Inconel718（GH4169）鎳基高溫合金發(fā)展與用途

Inconel718于 1959 年發(fā)明于美國國際鎳公司亨廷頓分公司（INCO Huntington Alloys）， 由 H.L.Eiselstein 成功研制出，并在 60 年代將其應(yīng)用到渦輪零部件中，成為了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要應(yīng)用材料；20世紀(jì)70年代，開始重點(diǎn)研究 Inconel718合金內(nèi)部相的析出規(guī)律及強(qiáng)化機(jī)理，同時(shí)開始大規(guī)模運(yùn)用到民用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上； 80 年代，將傳統(tǒng)鑄造 GH4169 合金與 Inconel718合金粉末相結(jié)合制造出了更具有良好力學(xué)性能的合金；直到 90 年代，快速成型、選區(qū)激光熔化成形技術(shù)、選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)等成形方法的出現(xiàn)，將 Inconel718 合金的應(yīng)用領(lǐng)域開闊出了更為廣泛的領(lǐng)域。一、

Inconel718介紹：

Inconel718是Fe-Ni-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，長期使用溫度范圍-253~650℃，短期使用溫度在800℃，在650℃以下時(shí)具有高強(qiáng)度、良好的韌性以及在高低溫環(huán)境均具有耐氧化耐腐蝕性。以及良好的加工性能和焊接性能和長期組織穩(wěn)定性。

鎳基高溫合金發(fā)展于上世紀(jì) 40 年代飛機(jī)引擎的需要，經(jīng)過 70 多年的發(fā)展，已經(jīng)成為和民用高溫零部件不可替代的關(guān)鍵材料。

其中GH4169高溫合金(國外牌號(hào)為Inconel 718)是 以fcc奧氏體為基，以γ″（Ni3Nb）為主要強(qiáng)化相，并輔 以γ′(Ni3(Al、Ti)強(qiáng)化的鎳基高溫合金。GH4169高溫合金具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、抗氧化、抗蠕變、抗腐蝕能力和良好的疲勞特性。尤其在 650℃高溫下，其力學(xué)性能具有很好的穩(wěn)定性，能夠 在600～1200℃下承受一定的工作壓力；因此， GH4169高溫合金被廣泛地制造工作葉片、導(dǎo)向葉片、渦輪盤和燃燒室等。

傳統(tǒng)制造方法加工成形 GH4169 鎳基高溫合金存在多種困難，如刀具消耗磨損大、 加工復(fù)雜、成形件自由度低、制造成本較大、后加工程序多而復(fù)雜等，選區(qū)激光熔化成 形(SLM)技術(shù)可以使零件直接成形，過程簡單，節(jié)約成本，因此 GH4169 鎳基高溫合金 與可以成形復(fù)雜形狀金屬零件的選區(qū)激光熔化成形技術(shù)相結(jié)合，被廣泛應(yīng)用到成形航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片與渦盤等方面。

Inconel718合金已用于制作航空、航天和石油化工中的環(huán)件、葉片、緊固件和結(jié)構(gòu)件等，制作石油化工中應(yīng)用的多種零件，可批量生產(chǎn)且使用性況良好。合金在真空自耗重熔時(shí)可采用氦氣冷卻工藝，可有效減輕鈮元素偏析，采用噴射成形工藝生產(chǎn)環(huán)件，可降低成本和周期，采用超塑成形可擴(kuò)大生產(chǎn)范圍。 適用于制作航空、航天和石油化工中的環(huán)件、葉片、緊固件和結(jié)構(gòu)件等，主要有棒、板、管、帶、絲、等。

三、Inconel718相近牌號(hào)：

高溫新名稱高溫舊名稱耐蝕新名稱耐蝕舊名稱國標(biāo)牌號(hào)Inconel718GH169日本JIS美標(biāo)ASTM美 標(biāo)UNS、SAE德標(biāo)DIN歐洲ENinconel 718N077182.4668

四、Inconel718化學(xué)成分：

碳C鉻Cr鎳Ni鎂Mg鉬Mo鐵Fe≤0.0817.0～21.050~55≤0.012.8~3.30余量鈮Nb硼B(yǎng)硫S錳Mn硅Si磷P4.75～5.50≤0.006≤0.015≤0.35≤0.35≤0.015銅Cu鈦Ti：鋁Al釩 V鎢W鈷Co≤0.300.65～1.150.20～0.8≤~≤1.00

