鎳基合金是指在650~1000℃高溫下有較高的強度與必定的抗氧化腐蝕能力等歸納功用的一類合金。
依照首要首要功用,分為鎳基耐熱合金,鎳基耐蝕合金,鎳基耐磨合金,鎳基精細合金與鎳基形狀回憶合金等。
高溫合金依照基體的不同,分為:鐵基高溫合金,鎳基高溫合金與鈷基高溫合金。其間鎳基高溫合金簡稱鎳基合金。
鎳基合金的代表資料有:
1,Incoloy合金,如Incoloy800,首要成分為;32Ni-21Cr-Ti,Al;歸于耐熱合金;
2,Inconel合金,如Inconel600,首要成分是;73Ni-15Cr-Ti,Al;歸于耐熱合金;
3,Hastelloy合金,即哈氏合金,如哈氏C-276,首要成分為;56Ni-16Cr-16Mo-4W;歸于耐蝕合金;
4,Monel合金,即蒙乃爾合金,比如說蒙乃爾400,首要成分是;65Ni-34Cu;歸于耐蝕合金;
首要合金元素
首要合金元素有鉻、鎢、鉬、鈷、鋁、鈦、硼、鋯等。其間Cr,Ai等首要起抗氧化效果,其他元素有固溶強化,沉淀強化與晶界強化等效果。
在650~1000℃高溫下有較高的強度與必定的抗氧化腐蝕能力,因為足夠高的高溫強度與抗氧化腐蝕能力,所以常用于制作航空發動機葉片和火箭發動機、核反應堆、能源轉化設備上的高溫零部件。
開展前史
鎳基高溫合金(以下簡稱鎳基合金)是30年代后期開始研發的。英國于1941年首先出產出鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);為了進步蠕變強度又添加鋁,研發出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國于40年代中期,蘇聯于40年代后期,我國于50年代中期也研發出鎳基合金。鎳基合金的開展包含兩個方面:合金成分的改善和出產工藝的改造。50年代初,真空熔煉技能的開展,為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金發明了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50年代后期,因為渦輪葉片工作溫度的進步,要求合金有更高的高溫強度,可是合金的強度高了,就難以變形,乃至不能變形,于是選用熔模精細鑄造工藝,開展出一系列具有杰出高溫強度的鑄造合金。60年代中期開展出功用更好的定向結晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿意艦船和工業燃氣輪機的需要,60年代以來還開展出一批抗熱腐蝕功用較好、安排安穩的高鉻鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內,鎳基合金的工作溫度從 700℃進步到1100℃,均勻每年進步10℃左右。
成分和功用
鎳基高溫合金中應用較為廣泛。首要原因在于,一是鎳基合金中能夠溶解較多合金元素,且能保持較好的安排安穩性;二是能夠構成共格有序的 A3B型金屬間化合物γ[Ni3(Al,Ti)]相作為強化相,使合金得到有效的強化,取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力。鎳基合金含有十多種元素,其間Cr首要起抗氧化和抗腐蝕效果,其他元素首要起強化效果。根據它們的強化效果方法可分為:固溶強化元素,如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等;沉淀強化元素,如鋁、鈦、鈮和鉭;晶界強化元素,如硼、鋯、鎂和稀土元素等。
鎳基高溫合金按強化方法有固溶強化型合金和沉淀強化型合金。
出產工藝
鍛煉方面:為了取得更純凈化的鋼水,減低氣體含量與有害元素含量;同時因為部分合金中有易氧化元素如Al,Ti等存在,非真空方法鍛煉難以控制;更是為了取得更好的熱塑性,鎳基耐熱合金,一般選用真空感應爐熔煉,乃至用真空感應鍛煉加真空自耗爐或電渣爐重熔方法進行出產。
變形方面:選用鍛造、軋制工藝,對于熱塑性差的合金乃至選用揉捏開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接揉捏工藝。變形的意圖是為了破碎鑄造安排,優化微觀安排結構。
鑄造方面:一般用真空感應爐熔煉母合金保證成分與控制氣體與雜質含量,并用真空重熔-精細鑄造法制成零件。
熱處理方面:變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理,包含固溶處理、中心處理和時效處理,以Udmet 500合金為例,它的熱處理準則分為四段:固溶處理,1175℃,2小時,空冷;中心處理,1080℃,4小時,空冷;一次時效處理,843℃,24小時,空冷;二次時效處理,760℃,16小時,空冷。以取得所要求的安排狀況和杰出的歸納功用。
