上海商虎合金集團(tuán)

　　鎳基合金是指650~1000℃一類(lèi)合金在高溫下具有較高的強(qiáng)度和一定的抗氧化腐蝕性。

　　分為鎳基耐熱合金、鎳基耐腐蝕合金、鎳基耐磨合金、鎳基精密合金、鎳基形狀記憶合金等。

　　高溫合金分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。鎳基高溫合金稱(chēng)為鎳基合金。

　　鎳基合金的代表材料有：

　　1，Incoloy合金，如Incoloy主要成分為800，32Ni-21Cr-Ti,Al；耐熱合金；

　　2，Inconel合金，如Inconel主要成分為600，73Ni-15Cr-Ti,Al；耐熱合金；

　　3，Hastelloy合金，即哈氏合金，如哈氏合金C-主要成分為276，56Ni-16Cr-16Mo-4W；耐腐蝕合金；

　　4，Monel蒙乃爾400等蒙乃爾合金，主要成分是；65Ni-34Cu；耐腐蝕合金；

　　主要合金元素

　　鉻、鎢、鉬、鈷、鋁、鈦、硼、鋯等主要合金元素。其中Cr，Ai它主要起到固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化等抗氧化作用。其中Cr，Ai它主要起到固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化等抗氧化作用。

　　在650～1000℃由于高溫強(qiáng)度和耐氧化腐蝕性足夠高，常用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆和能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。

　　發(fā)展歷史

　　鎳基高溫合金(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鎳基合金)于20世紀(jì)30年代末開(kāi)發(fā)。1941年，英國(guó)首次生產(chǎn)鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高蠕變強(qiáng)度，增加鋁Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。20世紀(jì)40年代中期，蘇聯(lián)在20世紀(jì)40年代末開(kāi)發(fā)了鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)過(guò)程的創(chuàng)新兩個(gè)方面。20世紀(jì)50年代初，真空熔煉技術(shù)的發(fā)展為含有高鋁和鈦的鎳基合金的煉制創(chuàng)造了條件。早期鎳基合金多為變形合金。20世紀(jì)50年代末，由于渦輪葉片工作溫度的升高，合金需要更高的高溫強(qiáng)度，但合金強(qiáng)度高，難以變形，甚至不能變形。因此，采用熔模精密鑄造工藝，開(kāi)發(fā)了一系列高溫強(qiáng)度好的鑄造合金。在20世紀(jì)60年代中期開(kāi)發(fā)了更好的定向晶體、單晶高溫合金和粉末冶金高溫合金。自20世紀(jì)60年代以來(lái)，開(kāi)發(fā)了一批耐熱腐蝕性好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金，以滿(mǎn)足船舶和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要。從20世紀(jì)40年代初到70年代末，鎳基合金的工作溫度從40年左右開(kāi)始 700℃提高到1100℃，平均每年增加10℃左右。

　　成分和性能

　　鎳基高溫合金應(yīng)用最廣泛。主要原因是鎳基合金能溶解更多的合金元素，保持良好的組織穩(wěn)定性；二是形成共格有序 A3B型金屬間化合物γ[Ni3(Al，Ti)]作為強(qiáng)化相，有效強(qiáng)化合金獲得高溫強(qiáng)度高于鐵基高溫合金和鈷基高溫合金；第三，鉻鎳基合金比鐵基高溫合金具有更好的抗氧化性和耐燃?xì)飧g性。鎳基合金含有十多種元素Cr主要起抗氧化和耐腐蝕作用，其他元素主要起強(qiáng)化作用。根據(jù)其強(qiáng)化方法，可分為鎢、鉬、鈷、鉻、釩等固溶強(qiáng)化元素；鋁、鈦、鈮、鉭等沉淀強(qiáng)化元素；硼、鋯、鎂、稀土元素等晶界強(qiáng)化元素。

　　鎳基高溫合金包括固溶強(qiáng)化合金和沉淀強(qiáng)化合金。

　　生產(chǎn)工藝

　　冶煉：為了獲得更純凈的鋼水，降低氣體和有害元素的含量；同時(shí)，一些合金含有易氧化元素，如Al，Ti如果存在，非真空冶煉難以控制；為了獲得更好的熱塑性，鎳基耐熱合金通常通過(guò)真空感應(yīng)爐熔化，甚至通過(guò)真空感應(yīng)冶煉和真空自耗爐或渣爐重熔。