五、Inconel718材質(zhì)規(guī)格：

熱扎棒10~100mm,鍛制棒：100mm~350mm,冷扎薄板0.05mm-4.0mm,熱扎板:4mm~14mm,帶2mm-10mm,各尺寸規(guī)格鍛件環(huán)件，庫存?zhèn)€別牌號(hào)不定尺。

六、Inconel718物理性能：

密度g/cm8.6磁性熱導(dǎo)率/w/(m.k)300~900℃電阻率℃)/（Ω.mm2/m)100-800℃比熱容℃)/kg/(kg.k)℃100~600℃線脹系數(shù)/(10-6/k)20~800℃8.24無13.4~30.4~0.4814~0.7079.1~18.7溫度0/℃硬度HBS450~346

七、Inconel718力學(xué)性能:

品種熱處理溫度0/°C拉伸強(qiáng)度∑b\MPa≥延伸率A/%≥斷面收縮Z/%≥熱扎棒標(biāo)準(zhǔn)熱處理20≥1270≥12≥15650≥1000≥12≥18冷扎板標(biāo)準(zhǔn)熱處理20≤895≥40

八、Inconel718加工處理和焊接性能:

合金具有滿意焊接性能，可用氬弧焊、電子束焊、縫焊、點(diǎn)焊等方式進(jìn)行焊接。對(duì)直接時(shí)效的零部件，可在鍛造狀態(tài)進(jìn)行慣性摩擦焊，焊后在進(jìn)行直接時(shí)效處理，可獲得持久強(qiáng)度很高的接頭。

九、Inconel718高溫合金應(yīng)用與要求：

　　制造航空和航天發(fā)動(dòng)機(jī)中各種靜止件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，如盤、環(huán)件、機(jī)匣、軸、葉片、緊固件、彈性元件、燃?xì)鈱?dǎo)管、密封元件等和焊接結(jié)構(gòu)件；制造核能工業(yè)應(yīng)用的各種彈性元件和格架；制造石油和化工領(lǐng)域應(yīng)用的零件及其他零件。

　　近年來，在對(duì)該合金研究不斷深化和對(duì)該合金應(yīng)用不斷擴(kuò)大的基礎(chǔ)上，為提高質(zhì)量和降低成本，發(fā)展了很多工藝：真空電弧重熔時(shí)采用氦氣冷卻工藝，有效的減輕鈮偏析；采用噴射成形工藝生產(chǎn)環(huán)件，降低成本和縮短生產(chǎn)周期；采用超塑成形工藝，擴(kuò)大產(chǎn)品的生產(chǎn)范圍。

十、Inconel718高溫合金用途考核：

　　用該合金制造的渦輪盤、甩油盤、整體轉(zhuǎn)子、軸、緊固件等零件已按照發(fā)動(dòng)機(jī)所用的型號(hào)規(guī)范，在發(fā)動(dòng)機(jī)零、部件試驗(yàn)中通過了超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗(yàn)；通過了高空臺(tái)試車個(gè)長期（壽命）試車及試飛發(fā)射的考核，達(dá)到了設(shè)計(jì)和應(yīng)用的要求。

十一、Inconel718高溫合金被稱作天空根基，兩機(jī)專項(xiàng)發(fā)布助推航空發(fā)動(dòng)機(jī)+燃?xì)廨啓C(jī)迎頭趕上全球水準(zhǔn)與全球優(yōu)秀水準(zhǔn)對(duì)比，在我國柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)性還相對(duì)性落伍。當(dāng)今全球僅有英、法、美、俄、中五個(gè)國家可單獨(dú)研發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，但在我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)以引入主導(dǎo)，現(xiàn)階段民機(jī)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)所有來自海外進(jìn)口。在我國現(xiàn)階段獨(dú)立開發(fā)設(shè)計(jì)的燃?xì)廨啓C(jī)，關(guān)鍵應(yīng)用于國防科技，而且還處在發(fā)展環(huán)節(jié)。2017年11月24日，伴隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)重特大重點(diǎn)（兩機(jī)專項(xiàng)）的全面開展執(zhí)行，國家對(duì)其的研發(fā)投入幅度將不斷擴(kuò)大，兩機(jī)專項(xiàng)的發(fā)布將促進(jìn)在我國航空發(fā)動(dòng)機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)性迎頭趕上全球優(yōu)秀水準(zhǔn)，完成里程碑式飛越。

