。

　　高溫合金 - Inconel 718 的熱導(dǎo)率為 6.5 W/(mK)。

　　固體材料的傳熱特性稱為熱導(dǎo)率k（或 λ）衡量屬性 ，單位為 W/mK。它是物質(zhì)傳遞熱量的能力 。請(qǐng)注意， 傅立葉定律 適用于所有物質(zhì)，無(wú)論其狀態(tài)如何(固體、液體或氣體)，也適用于液體和氣體。

　　大多數(shù)液體和固體 熱導(dǎo)率隨溫度而變化。蒸汽也取決于壓力。一般來(lái)說(shuō)：

　　大多數(shù)材料接近均質(zhì)，所以我們通?？梢詫?k = k (T)。類似的定義和 y 和 z 熱導(dǎo)率的方向 (ky, kz) 但對(duì)于各向同性材料，熱導(dǎo)率與傳遞方向無(wú)關(guān)，kx = ky = kz = k。

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