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高溫合金｜Superalloy

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫下抗氧化、耐腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類(lèi)金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，又被稱(chēng)為“超合金，”主要應(yīng)用于航空、航天、艦船、車(chē)輛、工業(yè)燃機(jī)和能源領(lǐng)域。

產(chǎn)品分類(lèi) / 用途

GH 4145 （N07750 / Inconel X-750）

  (0Cr15Ni70Ti3AINb)  Inconel X-750合金系一種耐腐蝕，抗氧化和高溫、高強(qiáng)度的沉淀硬化型熱強(qiáng)鎳基合金。此合金通常用于深冷至650℃之間。根據(jù)此合金的高強(qiáng)度和在高溫水中的耐蝕性以及其輻照穩(wěn)定性等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外的輕水（壓水、沸水）核反應(yīng)堆核電廠(chǎng)均選用此鋼制作堆內(nèi)的一些構(gòu)件。


一、化學(xué)成分和組織特點(diǎn)


  0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的化學(xué)成分見(jiàn)下表


表 3-3-25.jpg


  0Cr15Ni70Ti3AINb合金在固溶態(tài)為純奧氏體組織，但經(jīng)不同溫度時(shí)效后會(huì)有γ',Ni3(Al/Ti)金屬間相和M23C6碳化物等析出。


二、耐腐蝕性能


 0Cr15Ni70Ti3AINb 可用于核反應(yīng)堆中的一些高強(qiáng)度構(gòu)件。因此，對(duì)此合金在核反應(yīng)堆條件下的耐蝕性進(jìn)行了比較多的研究和試驗(yàn)。


  在壓水和沸水動(dòng)力堆一回路水介質(zhì)中，0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的耐全面腐蝕性能與18-8 Cr-Ni不銹鋼和0Cr15Ni75Fe合金相近，腐蝕速率一般在≤10mg/(d㎡·月）。在其他介質(zhì)中，此合金的耐腐蝕性也與0Cr15Ni75Fe合金相似。


  20世紀(jì)80年代初，由于輕水動(dòng)力堆用0Cr15Ni70Ti3A1Nb合金的部件也出現(xiàn)了晶間型應(yīng)力腐蝕斷裂，進(jìn)而引起了人們對(duì)此合金耐應(yīng)力腐蝕性能的重視并進(jìn)行了大量的研究。研究結(jié)果表明，0Cr15Ni70Ti3AINb的應(yīng)力腐蝕敏感性與合金的熱處理工藝、試驗(yàn)條件等密切相關(guān)。圖3-3-47和表3-3-26的結(jié)果指出，0Cr15Ni70Ti3AINb合金經(jīng)不同熱處理后，M23C6型碳化物沿晶界析出是否與基體共格對(duì)合金的耐應(yīng)力腐蝕性能有重大影響。


表 3-3-26.jpg

表 3-3-261.jpg


三、力學(xué)性能


  0Cr15Ni70Ti3AlNb合金可生產(chǎn)的品種很多，由于熱處理制度的不同，其力學(xué)性能也有所不同。本節(jié)主要介紹輕水反應(yīng)堆在≤350℃以下所用的0Cr15Ni70Ti3AlNb棒材和鍛件的性能。


  在不大于593℃以下使用的0Cr15Ni70Ti3AlNb棒材和鍛件的力學(xué)性能見(jiàn)表3-3-27、表3-3-28和圖3-3-48~圖3-3-51。


表 3-3-27.jpg


四、冷、熱加工性能


  0Cr15Ni70Ti3AINb 合金適宜的熱變形溫度為950~1205℃.大變形量必須在1040℃以上進(jìn)行。為滿(mǎn)足技術(shù)條件的要求，在低于1090℃以下時(shí)的變形量應(yīng)達(dá)到約20%。


  0Cr15Ni70Ti3A1Nb合金的冷加工性良好。由于它比較容易加工硬化（見(jiàn)圖3-3-52),與18-8型Cr-Ni不銹鋼相似，所以必須及時(shí)固溶處理以防止冷加工開(kāi)裂。


圖 3-3-52.jpg


五、熱處理工藝


  根據(jù)用途和對(duì)性能的不同要求，此合金的熱處理工藝也有所不同。對(duì)于工作溫度在600℃以上長(zhǎng)期使用的設(shè)備、部件，一般是經(jīng)1150℃固溶，再經(jīng)845℃穩(wěn)定化，最后再進(jìn)行705℃的時(shí)效處理。而對(duì)在60℃以下工作的設(shè)備和部件，則可在冷、熱加工或在固溶處理后直接進(jìn)行時(shí)效處理。


六、焊接性能


 對(duì)0Cr15Ni70Ti3AINb合金，建議采用鎢極氬弧焊、電子束焊、等離子焊等焊接方法進(jìn)行焊接。采用鎢極氬弧焊時(shí)可使用Inconel 69填絲。焊接板材的力學(xué)性能見(jiàn)圖3-3-53。


七、物理性能


  0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的物理性能見(jiàn)下表


表 3-3-29.jpg


八、應(yīng)用


 由于0Cr15Ni70Ti3A1Nb具有良好的力學(xué)性能，耐腐蝕性能和抗氧化性能，因此，在輕水（壓水、沸水）核反應(yīng)堆中主要用做壓力殼密封環(huán)（鍛件）、螺栓、彈簧、定位銷(xiāo)等部件。我國(guó)的小型和大型壓水動(dòng)力堆也均采用此合金制造這些構(gòu)件。


 此合金作為熱強(qiáng)合金廣泛用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件；燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子葉輪、葉片和螺栓等緊固件；還可用于從0℃以下到650℃工作的彈簧等部件。