Inconel718高溫合金一般就是指能在600-1,200℃的高溫下抗氧化性、耐腐蝕、抗應(yīng)力松弛，能夠在較高的機(jī)械設(shè)備地應(yīng)力功效下長期性工作中的合金制品。因而高溫合金被稱作“空天根基”、“原材料超星”，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)及路面燃?xì)廨啓C(jī)熱端構(gòu)件重要構(gòu)造原材料，受《瓦森納協(xié)定》牽制，在我國短時(shí)間沒法完成高檔高溫合金的立即進(jìn)口。當(dāng)今，Inconel718高溫合金已變成牽制在我國“兩機(jī)”（航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)）發(fā)展趨勢的關(guān)鍵要素之一。

十二、高溫合金按生產(chǎn)制造加工工藝區(qū)劃為形變高溫合金、鍛造高溫合金、粉未冶金高溫合金、散發(fā)制冷高溫合金等。其關(guān)鍵應(yīng)用于飛機(jī)場、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、核反應(yīng)機(jī)器設(shè)備等領(lǐng)域，在其中航天航空領(lǐng)域占有50%之上的*，電力工程（燃?xì)廨啓C(jī)和核電廠）占有率20%上下。

在航空航天領(lǐng)域，現(xiàn)階段新式的優(yōu)秀航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金使用量占柴油發(fā)動(dòng)機(jī)總重的40%-60%之上，關(guān)鍵用以發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、導(dǎo)向器、渦輪葉片和渦輪增壓盤四大熱端構(gòu)件，除此之外還用以機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴管等構(gòu)件。預(yù)計(jì)將來十五年在我國將增加航空發(fā)動(dòng)機(jī)總數(shù)達(dá)1.05萬部，增加高溫合金原料需要量約2.63萬噸級(jí)。另據(jù)數(shù)據(jù)信息預(yù)計(jì)2020~2030年在我工用航發(fā)高溫合金市場容量累計(jì)約1171億人民幣，均值每一年234億人民幣。

伴隨著C919大飛機(jī)項(xiàng)目的有序推進(jìn)，高溫合金在中國民用航空領(lǐng)域的銷售市場也可能進(jìn)一步開啟，預(yù)計(jì)將來將增加1.43萬部柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，增加高溫合金要求3.8萬噸上下。

高溫合金也是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和渦輪增壓泵的重要用料，現(xiàn)階段在我國火箭發(fā)動(dòng)機(jī)特性落伍的直接原因取決于高溫合金原材料的差別。現(xiàn)階段每枚長征七號(hào)火箭彈常用高溫合金構(gòu)件品質(zhì)約為2.88噸，在保持每一年航空航天發(fā)送20次的狀況下，預(yù)計(jì)將來十五年在我國火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金要求達(dá)2,880噸。

燃?xì)廨啓C(jī)為意味著一個(gè)國家高新科技和工業(yè)生產(chǎn)總體水平的關(guān)鍵標(biāo)示之一，按運(yùn)用分成發(fā)電量用燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域和船艦用燃?xì)廨啓C(jī)，在其中船艦用燃?xì)廨啓C(jī)占較為高，現(xiàn)階段在用領(lǐng)域有75%之上的南海艦隊(duì)主要艦船選用燃機(jī)動(dòng)力。

燃?xì)廨啓C(jī)辦公環(huán)境必須承擔(dān)高硫天然氣和海面鹽份的浸蝕，工作中使用壽命規(guī)定做到5-十萬鐘頭，因而其機(jī)器設(shè)備構(gòu)件原材料務(wù)必應(yīng)用具備耐熱、較高應(yīng)力松弛抗壓強(qiáng)度的高溫合金原材料，現(xiàn)階段世界各國關(guān)鍵選用鎳基高溫合金開展生產(chǎn)制造。17年二月中航動(dòng)力的“QC280/QD280燃?xì)廨啓C(jī)生產(chǎn)量項(xiàng)目建設(shè)”已根據(jù)工程驗(yàn)收。這意味著在我國國內(nèi)船艦用燃?xì)廨啓C(jī)早已進(jìn)行國內(nèi)生產(chǎn)制造的批產(chǎn)環(huán)節(jié)，有希望在中國將來大中型護(hù)衛(wèi)艦、大中型航母和新式兩棲登陸艦等艦艇上普遍引入。在我國現(xiàn)階段大概僅有10艘主要艦船應(yīng)用天然氣機(jī)，預(yù)計(jì)將增加航母及護(hù)衛(wèi)艦97艘上下，大中小型艦船200艘上下，預(yù)計(jì)對(duì)高溫合金的需要量約為3.三萬噸上下。

