上海商虎合金集团

　　镍基合金是指650~1000℃一类合金在高温下具有较高的强度和一定的抗氧化腐蚀性。

　　分为镍基耐热合金、镍基耐腐蚀合金、镍基耐磨合金、镍基精密合金、镍基形状记忆合金等。

　　高温合金分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。镍基高温合金称为镍基合金。

　　镍基合金的代表材料有：

　　1，Incoloy合金，如Incoloy主要成分为800，32Ni-21Cr-Ti,Al；耐热合金；

　　2，Inconel合金，如Inconel主要成分为600，73Ni-15Cr-Ti,Al；耐热合金；

　　3，Hastelloy合金，即哈氏合金，如哈氏合金C-主要成分为276，56Ni-16Cr-16Mo-4W；耐腐蚀合金；

　　4，Monel蒙乃尔400等蒙乃尔合金，主要成分是；65Ni-34Cu；耐腐蚀合金；

　　主要合金元素

　　铬、钨、钼、钴、铝、钛、硼、锆等主要合金元素。其中Cr，Ai它主要起到固溶强化、沉淀强化、晶界强化等抗氧化作用。其中Cr，Ai它主要起到固溶强化、沉淀强化、晶界强化等抗氧化作用。

　　在650～1000℃由于高温强度和耐氧化腐蚀性足够高，常用于制造航空发动机叶片和火箭发动机、核反应堆和能源转换设备。

　　发展历史

　　镍基高温合金(以下简称镍基合金)于20世纪30年代末开发。1941年，英国首次生产镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度，增加铝Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。20世纪40年代中期，苏联在20世纪40年代末开发了镍基合金。镍基合金的发展包括合金成分的改进和生产过程的创新两个方面。20世纪50年代初，真空熔炼技术的发展为含有高铝和钛的镍基合金的炼制创造了条件。早期镍基合金多为变形合金。20世纪50年代末，由于涡轮叶片工作温度的升高，合金需要更高的高温强度，但合金强度高，难以变形，甚至不能变形。因此，采用熔模精密铸造工艺，开发了一系列高温强度好的铸造合金。在20世纪60年代中期开发了更好的定向晶体、单晶高温合金和粉末冶金高温合金。自20世纪60年代以来，开发了一批耐热腐蚀性好、组织稳定的高铬镍基合金，以满足船舶和工业燃气轮机的需要。从20世纪40年代初到70年代末，镍基合金的工作温度从40年左右开始 700℃提高到1100℃，平均每年增加10℃左右。

　　成分和性能

　　镍基高温合金应用最广泛。主要原因是镍基合金能溶解更多的合金元素，保持良好的组织稳定性；二是形成共格有序 A3B型金属间化合物γ[Ni3(Al，Ti)]作为强化相，有效强化合金获得高温强度高于铁基高温合金和钴基高温合金；第三，铬镍基合金比铁基高温合金具有更好的抗氧化性和耐燃气腐蚀性。镍基合金含有十多种元素Cr主要起抗氧化和耐腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据其强化方法，可分为钨、钼、钴、铬、钒等固溶强化元素；铝、钛、铌、钽等沉淀强化元素；硼、锆、镁、稀土元素等晶界强化元素。

　　镍基高温合金包括固溶强化合金和沉淀强化合金。

　　生产工艺

　　冶炼：为了获得更纯净的钢水，降低气体和有害元素的含量；同时，一些合金含有易氧化元素，如Al，Ti如果存在，非真空冶炼难以控制；为了获得更好的热塑性，镍基耐热合金通常通过真空感应炉熔化，甚至通过真空感应冶炼和真空自耗炉或渣炉重熔。

　　变形:采用锻造轧制工艺，直接挤压热塑性差的合金，甚至挤压开坯或软钢(或不锈钢)包装。变形的目的是破碎铸造组织，优化微组织结构。

　　铸造：真空感应炉熔化母合金通常用于保证成分和控制气体和杂质的含量，并通过真空重熔-精密铸造制成零件。

　　热处理：变形合金和部分铸造合金需要热处理，包括固溶处理、中间处理和及时处理Udmet 以500合金为例，其热处理系统分为固溶处理和1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；时效处理，843℃，24小时空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。获得所需的组织状态和良好的综合性能。

