鎳基合金是指在650~1000℃高溫下有較高的強(qiáng)度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。按照主要性能又細(xì)分為鎳基耐熱合金,鎳基耐蝕合金,鎳基耐磨合金,鎳基精密合金與鎳基形狀記憶合金等。高溫合金按照基體的不同,分為:鐵基高溫合金,鎳基高溫合金與鈷基高溫合金。其中鎳基高溫合金簡稱鎳基合金。
鎳基合金主要分類
鎳基耐蝕合金
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。
鎳基耐磨合金
主要合金元素是鉻、鉬、鎢,還含有少量的鈮、鉭和銦。除具有耐磨性能外,其抗氧化、耐腐蝕、焊接性能也好??芍圃炷湍チ悴考?,也可作為包覆材料,通過堆焊和噴涂工藝將其包覆在其他基體材料表面。
●鉬元素的作用:原子半徑大,固溶后使晶格發(fā)生大的畸變,顯著強(qiáng)化合金基體,提高基體的高溫強(qiáng)度和紅硬性;可以切斷、降低涂層中的網(wǎng)狀組織;提高抗氣蝕、沖蝕能力。
鎳基精密合金
包括鎳基軟磁合金、鎳基精密電阻合金和鎳基電熱合金等。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)率和起始磁導(dǎo)率高,矯頑力低,是電子工業(yè)中重要的鐵芯材料。鎳基精密電阻合金的主要合金元素是鉻、鋁、銅,這種合金具有較高的電阻率、較低的電阻率溫度系數(shù)和良好的耐蝕性,用于制作電阻器。鎳基電熱合金是含鉻20%的鎳合金,具有良好的抗氧化、抗腐蝕性能,可在1000~1100℃溫度下長期使用。
鎳基記憶合金
含鈦50(at)%的鎳合金。其回復(fù)溫度是70℃,形狀記憶效果好。少量改變鎳鈦成分比例,可使回復(fù)溫度在30~100℃范圍內(nèi)變化。多用于制造航天器上使用的自動張開結(jié)構(gòu)件、宇航工業(yè)用的自激勵緊固件、生物醫(yī)學(xué)上使用的人造心臟馬達(dá)等。
重要特征
高溫性能:鎳基合金具有出色的高溫強(qiáng)度和抗氧化性能,能夠在高溫環(huán)境下保持較高的力學(xué)性能。它的高溫強(qiáng)度和耐蠕變性使其成為航空航天和石油化工等領(lǐng)域高溫應(yīng)用的理想選擇。
耐腐蝕性:鎳基合金表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性能,能夠抵抗酸性和堿性介質(zhì)的侵蝕。它在各種腐蝕性環(huán)境下都能夠保持良好的性能,包括硫酸、鹽酸和氯化物等。
機(jī)械性能:鎳基合金具有良好的機(jī)械性能,包括高強(qiáng)度和良好的塑性。它的高強(qiáng)度使其能夠承受高載荷和振動環(huán)境,而良好的塑性使其易于加工成各種形狀的零件和組件。
熱膨脹性:鎳基合金具有較低的熱膨脹系數(shù),使其在高溫環(huán)境下與其他材料的熱膨脹系數(shù)匹配,減少了熱應(yīng)力的產(chǎn)生,提高了零件的穩(wěn)定性和壽命。
應(yīng)用領(lǐng)域
5、食品領(lǐng)域:制鹽,醬油釀造等。
6、航空領(lǐng)域:國外同類合金已廣泛應(yīng)用于600℃以下的噴氣發(fā)動機(jī)燃燒室、渦輪葉片等高溫部件,并經(jīng)過了長時間的考驗。在日本,燃燒室和其他部件都是由這種合金制成的。
在以上的眾多領(lǐng)域中,普通不銹鋼304是無法勝任的,在這些特殊的領(lǐng)域中,特種不銹鋼是不可缺少的,也是不可被替代的。近幾年來,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)達(dá),隨著工業(yè)領(lǐng)域的層次的不斷提高,越來越多的項目需要檔次更高的不銹鋼。隨著各行業(yè)對鎳基合金需求量的增長。2011年我國鎳基合金市場規(guī)模達(dá)到230.7億元,同比增長率19.47%。因此,行業(yè)發(fā)展水平處于穩(wěn)步上升趨勢。
4、Monel合金,即蒙乃爾合金,比如說蒙乃爾400,主要成分是;65Ni-34Cu;屬于耐蝕合金;
發(fā)展歷史
鎳基高溫合金(以下簡稱鎳基合金)是30年代后期開始研制的。英國于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)。美國于40年代中期,蘇聯(lián)于40年代后期,中國于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。