轎車渦輪增壓也是關(guān)鍵的車配高溫合金運(yùn)用領(lǐng)域。轎車渦輪增壓具備減少噪音、降低有害物質(zhì)排污、提升輸出功率等優(yōu)勢，海外的超重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)增壓機(jī)裝配率100%，中小型柴油機(jī)也在不斷擴(kuò)大其安裝占比，英、美、法等國家安裝占比已達(dá)80%上下，相較下，在我國裝配率僅為50%，仍有一定提高的室內(nèi)空間。

整體在我國高溫合金領(lǐng)域生產(chǎn)商較少，總體科研開發(fā)水準(zhǔn)與國際性優(yōu)水準(zhǔn)也有很大差別，總體生產(chǎn)能力、具體合理生產(chǎn)量較小，尤其是高檔航空公司用高溫合金的合理生產(chǎn)能力還遠(yuǎn)遠(yuǎn)地不可以考慮市場的需求。

十三、Inconel718發(fā)展歷史

1、Inconel718國際發(fā)展

從20世紀(jì)30年代后期起，英、德、美等國就開始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn) 期間，為了滿足新型航空發(fā)動(dòng)機(jī) 的需要，高溫合金的研究和使用進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。40年代初，英國首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦，形成γ‘相以進(jìn)行強(qiáng)化，研制成第一種具有較高的高溫強(qiáng)度的鎳基合金 。同一時(shí)期，美國為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī) 用渦輪增壓器 發(fā)展的需要，開始用Vitallium鈷基合金 制作葉片。

此外，美國還研制出Inconel鎳基合金，用以制作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。以后，冶金學(xué)家為進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度，在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素，增加鋁、鈦含量，研制出一系列牌號(hào)的合金，如英國的“Nimonic”，美國的“Mar-M”和“IN”等；在鈷基合金中，加入鎳、鎢等元素，發(fā)展出多種高溫合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏，鈷基高溫合金 發(fā)展受到限制。

40年代，鐵基高溫合金也得到了發(fā)展，50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號(hào)，但因高溫穩(wěn)定性較差，從60年代以來發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開始生產(chǎn)“ЭИ”牌號(hào)的鎳基高溫合金，后來生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金 。70年代美國還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片 和粉末冶金渦輪盤，研制出單晶葉片 等高溫合金部件，以適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高的需要。

發(fā)展至今，國際市場每年高溫金屬合金消費(fèi)量在30萬噸，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域：過去多年，航天業(yè)對(duì)新能源飛機(jī)需求旺盛，空客與波音已有超萬架此類飛機(jī)等待交付。而精密機(jī)件公司是高溫合金復(fù)雜金屬零部件和產(chǎn)品制造，也為航空航天、化學(xué)加工、石油和天然氣的冶煉以及污染的防治等行業(yè)提供所需的鎳鈷等高溫合金。精密機(jī)件公司就是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等航天企業(yè)的零配件制造商 。

2、Inconel718國內(nèi)發(fā)展

自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止，我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已歷經(jīng)60年的發(fā)展歷程。60年的高溫合金發(fā)展可以分為三個(gè)階段。

第一個(gè)階段：從1956年至20世紀(jì)70年代初是我國高溫合金的創(chuàng)業(yè)和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金系列，如：GH4033，GH4049，GH2036，GH3030，K401和K403等。

第二個(gè)階段：從20世紀(jì)70年代中至90年代中期，是我國高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，提高高溫合金生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制。

第三階段：從20世紀(jì)90年代中至今，是我國高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應(yīng)用和開發(fā)了一批新工藝，研制和生產(chǎn)了一系列高性能、高檔次的新合金。

我國的高溫合金研究主要研究單位是鋼鐵研究總院 、北京航空材料研究院 、中國科學(xué)院金屬研究所、北京科技大學(xué) 、東北大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué) 等，主要生產(chǎn)企業(yè)有：中航工業(yè)、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機(jī)械集團(tuán)萬航模鍛廠（二重）等。在此基礎(chǔ)上，我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發(fā)和研究的能力。