　　镍基耐腐蚀合金

　　铜、铬、钼是主要合金元素。综合性能好，耐酸腐蚀和应力腐蚀。镍铜是第一个应用(1905年在美国生产)（Ni-Cu）合金，称蒙乃尔合金(Monel合金Ni 70 Cu30)；还有镍铬（Ni-Cr）合金(即镍基耐热合金、耐腐蚀合金中的耐热腐蚀合金)、镍钼（Ni-Mo）北京钢铁研究哈氏合金B系列，北京钢铁研究企业，主要指哈氏合金B系列，上海康盛特种合金有限公司、北京金融科技有限公司、宝钛集团稀有金属材料有限公司等。)、镍铬钼（Ni-Cr-Mo）合金（主要指哈氏合金C系列、北京钢铁研究院、北京金融科技有限公司、宝钛集团稀有金属材料公司等国内专业耐腐蚀合金生产企业)。)、镍铬钼（Ni-Cr-Mo）合金（主要指哈氏合金C系列、北京钢铁研究所、北京金融科技有限公司、宝钛集团稀有金属材料公司等国内专业耐腐蚀合金生产企业)。同时，纯镍也是镍基耐腐蚀合金的典型代表。镍基耐腐蚀合金主要用于制造石油、化工、电力等耐腐蚀环境部件。

　　类别 镍基耐腐蚀合金多为奥氏体组织。金属间相和金属碳氮化物存在于合金的奥氏体基体和晶界中。各种耐腐蚀合金的分类及其特点如下：

　　Ni-Cu合金 还原介质的耐腐蚀性优于镍，氧化介质的耐腐蚀性优于铜。它是耐高温氟、氟化氢和氢氟酸(见金属腐蚀)的最佳材料。

　　Ni-Cr合金 即镍基耐热合金；主要用于氧化介质。随着铬含量的增加，耐高温氧化和硫、钒等气体的腐蚀性增强。这种合金也有更好的耐氢氧化物(如NaOH、KOH）耐腐蚀性和耐应力腐蚀性。

　　Ni-Mo合金 主要用于还原介质腐蚀。它是耐盐酸腐蚀的最佳合金，但当有氧和氧化剂存在时，耐腐蚀性会显著降低。

　　Ni-Cr-Mo(W)合金 兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的性能。混合介质主要用于氧化还原。该合金在高温氟化氢、含氧和氧化剂的盐酸、氢氟酸溶液和室温下的湿氯中具有良好的耐腐蚀性。

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

　　镍基耐磨合金

　　铬、钼、钨是主要的合金元素，还含有少量的铌、钽和锆。除耐磨外，还具有抗氧化、耐腐蚀、焊接性能。通过堆焊和喷涂工艺，可制造耐磨零件或涂层材料。

　　镍基合金粉包括自熔合金粉和非自熔合金粉。

　　非自熔镍基粉末是指不含B、Si或B、Si镍基合金粉末含量低。广泛应用于等离子弧喷涂、火焰喷涂和等离子体表面强化。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。

　　在镍合金粉中加入适量B、Si镍基自熔合金粉末形成。

　　在镍合金粉中加入适量B、Si镍基自熔合金粉末形成。所谓自熔合金粉末，又称低熔合金和硬面合金，是在镍、钴和铁基合金中加入低熔点共晶体（主要是硼和硅）形成的一系列粉末材料。镍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、高钼镍基自熔合金粉末，高铬钼镍基自熔合金粉末Ni-Cr-W-C自熔合金粉末、高铜自熔合金粉末、碳化钨弥散镍基自熔合金粉末等。

　　合金中各种元素的作用：

　　●硼和硅的作用：显著降低合金熔点，扩大固液相线温度区，形成低熔共晶体；脱氧还原和造渣功能；涂层硬度 提高操作工艺性能。

　　●铜的作用：提高非氧化性酸的耐腐蚀性。●铬的作用:固体溶解强化；提高耐腐蚀性和耐高温氧化性；多余的铬容易与碳和硼形成碳化铬和硼化铬的硬度，从而提高合金的硬度和耐磨性。

　　●钼的作用：原子半径大，固体溶解后晶格变形大，显著增强合金基体，提高高温强度和红硬度，切断和减少涂层中的网状组织，提高耐腐蚀性和耐腐蚀性。

　　包括镍基软磁合金、镍基精密电阻合金和镍基电热合金。最常用的软磁合金是含镍80%左右的玻莫合金，其最大磁导率和初始磁导率高，矫顽力低，是电子工业中重要的铁芯材料。镍、铝、铜是镍基精密电阻合金的主要合金元素，电阻率高，电阻温度系数低，耐腐蚀性好。镍基电热合金是含铬20%的镍合金，具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，可达1000~11000℃长期在温度下使用。

　　镍基记忆合金

　　含钛50（at)镍合金%。回复温度为70℃，形状记忆效果好。镍钛成分比例的少量变化可使回复温度为30~100℃范围内的变化。主要用于制造航天器上使用的自动开放结构件、航天工业自激励紧固件、生物医学中使用的人工心脏电机等。

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