鎳基耐蝕合金
首要合金元素是銅、鉻、鉬。具有杰出的歸納功用,可耐各種酸腐蝕和應力腐蝕。較早應用(1905年美國出產)的是鎳銅(Ni-Cu)合金,又稱蒙乃爾合金(Monel合金Ni 70 Cu30);此外還有鎳鉻(Ni-Cr)合金(就是鎳基耐熱合金,耐蝕合金中的耐熱腐蝕合金)、鎳鉬(Ni-Mo)合金(首要是指哈氏合金B系列,國內專業耐蝕合金出產企業有北京鋼鐵研討總院,上?店商胤N合金有限公司,北京融品科技有限公司,寶鈦集團稀有金屬資料公司等)、鎳鉻鉬(Ni-Cr-Mo)合金(首要是指哈氏合金C系列,國內專業耐蝕合金出產企業有北京鋼鐵研討總院,北京融品科技有限公司,寶鈦集團稀有金屬資料公司等)等。與此同時,純鎳也是鎳基耐蝕合金中的典型代表。這些鎳基耐蝕合金首要用于制作石油,化工,電力等各種耐腐蝕環境用零部件。
類別 鎳基耐蝕合金多具有奧氏體安排。在固溶和時效處理狀況下,合金的奧氏體基體和晶界上還有金屬間相和金屬的碳氮化物存在,各種耐蝕合金按成分分類及其特性如下:
Ni-Cu合金 在復原性介質中耐蝕性優于鎳,而在氧化性介質中耐蝕性又優于銅,它在無氧和氧化劑的條件下,是耐高溫氟氣、氟化氫和氫氟酸的較好的資料(見金屬腐蝕)。
Ni-Cr合金 也就是鎳基耐熱合金;首要在氧化性介質條件下運用?垢邷匮趸秃、釩等氣體的腐蝕,其耐蝕性隨鉻含量的添加而增強。這類合金也具有較好的耐氫氧化物(如NaOH、KOH)腐蝕和耐應力腐蝕的能力。
Ni-Mo合金 首要在復原性介質腐蝕的條件下運用。它是耐鹽酸腐蝕的較好的一種合金,但在有氧和氧化劑存在時,耐蝕性會顯著下降。
Ni-Cr-Mo(W)合金 兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的功用。首要在氧化-復原混合介質條件下運用。這類合金在高溫氟化氫氣中、在含氧和氧化劑的鹽酸、氫氟酸溶液中以及在室溫下的濕氯氣中耐蝕性杰出。
Ni-Cr-Mo-Cu合金 具有既耐硝酸又耐硫酸腐蝕的能力,在一些氧化-復原性混合酸中也有很好的耐蝕性。
鎳基耐磨合金
首要合金元素是鉻、鉬、鎢,還含有少量的鈮、鉭和銦。除具有耐磨功用外,其抗氧化、耐腐蝕、焊接功用也好?芍谱髂湍チ悴考,也可作為包覆資料,經過堆焊和噴涂工藝將其包覆在其他基體資料外表。
鎳基合粉末有自熔性合金粉末與非自熔性合金粉末。
非自熔性鎳基粉末是指不含B、Si或B、Si含量較低的鎳基合金粉末。這類粉末,廣泛的應用于等離子弧噴涂涂層、火焰噴涂涂層和等離子外表強化。首要包含: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高耐磨合金粉末、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基耐磨耐蝕合金粉末等。
在鎳合金粉末中參加適量B、Si便構成了鎳基自熔性合金粉末。所謂自熔性合金粉末亦稱低共熔合金,硬面合金,是在鎳、鈷、鐵基合金中參加能形低熔點共晶體的合金元素(首要是硼和硅)而構成的一系列粉末資料。常用的鎳基自熔性合金粉末有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、高鉬鎳基自熔性合金粉末、高鉻鉬鎳基自熔性合金粉末、Ni-Cr-W-C基自熔性合金粉末、高銅自熔性合金粉末、碳化鎢彌散型鎳基自熔性合金粉末等。
各種元素在合金中的效果:
●硼、硅元素的效果:顯著下降合金熔點,擴大固液相線溫度區,構成低熔共晶體;脫氧復原效果和造渣功用;對涂層的硬 化、強化效果;改善操作工藝功用。
●銅元素的效果:進步對非氧化性酸的耐蝕性。
●鉻元素的效果:固溶強化效果、鈍化效果;進步耐蝕功用和抗高溫氧化功用;富余的鉻容易與碳、硼構成碳化鉻、硼化鉻硬質相然后進步合金硬度和耐磨性。
●鉬元素的效果:原子半徑大,固溶后使晶格發作大的畸變,顯著強化合金基體,進步基體的高溫強度和紅硬性;能夠切斷、下降涂層中的網狀安排;進步抗氣蝕、沖蝕能力鎳基精細合金。
包含鎳基軟磁合金、鎳基精細電阻合金和鎳基電熱合金等。較常用的軟磁合金是含鎳80%左右的玻莫合金,其較大磁導率和開始磁導率高,矯頑力低,是電子工業中重要的鐵芯資料。鎳基精細電阻合金的首要合金元素是鉻、鋁、銅,這種合金具有較高的電阻率、較低的電阻率溫度系數和杰出的耐蝕性,用于制作電阻器。鎳基電熱合金是含鉻20%的鎳合金,具有杰出的抗氧化、抗腐蝕功用,可在1000~1100℃溫度下長期運用。
鎳基形狀回憶合金
含鈦50(at)%的鎳合金。其回復溫度是70℃,形狀回憶效果好。少量改動鎳鈦成分份額,可使回復溫度在30~100℃范圍內改變。多用于制作航天器上運用的主動張開結構件、宇航工業用的自鼓勵緊固件、生物醫學上運用的人工心臟馬達等。