镍基合金锻环 Monel400光亮锻造镍铜合金

镍基高温合金的定义：

   镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。

  镍基高温合金是一种在镍基体中加入少量的铝、钛和铬、铌、钨、钼、钒、锆等合金元素及适量的稀土元素，形成一种以镍为主体的合金。这种镍基合金主要利用铝、钛在镍基奥氏体中形成细小而弥散分布的金属间化合物，是基体得到强化。同时，铌、钨、钼等合金元素的加入，使化合物的结构复杂化。另一方面除了固溶于奥氏体基体中以外，还析出它们的碳化物。锆、硼等元素则能强化晶界。所以这些作用，都使合金的高温强度得到提高。铬的作用主要使合金具有良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能。根据对合金组织的研究表明，为了提高强度，必须大量加入强化元素，如铬等，但同时又要尽量减少铬的含量，否则会出现脆性相对组织。所以镍基合金中有一类是低含铬量的。前者强度较高，但抗氧化和耐腐蚀性较差，使用时表明要进行渗铝或渗铬。后者的强度较前者稍低，但不需采用复杂的表面保护措施，使用方便。这两类镍基高温合金的高温性功能皆比热强度钢优越，广泛用于工作温度在800～1000℃以上的场合，用来制造航空燃气涡轮叶片及大型燃气涡轮叶片、导向叶片等。

镍基高温合金的特性：

 镍基合金是高温合金中应用广、高温强度高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。

　　镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。

　　·固溶强化型合金

　　具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力，见表1)的部件，如燃气轮机的燃烧室。

　　·沉淀强化型合金

　　通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能，可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十几公斤力以上，见表2) 的部件，如燃气轮机的涡轮叶片、涡轮盘等。

镍基高温合金的组织：

   镍基合金的显微组织特点及其发展情况，合金中除奥氏体基体外，还有在基体中弭散分布的γ'相，在晶界上的二次碳化物和在凝固时析出的一次碳化物和硼化物等。随着合金化程度的提高，其显微组织的变化有如下趋势：γ'相数量逐渐增多，尺寸逐渐增大，并由球状变成立方体，同一合金中出现尺寸和形态不相同的γ'相。在铸造合金中还出现在凝固过程中形成的γ+γ'共晶，晶界析出不连续的颗粒状碳化物并被γ'相薄膜所包围，组织的这些变化改善了合金的性能。 

   现代镍基合金的化学成分十分复杂，合金的饱和度很高，因此要求对每个合金元素(尤其是主要强化元素)的含量严加控制，否则会在使用过程中容易析出有害相，如σ、µ相，损害合金的强度和韧性。在镍基铸造高温合金中发展出了定向结晶涡轮叶片和单晶涡轮叶片。      

   定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而改善了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界，不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度，并进一步改善了合金的综合性能。

镍基高温合金的生产工艺：

 镍基合金，特别是沉淀强化型合金含有较高的铝、钛等合金元素。通常采用真空感应炉熔炼，并经真空自耗炉火电渣炉重熔。热加工采用锻造、轧制工艺，对于高合金化合金，由于热塑性差，则采用挤压开坯后轧制或用软钢（或不锈钢）包套直接挤压工艺。铸造合金通常用真空感应炉熔炼母合金，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。

  变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmt500合金为例，他的热处理制度分为四段：固溶处理，1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；一次时效处理，843℃，24小时，空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。

镍基高温合金Monel400的用途：

是一种多用途的材料，在许多工业领域都可以应用：

1）动力工厂中的无缝输水管、蒸汽管；

2）海水交换器和蒸发器；

3）硫酸和酸碱环境；

4）原油蒸馏；

5）海洋结构物表层及海水淡化设备；

6）制盐装置；

7）在海水使用设备的泵轴和螺旋桨；

8）核工业用于制造铀提炼和同位素分离的设备；

9）制造生产盐酸设备使用的泵和阀。

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