雖然高溫金屬合金材料在我國已發(fā)展近60年，但行業(yè)發(fā)展仍處于成長期。由于高溫金屬合金材料領(lǐng)域具有較高技術(shù)含量，該行業(yè)企業(yè)擁有較深護(hù)城河。我國高溫金屬合金每年需求量在2萬噸以上，國內(nèi)年生產(chǎn)量在1萬噸左右，市場容量超過80億元，其中進(jìn)口占比較大。未來20年我國各類軍機(jī)采購需求在2800架左右，民用飛機(jī)采購數(shù)量在5400架左右，對(duì)應(yīng)的高溫合金需求在1500億以上，再加上500億的燃?xì)廨啓C(jī)需求，僅高溫合金空間一項(xiàng)就有2000億的市場空間即將打開。

我國Inconel718生產(chǎn)能力與需求相比存在兩個(gè)缺口：

（1）生產(chǎn)能力不足。我國高溫合金生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有限，生產(chǎn)能力與需求之間存在較大缺口，在燃?xì)廨啓C(jī)、核電等領(lǐng)域的高溫合金主要還依賴進(jìn)口。

（2）產(chǎn)品難以滿足應(yīng)用需求。我國的高溫合金生產(chǎn)水平與美國、俄羅斯等國有著較大差距，隨著我國研制更高性能的航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)，高溫合金材料在供應(yīng)上存在無法滿足應(yīng)用需求的現(xiàn)象。

Inconel718制備工藝

1、Inconel718鑄造冶金工藝

各種先進(jìn)鑄件制造技術(shù)和加工設(shè)備在不斷開發(fā)和完善，如熱控凝固、細(xì)晶工藝、激光成形修復(fù)技術(shù)、耐磨鑄件鑄造技術(shù)等，原有技術(shù)水平不斷提高完善從而提高各種高溫合金鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量一致性和可靠性。

不含或少含鋁、鈦的高溫合金，一般采用電弧爐或非真空感應(yīng)爐冶煉。含鋁、鈦高的高溫合金如在大氣中熔煉時(shí)，元素?zé)龘p不易控制，氣體和夾雜物進(jìn)入較多，所以應(yīng)采用真空冶煉。為了進(jìn)一步降低夾雜物的含量，改善夾雜物的分布狀態(tài)和鑄錠的結(jié)晶組織，可采用冶煉和二次重熔相結(jié)合的雙聯(lián)工藝。冶煉的主要手段有電弧爐、真空感應(yīng)爐和非真空感應(yīng)爐；重熔的主要手段有真空自耗爐和電渣爐 。

固溶強(qiáng)化型合金 和含鋁 、鈦低（鋁和鈦的總量約小于4.5%）的合金錠可采用鍛造開坯；含鋁、鈦高的合金一般要采用擠壓或軋制開坯，然后熱軋成材，有些產(chǎn)品需進(jìn)一步冷軋或冷拔。直徑較大的合金錠或餅材需用水壓機(jī)或快鍛液壓機(jī) 鍛造。

2、Inconel718結(jié)晶冶金工藝

為了減少或消除鑄造合金 中垂直于應(yīng)力軸的晶界和減少或消除疏松，近年來又發(fā)展出定向結(jié)晶工藝。這種工藝是在合金凝固過程中使晶粒沿一個(gè)結(jié)晶方向生長，以得到無橫向晶界的平行柱狀晶。實(shí)現(xiàn)定向結(jié)晶的首要工藝條件是在液相線和固相線之間建立并保持足夠大的軸向溫度梯度和良好的軸向散熱條件。此外，為了消除全部晶界 ，還需研究單晶葉片的制造工藝。

3、Inconel718粉末冶金工藝

粉末冶金 工藝，主要用以生產(chǎn)沉淀強(qiáng)化型和氧化物彌散強(qiáng)化型高溫合金。這種工藝可使一般不能變形的鑄造高溫合金獲得可塑性甚至超塑性。

4、Inconel718強(qiáng)度提高工藝

⑴固溶強(qiáng)化

加入與基體金屬原子尺寸不同的元素（鉻、鎢、鉬 等）引起基體金屬點(diǎn)陣 的畸變，加入能降低合金基體堆垛層錯(cuò)能的元素（如鈷）和加入能減緩基體元素?cái)U(kuò)散速率的元素（鎢、鉬等），以強(qiáng)化基體。

