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镍基合金知识

作者: 来源: 日期:2019-3-22 15:15:57

以镍为基加入其他元素组成的合金就叫镍合金。镍具有良好的力学、物理和化学性能,添加适宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蚀性、高温强度和改善某些物理性能。镍合金可作为电子管用材料、精密合金(磁性合金、精密电阻合金、电热合金等)、镍基高温合金以及镍基耐蚀合金和形状记忆合金等。在能源开发、化工、电子、航海、航空和航天等部门中,镍合金都有广泛用途。镍能与铜、铁、锰、铬、硅、镁组成多种合金。其中镍铜合金是著名的蒙乃尔合金,它强度高,塑性好,在750度以下的大气中,化学性能稳定,广泛用于电气工业,真空管,化学工业,医疗器材和航海船舶工业等方面。

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一、镍基合金定义

镍基合金一般以Ni含量超过30wt%之合金称之,常见产品之Ni含量都超过50wt%, 由于具有超群的高温机械强度与耐蚀性质,与铁基和钴基合金合称为超合金(Superalloy),一般是应用在540℃以上的高温环境,并依其使用场合,选用不同合金设计,多用于特殊耐蚀环境、高温腐蚀环境、需具备高温机械强度之设备。常应用于航天、能源、石化工业或特殊电子/光电等领域。

二、起源与发展

镍基合金是30年代后期开始研制的,英国于1941年首先生产出镍基合金 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti);为了提高潜变强度又添加Al,研制出Nimonic 80(Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al);而美国于40年代中期,俄罗斯于40年代后期,中国于50年代中期也先后开发出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面,即合金成分的改良和生产技术的革新。

50年代初,真空熔炼技术的发展,为炼制含高Al和Ti 的镍基合金创造了条件,而带动了合金强度与使用温度的大幅提高。50年代后期,由于涡轮叶片工作温度的提高,要求合金有更高的高温强度,但是合金的强度高了,就难以变形,甚至不能变形,于是采用精密铸造技术,发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的方向性结晶和单晶高温合金,以及粉末冶金高温合金。

为了满足舰船和工业燃气轮机的需要,60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高Cr镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内,镍基合金的工作温度从700 提高1,100℃,平均每年提高10℃左右。时至今日,镍基合金之使用温度已可超过1,100℃,从前述最初成份简单之Nimonic75 合金,到近期发展出之MA6000 合金,在1,100℃时拉伸强度可达2,220MPa、屈服强度为192MPa;其1,100℃/137MPa条件下之持久强度约达1,000小时,可用于航空发动机叶片。


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