金属学论文-镍基超合金的合成方法及其新发展

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1、HefeiUniversity论文题目：镍基超合金的合成方法及其新发展课程名称：金属学热处理专业班级：15级粉体材料科学与工程(1)班姓名：胡叶莲学号：1503011007镍基超合金的合成方法及其新发展摘要：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Nimonic80(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。镍基合金一般以Ni含量

2、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。关键词：性能应用新发展正文：一、镍基合金的性能1、高温（瞬时）强度镍基合金室温下就具有较高的拉伸强度（TS=1200-1600,YS=900-1300MPa），且具有较好的延展性。包含利用以离子与共价键结，在常温下具有高熔点、高强度之γ'或γ''等析出相

3、，搭配滑移系统多而具延展性之沃斯田铁相基地，以复合材料之概念得到兼具强度塑性之优异机械性质。2、潜变强度潜变为材料在高温(T/Tm>0.5)恒荷载作用下，缓慢地産生塑性变形的现象，为材料合金由于具有最佳的抗高温潜变能力，而被广泛的使用在各种高温环境，作为承力件应用。潜变变形可分为三个阶段，在初步潜变(PrimaryCreep)阶段，变形速率相对较大，但是随着应变的增加发生加工硬化而减慢。当变形速率达到某一个最小值并接近常数，此时称为第二阶段潜变，或稳态阶段潜变 (Secondary or Steady-StateCreep)，这是由于加工硬化和动态回复达到平衡的结果，在工程材料设计上

4、所要求之潜变应变率就是指这一阶段的应变率。在第三阶段(TertiaryCreep)，由于颈缩现象，应变率随着应变增大而呈指数性的增长，最后达到破坏。1、耐腐蚀性镍基合金在强还原性腐蚀环境，复杂的混合酸环境，含有卤素离子的溶液中都具有很好的耐蚀性，镍基耐蚀合金可以Hastelloy合金为代表，Ni元素在晶体学上能容纳较多的合金，来增进抵抗腐蚀环境的能力；且Ni本身就具有一定的抗腐性，如对抗Cl离子的应力腐蚀与苛性碱腐蚀具有绝佳抵抗能力。而镍基合金中添加的钝化多种元素可与基材相形成固溶体，提升了材料的腐蚀电位及热力学稳定性。二、镍基合金的生产技术传统之镍基合金的生产流程为镍原料→镍合金铸

5、锭(熔炼)→二次精炼→加工→成品→下游镍基合金之成分组成以Ni-Cr-Fe为主，其它元素的添加如Cu、Si、Mn、Al、Ti、Nb、W、C等。一般从文献可了解这些元素对超合金材料的影响，但若要重组或添加新的合金成份，并了解其在微组织之交互作用，近来已有以材料性质模拟软件，可进行合金系统热力学与动力学的计算，协助提供高性价比之方向，可提高合金设计的效率。而合金设计的实现则须由熔炼技术来完成，镍基合金熔炼主要区分为一般品级的电炉(ElectricArc Furnace，EAF)＋电渣重熔精炼(Electro-Alag Remelting，EAR)及高品级的真空感应熔炼(Vacuum In

6、duction Melting，VIM)＋电渣重熔精炼产品。为了熔炼时获得更纯净化的合金钢液，减低气体含量与有害元素含量；同时由于部分合金中有易氧化元素如Al、Ti等存在，以非真空方式冶炼难以控制；更是为了获得更好的热塑性，镍基合金通常采用真空感应炉熔炼，甚至用真空感应熔炼加真空自耗炉或电渣炉重熔方式进行生产。镍基合金在加工方面常采用锻造、轧制等方式型，对于热塑性差的合金甚至采用挤压开胚后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压技术。一般变形的目的是为了破碎铸造组织，优化微观组织结构。镍基合金在高温时较高之变形阻抗与热延性的不稳定，增加了镍基合金制程上的困难度。一般镍基合金强度高，冷、热

7、加工不易，以C-276为例，高温变形阻抗约为不锈钢之2.4倍；且冷加工之高硬化率使得其强度可至不锈钢的2倍。而热加工时除需考虑高温变形阻抗外，还需考虑不同温度下热延性之不同变形阻或夹杂物出现之区域)的发生与否，而不纯区则会伤害合金之高温机械性质，二、镍基合金的应用1、镍基合金在激光熔覆再制造中的应用激光熔覆技术是一种先进的表面工程技术，与其他常用的表面工程技术相比，具有涂层结合性能好、热影响区小、可控性高等独特优势，已成为了一种重要的再制造技术，并在矿山、