⑵ 沉淀強(qiáng)化

通過時(shí)效處理，從過飽和固溶體中析出第二相（γ’、γ“、碳化物等），以強(qiáng)化合金。γ‘相與基體相同，均為面心立方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)與基體相近，并與晶體共格，因此γ相在基體中能呈細(xì)小顆粒狀均勻析出，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。γ’相是A3B型金屬間化合物，A代表鎳、鈷，B代表鋁 、鈦、鈮 、鉭、釩 、鎢，而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ‘相為Ni3（Al,Ti）。

γ’相的強(qiáng)化效應(yīng)可通過以下途徑得到加強(qiáng)：

①增加γ‘相的數(shù)量；

②使γ’相與基體有適宜的錯(cuò)配度，以獲得共格畸變的強(qiáng)化效應(yīng)；

③加入鈮、鉭等元素增大γ‘相的反相疇界能，以提高其抵抗位錯(cuò)切割的能力；

④加入鈷、鎢、鉬等元素提高γ’相的強(qiáng)度。γ”相為體心四方結(jié)構(gòu)，其組成為Ni3Nb。因γ“相與基體的錯(cuò)配度較大，能引起較大程度的共格畸變，使合金獲得很高的屈服強(qiáng)度。但超過700℃，強(qiáng)化效應(yīng)便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相，而用碳化物 強(qiáng)化。

Inconel718材料特性

高溫環(huán)境下材料的各種退化速度都被加速，在使用過程中易發(fā)生組織不穩(wěn)定、在溫度和應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形和裂紋長大、材料表面的氧化腐蝕。

1、Inconel718耐溫、耐蝕

高溫合金所具有的耐溫、耐蝕等性能主要取決于它的化學(xué)組成和組織結(jié)構(gòu)。 以GH4169 鎳基變形高溫合金為例，可看出GH4169 合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析程度與冶金工藝直接相關(guān)，GH4169 基體為Ni-Gr 固溶體，含Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上可以承受1 000℃ 左右高溫，與美國牌號(hào)Inconel718 相似，合金由γ 基體相、δ 相、碳化物和強(qiáng)化相γ‘和γ″相組成。GH4169 合金的化學(xué)元素與基體結(jié)構(gòu)顯示了其強(qiáng)大的力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度都優(yōu)于45 鋼數(shù)倍，塑性也要比45 鋼好。穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)和大量強(qiáng)化因子構(gòu)造了其優(yōu)良的力學(xué)性能。

2、Inconel718加工難度高

高溫合金由于其復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境，其加工表面完整性對(duì)于其性能的發(fā)揮具有非常重要的作用。但是高溫合金是典型難加工材料 ，其微觀強(qiáng)化項(xiàng)硬度高，加工硬化程度嚴(yán)重，并且其具有高抗剪切應(yīng)力和低導(dǎo)熱率，切削區(qū)域的切削力和切削溫度高，在加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)加工表面質(zhì)量低、刀具破損非常嚴(yán)重等問題。在一般切削條件下，高溫合金表層會(huì)產(chǎn)生硬化層、殘余應(yīng)力、白層、黑層、晶粒變形層等過大的問題。

高溫合金主要分類

傳統(tǒng)的劃分高溫合金材料可以根據(jù)以下3 種方式來進(jìn)行： 按基體元素種類、合金強(qiáng)化類型、材料成型方式來進(jìn)行劃分。

1、按基體元素種類

⑴鐵基高溫合金

鐵基高溫合金又可稱作耐熱合金 鋼。 它的基體是Fe 元素，加入少量的Ni、Cr 等合金元素，耐熱合金鋼按其正火要求可分為馬氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體耐熱鋼等。

⑵鎳基高溫合金

鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上，適用于1 000℃以上的工作條件，采用固溶、時(shí)效的加工過程，可以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強(qiáng)度大幅提升。就高溫環(huán)境使用的高溫合金來分析，使用鎳基高溫合金的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵基和鈷基高溫合金用處。同時(shí)鎳基高溫合金也是我國產(chǎn)量大、使用量大的一種高溫合金。 很多渦輪發(fā)動(dòng)機(jī) 的渦輪葉片及燃燒室，甚至渦輪增壓器也使用鎳基合金作為制備材料。半個(gè)多世紀(jì)以來，航空發(fā)動(dòng)機(jī)所應(yīng)用的高溫材料承受高溫能力從20 世紀(jì)40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃應(yīng)該說，這一巨大提升也促使鑄造工藝加工及表面涂層 等方面快速發(fā)展。