鎳基高溫合金中應(yīng)用最為廣泛。主要原因在于,一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素,且能保持較好的組織穩(wěn)定性;二是可以形成共格有序的 A3B型金屬間化合物γ[Ni3(Al,Ti)]相作為強(qiáng)化相,使合金得到有效的強(qiáng)化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)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?xì)飧g能力。鎳基合金含有十多種元素,其中Cr主要起抗氧化和抗腐蝕作用,其他元素主要起強(qiáng)化作用。根據(jù)它們的強(qiáng)化作用方式可分為:固溶強(qiáng)化元素,如鎢、鉬、鈷、鉻和釩等;沉淀強(qiáng)化元素,如鋁、鈦、鈮和鉭;晶界強(qiáng)化元素,如硼、鋯、鎂和稀土元素等。鎳基高溫合金按強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化型合金和沉淀強(qiáng)化型合金。
熱處理方面:變形合金和部分鑄造合金需進(jìn)行熱處理,包括固溶處理、中間處理和時效處理,以Udmet 500合金為例,它的熱處理制度分為四段:固溶處理,1175℃,2小時,空冷;中間處理,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。以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。
代表牌號
進(jìn)口高溫合金牌號:哈氏系列C-276、C-22、C-2000、C-4、B-3、G-30、ALLOY59、Inconel600、Inconel601、Inconel625、Inconel718、Inconel X750、Incoloy800、Incoloy800H、Incoloy800HT、Incoloy825、Monel400、Monel k500、Alloy20、Alloy 28 、Alloy31、RA330、RA333、N02201、NIMONIC系列、MP35N、ELGILOY、HAYNES HR-120 / HR-160 、HAYNES 556/242/230等。
純 鎳:NI201、NI200等。
變形高溫合金牌號:GH1015、GH1016、GH1035、GH1040、GH1131、GH1139、GH1140、GH1180、GH1333、GH2132、GH2136、GH2696、GH2747、GH2018、GH2026、GH2036、GH2038、GH2130、GH2135、GH2136、GH2150、GH2302、GH2328、GH2706、GH2761、GH2787、GH2901、GH2903、GH2907、GH2909、GH2984、GH3128、GH3039、GH3030、GH3044、GH3536、GH3230、GH3170、GH3181、GH3600、GH3625、GH3652、GH4049、GH4090、GH4099、GH4105、GH4141、GH4145、GH4169、GH4648、GH4738、GH4202、GH4080A、GH4093、GH4098、GH4133、GH4137、GH4163、GH4199、GH4220、GH4413、GH4500、GH4586、 GH4698、 GH4708、 GH4710、 GH4720Li、GH4742、GH5605、GH5188、GH6159、GH6783等。
鑄造高溫合金牌號:K213 、K403 、K417、K417G、 K418 、K418B、 K423、 K424、 K438 、K465、K4169、K4163、K644、MAR-M246、MA956等 。DZ404、DZ405、DZ406、DZ408 、DZ411、 DZ417G、 DZ422 、DZ422B、DZ438G、DZ468、DZ4125、DZ4125L、DZ4951、DZ640M等。DD402、DD403、DD404、DD406、DD407、DD408、DD426、DD432、DD499等。
耐蝕合金牌號:NS111、NS112、NS113、NS142、 NS143、 NS312、 NS313、NS315、 NS321、 NS322、 NS333、 NS334、 NS335、NS336、N08800、N08810、N08110、N08120等。
特種不銹鋼牌號:2205、2507、2520、317L、310S、904L、254smo、253ma、316lmod、725ln尿素鋼、AL-6XN、1.4529、Nitronic50、Nitronic60等。
精密合金牌號:1J22、1j31、1j34、1j36、1j38、1j46、1J50、1J79、1j85、2j04、2j07 、2j09、 2j10 、2j11、 2j12、2J85、3j01、3j21、3j33、3j53、4j9、4j28、4J29、4J32、4j33、4j34、4J36/Invar、4j39、4j40、4J42、4j50、4j52、5j11、5j16、6j20、6J22、6j23、6J40康銅、Hiperco27、Hiperco50等。