鎳基合金之生產(chǎn)技術(shù)

傳統(tǒng)之鎳基合金的生產(chǎn)流程為鎳原料→ 鎳合金鑄錠(熔煉)→二次精煉→加工→成品→下游應(yīng)用

一般鎳基合金生產(chǎn)之流程圖

其它如針對航天應(yīng)用等之特殊需求，則發(fā)展出如方向性凝固，單晶鑄造，粉末冶金等特殊技術(shù)。本文即針對傳統(tǒng)上生產(chǎn)鎳基合金之關(guān)鍵技術(shù)，如熔煉、熱加工，湖北購買激光熔覆粉末售后服務(wù)、熱處理等做簡要的介紹。

鎳基合金之成分組成以Ni-Cr-Fe為主， 其它元素的添加如Cu、Si、Mn、Al、Ti、Nb、W，湖北購買激光熔覆粉末售后服務(wù)，湖北購買激光熔覆粉末售后服務(wù)、C等。一般從文獻(xiàn)可了解這些元素對超合金材料的影響，但若要重組或添加新的合金成份，并了解其在微組織之交互作用， 近來已有以材料性質(zhì)模擬軟件，可進(jìn)行合金系統(tǒng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的計(jì)算，協(xié)助提供高性價(jià)比之方向，可提高合金設(shè)計(jì)的效率。

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鎳基合金的強(qiáng)化依元素作用方式可分為：

(1)固溶強(qiáng)化元素，藉由此類原子半徑與基材的不同，在Ni-Fe之基地造成局部晶格應(yīng)變來強(qiáng)化材料；

(2)析出強(qiáng)化元素則如Al、Ti、Nb和Ta等，可以形成整合性有序的A3B型金屬間化合物，如Ni3(Al,Ti)等強(qiáng)化相(γ’)，使合金得到有效的強(qiáng)化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基合金更高的高溫強(qiáng)度；

(3)晶界強(qiáng)化元素，一般鎳基合金的牌號由其所開發(fā)廠家來命名，如Ni-Cu合金又稱為Monel合金，常見如Monel 400、K-500等。Ni-Cr合金一般稱為 Inconel合金，也就是常見之鎳基耐熱合金，主要在氧化性介質(zhì)條件下使用 若是Inconel合金中加入較高量的Fe來取代Ni，則為Incoloy合金，其耐高溫程度不如鎳基析出硬化型合金，但價(jià)格便宜，可用于噴射引擎里溫度較低部份的組件及石化廠反應(yīng)器等，如Incoloy  800H、825等。若于Inconel與Incoloy中加入析出強(qiáng)化元素，如Ti、Al、Nb等，則成為析出硬化型(鐵)鎳基合金，可于高溫下仍保有良好的機(jī)械強(qiáng)度與抗蝕性，多用于噴射引擎的組件，如 Inconel  718 、Incoloy  A-286 等。而 Ni-Cr-Mo(-W)(-Cu) 合金則稱為哈氏耐蝕合（Hastelloy)，其中Ni-Cr-Mo主要在還原性介質(zhì)腐蝕的條件下使用。Hastelloy的**牌號如C-276、C-2000等

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鎳基合金的特性：

以鎳為基加入其他元素組成的合金。鎳具有良好的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蝕性、高溫強(qiáng)度和改善某些物理性能。鎳基高溫合金在650～1000℃高溫下有較高的強(qiáng)度和抗氧化、抗燃?xì)飧g能力，是高溫合金中應(yīng)用**廣、高溫強(qiáng)度比較高的一類合金。

應(yīng)用方向：

鎳合金主要用于熱處理工業(yè)的爐輥、鐘式爐及退火爐，化工和石油化工的蒸汽裂化粗汽油爐，核工業(yè)的核廢料清洗設(shè)備，冶金工業(yè)的鐵礦石、海綿鈦還原工藝等。同時(shí)也用于自動(dòng)化裝置如催化支撐系統(tǒng)、火花塞，閥門密封件，以及噴涂材料等。  鎳基合金粉末可用于3D打印激光/電子束增材制造（SLM/EBM）、激光直接沉積（DLD）、粉末熱等靜壓成型（HIP）、金屬注塑模成型（MIM）、冷/熱噴涂涂層等工藝。

鎳基合金的起源和發(fā)展：

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 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高潛變強(qiáng)度又添加Al，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al)；而美國于40年代中期，俄羅斯于40年代后期，中國于50年代中期也先后開發(fā)出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個(gè)方面，即合金成分的改良和生產(chǎn)技術(shù)的革新。如50年代初，真空熔煉技術(shù)的發(fā)展，為煉制含高Al和Ti 的鎳基合金創(chuàng)造了條件，而帶動(dòng)了合金強(qiáng)度與使用溫度的大幅提高。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，于是采用精密鑄造技術(shù)，發(fā)展出一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金。

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60年代中期發(fā)展出性能更好的方向性結(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Cr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1,100℃，平均每年提高10℃左右。時(shí)至***，鎳基合金之使用溫度已可超過1,100℃，從前述**初成份簡單之Nimonic75 合金，到近期發(fā)展出之MA6000 合金，在1,100℃時(shí)拉伸強(qiáng)度可達(dá)2,220MPa、屈服強(qiáng)度為192MPa；其1,100℃/137MPa條件下之持久強(qiáng)度約達(dá)1,000小時(shí)，可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片。

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具有在氧化和還原兩氣氛狀態(tài)中，對大多數(shù)腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，以及出色的耐孔蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力開裂腐蝕性能，此類合金因減少了C、Si，所以可以控制碳化物的析出，而更提高其耐腐蝕性能。因?yàn)榇祟愔匦裕?**作為化學(xué)設(shè)備等苛刻環(huán)境下的應(yīng)用材料。此外，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。

此外，合金元素能促使合金表面生成致密的腐蝕 產(chǎn)物保護(hù)膜，如形成Cr2O3, Al2O3等氧化層，提供材料抵抗各類腐蝕環(huán)境的保護(hù)層，因此鎳基耐蝕合金通常含有Cr、Al這兩種元素之一或兩者都有 湖北購買激光熔覆粉末售后服務(wù)

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