⑶鈷基高溫合金

鈷基高溫合金是以鈷為基體，鈷含量大約占60%，同時(shí)需要加入Cr、Ni 等元素來提升高溫合金的耐熱性能，雖然這種高溫合金耐熱性能較好，但由于各個(gè)國家鈷資源產(chǎn)量比較少，加工比較困難，因此用量不多。通常用于高溫條件（ 600 ～ 1 000℃） 和較長時(shí)間受極限復(fù)雜應(yīng)力高溫零部件，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作葉片、渦輪盤、燃燒室熱端部件和航天發(fā)動(dòng)機(jī)等。為了獲得更優(yōu)良的耐熱性能，一般條件下要在制備時(shí)添加元素如W、MO、Ti、Al、Co，以保證其*的抗熱抗疲勞性。

2、合金強(qiáng)化類型

根據(jù)合金強(qiáng)化類型，高溫合金可以分為固溶強(qiáng)化型高溫合金和時(shí)效沉淀強(qiáng)化合金。

⑴固溶強(qiáng)化型

所謂固溶強(qiáng)化型即添加一些合金元素到鐵、鎳或鈷基高溫合金中，形成單相奧氏體組織，溶質(zhì)原子使固溶體基體點(diǎn)陣發(fā)生畸變，使固溶體中滑移阻力增加而強(qiáng)化。有些溶質(zhì)原子可以降低合金系的層錯(cuò)能，提高位錯(cuò)分解的傾向，導(dǎo)致交滑移難于進(jìn)行，合金被強(qiáng)化，達(dá)到高溫合金強(qiáng)化的目的。

⑵時(shí)效沉淀強(qiáng)化

所謂時(shí)效沉淀強(qiáng)化即合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形后，在較高的溫度放置或室溫保持其性能的一種熱處理工藝。例如：Inconel718 GH4169 合金，在650℃的高屈服強(qiáng)度達(dá)1 000 MPa，制作葉片的合金溫度可達(dá)950℃。

3、材料成型方式

通過材料成型方式劃分有：鑄造高溫合金（ 包括普通鑄造合金、單晶合金、定向合金等） 、變形高溫合金、粉末冶金高溫合金 （ 包含普通粉末冶金和氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金 ）。

⑴鑄造高溫合金

采用鑄造方法直接制備零部件的合金材料叫鑄造高溫合金。根據(jù)合金基體成分劃分，可以分為鐵基鑄造高溫合金、鎳基鑄造高溫合金 和鉆基鑄造高溫合金3 種類型。按結(jié)晶方式劃分，可以分為多晶鑄造高溫合金、定向凝固鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金 等4 種類型。

⑵變形高溫合金

仍然是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中使用多的材料，在國內(nèi)外應(yīng)用都比較廣泛，我國變形高溫合金年產(chǎn)量約為美國的1 /8 [2]  。以GH4169 合金為例，它是國內(nèi)外應(yīng)用范圍多的一個(gè)主要品種。 我國主要在渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 的螺栓、壓縮機(jī)及輪、甩油盤作為主要零件，隨著其他合金產(chǎn)品的日益成熟，變形高溫合金的使用量可能逐漸減少，但在未來數(shù)十年中仍然會(huì)是占主導(dǎo)地位。

⑶新型高溫合金

包括粉末高溫合金 、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域。

①第三代粉末高溫合金的合金化程度提升，使其兼顧了前兩代的優(yōu)點(diǎn)，獲得了更高的強(qiáng)度較低的損傷，粉末高溫合金生產(chǎn)工藝日趨成熟，未來可能從以下幾個(gè)方面開展： 粉末制備、熱處理工藝 、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、雙性能粉末盤；

②鈦鋁系金屬間化合物已經(jīng)開發(fā)到第四代，逐步向著多元微量和大量微元這兩個(gè)方向拓展，德國的漢堡大學(xué)，日本京都大學(xué) ，德國的GKSS 中心等都進(jìn)行了廣泛的研究，鈦鋁系金屬間化合物 現(xiàn)已應(yīng)用于船舶、生物醫(yī)用、體育用品領(lǐng)域；

③氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金是粉末高溫合金一部分，正在生產(chǎn)研制的有近20 余種，具有較高的高溫強(qiáng)度和低的應(yīng)力系數(shù)，廣的應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)耐熱抗氧化部件、先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、石油化工反應(yīng)釜等；

④耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼，應(yīng)用于建筑及航天航空領(lǐng)域。（本文來自網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請(qǐng)告知?jiǎng)h除）