　　變形:采用鍛造軋制工藝，直接擠壓熱塑性差的合金，甚至擠壓開(kāi)坯或軟鋼(或不銹鋼)包裝。變形的目的是破碎鑄造組織，優(yōu)化微組織結(jié)構(gòu)。

　　鑄造：真空感應(yīng)爐熔化母合金通常用于保證成分和控制氣體和雜質(zhì)的含量，并通過(guò)真空重熔-精密鑄造制成零件。

　　熱處理：變形合金和部分鑄造合金需要熱處理，包括固溶處理、中間處理和及時(shí)處理Udmet 以500合金為例，其熱處理系統(tǒng)分為固溶處理和1175℃，2小時(shí)，空冷；中間處理，1080℃，4小時(shí)，空冷；時(shí)效處理，843℃，24小時(shí)空冷；二次時(shí)效處理，760℃，16小時(shí)，空冷。獲得所需的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。

　　鎳基耐腐蝕合金

　　銅、鉻、鉬是主要合金元素。綜合性能好，耐酸腐蝕和應(yīng)力腐蝕。鎳銅是第一個(gè)應(yīng)用(1905年在美國(guó)生產(chǎn))（Ni-Cu）合金，稱(chēng)蒙乃爾合金(Monel合金Ni 70 Cu30)；還有鎳鉻（Ni-Cr）合金(即鎳基耐熱合金、耐腐蝕合金中的耐熱腐蝕合金)、鎳鉬（Ni-Mo）北京鋼鐵研究哈氏合金B(yǎng)系列，北京鋼鐵研究企業(yè)，主要指哈氏合金B(yǎng)系列，上?？凳⑻胤N合金有限公司、北京金融科技有限公司、寶鈦集團(tuán)稀有金屬材料有限公司等。)、鎳鉻鉬（Ni-Cr-Mo）合金（主要指哈氏合金C系列、北京鋼鐵研究院、北京金融科技有限公司、寶鈦集團(tuán)稀有金屬材料公司等國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)耐腐蝕合金生產(chǎn)企業(yè))。)、鎳鉻鉬（Ni-Cr-Mo）合金（主要指哈氏合金C系列、北京鋼鐵研究所、北京金融科技有限公司、寶鈦集團(tuán)稀有金屬材料公司等國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)耐腐蝕合金生產(chǎn)企業(yè))。同時(shí)，純鎳也是鎳基耐腐蝕合金的典型代表。鎳基耐腐蝕合金主要用于制造石油、化工、電力等耐腐蝕環(huán)境部件。

　　類(lèi)別 鎳基耐腐蝕合金多為奧氏體組織。金屬間相和金屬碳氮化物存在于合金的奧氏體基體和晶界中。各種耐腐蝕合金的分類(lèi)及其特點(diǎn)如下：

　　Ni-Cu合金 還原介質(zhì)的耐腐蝕性?xún)?yōu)于鎳，氧化介質(zhì)的耐腐蝕性?xún)?yōu)于銅。它是耐高溫氟、氟化氫和氫氟酸(見(jiàn)金屬腐蝕)的最佳材料。

　　Ni-Cr合金 即鎳基耐熱合金；主要用于氧化介質(zhì)。隨著鉻含量的增加，耐高溫氧化和硫、釩等氣體的腐蝕性增強(qiáng)。這種合金也有更好的耐氫氧化物(如NaOH、KOH）耐腐蝕性和耐應(yīng)力腐蝕性。

　　Ni-Mo合金 主要用于還原介質(zhì)腐蝕。它是耐鹽酸腐蝕的最佳合金，但當(dāng)有氧和氧化劑存在時(shí)，耐腐蝕性會(huì)顯著降低。

　　Ni-Cr-Mo(W)合金 兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的性能。混合介質(zhì)主要用于氧化還原。該合金在高溫氟化氫、含氧和氧化劑的鹽酸、氫氟酸溶液和室溫下的濕氯中具有良好的耐腐蝕性。

