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    鎳基合金知識

    作者: 來源: 日期:2019-3-22 15:15:57

    以鎳為基加入其他元素組成的合金就叫鎳合金。鎳具有良好的力學、物理和化學性能,添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蝕性、高溫強度和改善某些物理性能。鎳合金可作為電子管用材料、精密合金(磁性合金、精密電阻合金、電熱合金等)、鎳基高溫合金以及鎳基耐蝕合金和形狀記憶合金等。在能源開發、化工、電子、航海、航空和航天等部門中,鎳合金都有廣泛用途。鎳能與銅、鐵、錳、鉻、硅、鎂組成多種合金。其中鎳銅合金是著名的蒙乃爾合金,它強度高,塑性好,在750度以下的大氣中,化學性能穩定,廣泛用于電氣工業,真空管,化學工業,醫療器材和航海船舶工業等方面。

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    一、鎳基合金定義

    鎳基合金一般以Ni含量超過30wt%之合金稱之,常見產品之Ni含量都超過50wt%, 由于具有超群的高溫機械強度與耐蝕性質,與鐵基和鈷基合金合稱為超合金(Superalloy),一般是應用在540℃以上的高溫環境,并依其使用場合,選用不同合金設計,多用于特殊耐蝕環境、高溫腐蝕環境、需具備高溫機械強度之設備。常應用于航天、能源、石化工業或特殊電子/光電等領域。

    二、起源與發展

    鎳基合金是30年代后期開始研制的,英國于1941年首先生產出鎳基合金 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti);為了提高潛變強度又添加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出鎳基合金。鎳基合金的發展包括兩個方面,即合金成分的改良和生產技術的革新。

    50年代初,真空熔煉技術的發展,為煉制含高Al和Ti 的鎳基合金創造了條件,而帶動了合金強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度,但是合金的強度高了,就難以變形,甚至不能變形,于是采用精密鑄造技術,發展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。60年代中期發展出性能更好的方向性結晶和單晶高溫合金,以及粉末冶金高溫合金。

    為了滿足艦船和工業燃氣輪機的需要,60年代以來還發展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩定的高Cr鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內,鎳基合金的工作溫度從700 提高1,100℃,平均每年提高10℃左右。時至今日,鎳基合金之使用溫度已可超過1,100℃,從前述最初成份簡單之Nimonic75 合金,到近期發展出之MA6000 合金,在1,100℃時拉伸強度可達2,220MPa、屈服強度為192MPa;其1,100℃/137MPa條件下之持久強度約達1,000小時,可用于航空發動機葉片。


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