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鎳基高溫合金的發(fā)展趨勢(shì) 以鎳為基體(含量一般大于50%) 在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。 發(fā)展過(guò)程 鎳基高溫合金(以下簡(jiǎn)稱鎳基合金)是30年代后期開(kāi)始研制的。英國(guó)于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti);為了提高蠕變強(qiáng)度又添加鋁,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國(guó)于40年代中期,蘇聯(lián)于40年代后期,中國(guó)于50年代中期也研制出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個(gè)方面:合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的革新。50年代初,真空熔煉技術(shù)的發(fā)展,為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50年代后期,由于渦輪葉片工作溫度的提高,要求合金有更高的高溫強(qiáng)度,但是合金的強(qiáng)度高了,就難以變形,甚至不能變形,于是采用熔模精密鑄造工藝,發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結(jié)晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要,60年代以來(lái)還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時(shí)間內(nèi),鎳基合金的工作溫度從 700℃提高到1100℃,平均每年提高10℃左右。
鎳基耐蝕合金多具有奧氏體組織。在固溶和時(shí)效處理狀態(tài)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 在還原性介質(zhì)中耐蝕性優(yōu)于鎳,而在氧化性介質(zhì)中耐蝕性又優(yōu)于銅,它在無(wú)氧和氧化劑的條件下,是耐高溫氟氣、氟化氫和***的的材料(見(jiàn)金屬腐蝕)。
Ni-Cr合金 主要在氧化性介質(zhì)條件下使用??垢邷匮趸秃颉⑩C等氣體的腐蝕,其耐蝕性隨鉻含量的增加而增強(qiáng)。這類合金也具有較好的耐氫氧化物(如NaOH、KOH)腐蝕和耐應(yīng)力腐蝕的能力。
Ni-Mo合金 主要在還原性介質(zhì)腐蝕的條件下使用。它是耐yan酸腐蝕的的一種合金,但在有氧和氧化劑存在時(shí),耐蝕性會(huì)顯著下降。
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-還原混合介質(zhì)條件下使用。這類合金在高溫氟化氫氣中、在含氧和氧化劑的yan酸、***溶液中以及在室溫下的濕lv氣中耐蝕性良好。
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-還原性混合酸中也有很好的耐蝕性。
GH500 Udimet500 合金采用高Al高Ti沉淀強(qiáng)化的時(shí)效合金,具有高的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度,應(yīng)用于直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)渦部分。
GH520 Udimet520 該合金是一種合金化程度較高的沉淀強(qiáng)化鎳基合金,可在980℃以下長(zhǎng)期使用,在高溫下具有良好的抗拉強(qiáng)度、較高的高溫硬度和好的抗氧化性能。
GH536 HastelloyX 合金性能水平與GH3044合金相當(dāng),適用于制作在900℃以下長(zhǎng)期使用的發(fā)動(dòng)機(jī)室及其它高溫部件。
GH586 為我國(guó)自行研制的難變形鎳基高溫合金,合金在-196℃~800℃范圍內(nèi),具有高的屈服強(qiáng)度和持久蠕變強(qiáng)度和良好的抗氧化性能,現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)綜合性能的渦材料。在1050℃以上對(duì)鈉鹽的耐蝕能力稍差。
GH600 Inconel600 固溶強(qiáng)化的耐熱耐蝕合金,具有良好的抗高溫腐蝕性能、抗氧化性能、冷熱加工性能、低溫機(jī)械性能、冷熱疲勞性能。650℃下具有較高的強(qiáng)度,成型性好,易于焊接。
GH625 Inconel625 合金具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能,從低溫到980℃具有良好的拉伸性能和疲勞性能,以及耐鹽霧下的應(yīng)力腐蝕。
GH648 эп648 高鉻合金,在高溫條件下具有良好的耐蝕性能和綜合力學(xué)性能。
GH698 эи698 >在550~800℃范圍內(nèi)具有高的持久強(qiáng)度和良好的綜合性能,與Waspaloy合金性能水平相當(dāng)。
GH708 эп708 新型鎳基時(shí)效合金,該合金具有較高的高溫強(qiáng)度,優(yōu)良的抗氧化性能和一定的可焊性能,可在900℃下長(zhǎng)期使用。
GH864 Waspalloy 合金在540~815℃溫度范圍內(nèi)具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能,工藝塑性良好,組織。
GH742 эп742ид rowspan="2" 合金在750~950℃具有良好的高溫性能,是目前變形高溫合金中合金化程度的渦材料,在大推力發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。
哈氏合金(Hastelloy alloy)
一、引言
哈氏合金是鎳基合金的一種,目前主要分為B、C、G三個(gè)系列,它主要用于鐵基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不銹鋼、非金屬材料等無(wú)法使用的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合,在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于石油、化工、環(huán)保等諸多領(lǐng)域。其牌號(hào)和典型使用場(chǎng)合如下表所示。
為改善哈氏合金的耐蝕性能和冷、熱加工性能,哈氏合金先后進(jìn)行了三次重大改進(jìn), 其發(fā)展過(guò)程如下:
B系列 :B → B-2(00Ni70Mo28) → B-3
C系列 :C → C-276(00Cr16Mo16W4) → C-4(00Cr16Mo16) → C-22 (00Cr22Mo13W3) → C-2000(00Cr20Mo16)
G系列 :G → G-3(00Cr22Ni48Mo7Cu) → G-30(00Cr30Ni48Mo7Cu)
目前使用廣泛的是第二代材料N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)、N06455(C-4)和N06985(G-3)。第三代材料N10675(B-3)、N10629(B-4)、N06059(C-59)處于推廣階段。由于冶金技術(shù)的進(jìn)步,近年來(lái)出現(xiàn)了多個(gè)牌號(hào)的含~6%Mo的所謂“超級(jí)不銹鋼”,替代了G系列合金,使得G系列合金的生產(chǎn)和使用迅速下降。
三、力學(xué)性能
哈氏合金的力學(xué)性能非常突出,它具有高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn),所以在機(jī)加工方面有一定的難度,而且其應(yīng)變硬化傾向極強(qiáng),當(dāng)變形率達(dá)到15%時(shí),約為18-8不銹鋼的兩倍。哈氏合金還存在中溫敏化區(qū),其敏化傾向隨變形率的增加而增大。當(dāng)溫度較高時(shí),哈氏合金易吸收有害元素使它的力學(xué)性能和耐腐蝕性能下降。