　　Ni-Cr-Mo-Cu合金 它具有耐硝酸和硫酸腐蝕性，在一些氧化還原混合酸中也具有良好的耐腐蝕性。

　　鎳基耐磨合金

　　鉻、鉬、鎢是主要的合金元素，還含有少量的鈮、鉭和鋯。除耐磨外，還具有抗氧化、耐腐蝕、焊接性能。通過(guò)堆焊和噴涂工藝，可制造耐磨零件或涂層材料。

　　鎳基合金粉包括自熔合金粉和非自熔合金粉。

　　非自熔鎳基粉末是指不含B、Si或B、Si鎳基合金粉末含量低。廣泛應(yīng)用于等離子弧噴涂、火焰噴涂和等離子體表面強(qiáng)化。主要包括：Ni-Cr合金粉末、Ni-Cr-Mo合金粉末、Ni-Cr-Fe合金粉末、Ni-Cu合金粉末、Ni-P和Ni-Cr-P合金粉末、Ni-Cr-Mo-Fe合金粉末、Ni-Cr-Mo-Si高耐磨合金粉，Ni-Cr-Fe-Al合金粉末、Ni-Cr-Fe-Al-B-Si合金粉末、Ni-Cr-Si合金粉末、Ni-Cr-W耐磨合金粉末等。

　　在鎳合金粉中加入適量B、Si鎳基自熔合金粉末形成。

　　在鎳合金粉中加入適量B、Si鎳基自熔合金粉末形成。所謂自熔合金粉末，又稱(chēng)低熔合金和硬面合金，是在鎳、鈷和鐵基合金中加入低熔點(diǎn)共晶體（主要是硼和硅）形成的一系列粉末材料。鎳基自熔合金粉末常用Ni-B-Si合金粉末、Ni-Cr-B-Si合金粉末、Ni-Cr-B-Si-Mo、Ni-Cr-B-Si-Mo-Cu、高鉬鎳基自熔合金粉末，高鉻鉬鎳基自熔合金粉末Ni-Cr-W-C自熔合金粉末、高銅自熔合金粉末、碳化鎢彌散鎳基自熔合金粉末等。

　　合金中各種元素的作用：

　　●硼和硅的作用：顯著降低合金熔點(diǎn)，擴(kuò)大固液相線(xiàn)溫度區(qū)，形成低熔共晶體；脫氧還原和造渣功能；涂層硬度 提高操作工藝性能。

　　●銅的作用：提高非氧化性酸的耐腐蝕性。●鉻的作用:固體溶解強(qiáng)化；提高耐腐蝕性和耐高溫氧化性；多余的鉻容易與碳和硼形成碳化鉻和硼化鉻的硬度，從而提高合金的硬度和耐磨性。

　　●鉬的作用：原子半徑大，固體溶解后晶格變形大，顯著增強(qiáng)合金基體，提高高溫強(qiáng)度和紅硬度，切斷和減少涂層中的網(wǎng)狀組織，提高耐腐蝕性和耐腐蝕性。

　　包括鎳基軟磁合金、鎳基精密電阻合金和鎳基電熱合金。最常用的軟磁合金是含鎳80%左右的玻莫合金，其最大磁導(dǎo)率和初始磁導(dǎo)率高，矯頑力低，是電子工業(yè)中重要的鐵芯材料。鎳、鋁、銅是鎳基精密電阻合金的主要合金元素，電阻率高，電阻溫度系數(shù)低，耐腐蝕性好。鎳基電熱合金是含鉻20%的鎳合金，具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性，可達(dá)1000~11000℃長(zhǎng)期在溫度下使用。

　　鎳基記憶合金

　　含鈦50（at)鎳合金%。回復(fù)溫度為70℃，形狀記憶效果好。鎳鈦成分比例的少量變化可使回復(fù)溫度為30~100℃范圍內(nèi)的變化。主要用于制造航天器上使用的自動(dòng)開(kāi)放結(jié)構(gòu)件、航天工業(yè)自激勵(lì)緊固件、生物醫(yī)學(xué)中使用的人工心臟電機(jī)等。

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