高溫合金Inconel 718英科耐爾合金特性與性能

Inconel 718高溫合金（簡稱IN718）在航空發(fā)動機上的應用已經(jīng)走過了半個世紀，自從20世紀60年代初在美國的INCO Huntington Alloys（現(xiàn)為Special Meatals Co.）被發(fā)明并應用于渦輪零部件制造后,，IN718已成為航空發(fā)動機應用為廣泛的鎳基高溫合金材料,。IN718的*合金成分設計使其具有良好的綜合性能，即較高的強度、抗蠕變性能和疲勞壽命,，尤其是在650℃溫度以下,，其力學性能具有很好的穩(wěn)定性。現(xiàn)代航空發(fā)動機的很多零部件,，例如渦輪盤,、葉片、機閘,、軸,、定子、封嚴,、支撐件,、管路、緊固件等,、都采用IN718制成,。

在IN718出現(xiàn)之前，渦輪發(fā)動機中大量使用不銹鋼材料（例如A286）以及鎳基合金（例如RENE41）,。但是,，這些合金材料不能滿足不斷提高的發(fā)動機工作溫度和制造成本的要求。其中,，可沉淀析出強化相的不銹鋼材料的力學性能在高溫條件下的穩(wěn)定性較差,；而含有大量 γ"強化相的RENE41由于材料本身較低的延展性，在加工熱處理后易產(chǎn)生淬裂,，從而使得制造上升,，可維修性下降，IN718的出現(xiàn)很好地解決了這些問題,，并且迅速在渦輪發(fā)動機的制造領域得到了廣泛應用,，

Inconel 718特性及應用領域概述:

Inconel718合金是含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鉻鐵合金,在650℃以下時具有高強度,、良好的韌性以及在高低溫環(huán)境均具有耐腐蝕性,。供貨狀態(tài)可以是固溶處理或沉淀硬化態(tài)。

特性

易加工性

在700℃時具有高的抗拉強度,、疲勞強度,、抗蠕變強度和斷裂強度

在1000℃時具有高抗氧化性

在低溫下具有穩(wěn)定的化學性能

良好的焊接性能

應用領域

由于在700℃時具有高溫強度和優(yōu)秀的耐腐蝕性能、易加工性,可廣泛應用于各種高要求的場合,?！衿啓C●液體燃料火箭

低溫工程 酸性環(huán)境 核工程

Inconel 718相近牌號:

GH4169、GH169(中國),、NC19FeNb(法國),、NiCr19Fe19Nb5,、Mo3(德國)、NA 51(英國)Inconel718,、UNS NO7718(美國) NiCr19Nb5Mo3(ISO)

鉻鎳鐵合金 718

 一般來說,，Inconel是 Special Metals 的一個奧氏體鎳鉻基高溫合金系列的注冊商標。Inconel 718是一種鎳基高溫合金,，具有高強度特性和耐高溫性,。它還表現(xiàn)出的防腐蝕和抗氧化保護。Inconel 的高溫強度是通過固溶強化或沉淀硬化產(chǎn)生的,，具體取決于合金,。Inconel 718 由 55% 的鎳、21% 的鉻,、6% 的鐵和少量的錳,、碳和銅組成。

高溫合金的常見用途是航空航天和其他一些高科技行業(yè),。這種高溫合金在高溫下兼具耐腐蝕性和材料強度,，在核工業(yè)中表現(xiàn)良好。一些核電站將鎳基高溫合金用于反應堆堆芯,、控制棒和類似部件,。在核工業(yè)中，尤其使用低鈷高溫合金（由于可能會激活鈷 59）,。核燃料組件的一些結(jié)構(gòu)部件,，如頂部和底部噴嘴，可能由高溫合金如 Inconel 制成,。間隔柵通常由具有低熱中子吸收截面的耐腐蝕材料制成，通常是鋯合金（~ 0.18 × 10 –24厘米2）,。第一個和后一個間隔網(wǎng)格也可以由低鈷鉻鎳鐵合金制成,，這是一種非常適合在承受壓力和熱量的環(huán)境中使用的高溫合金。

熱蠕變

 蠕變,，也稱為冷流,，是在恒定載荷或應力下隨時間增加的變形。它是由于長時間暴露于較大的外部機械應力而導致屈服極限,，并且在長時間受熱的材料中更為嚴重,。變形率是材料特性、暴露時間,、暴露溫度和施加的結(jié)構(gòu)載荷的函數(shù),。如果我們在高溫下使用材料，蠕變是一個非常重要的現(xiàn)象,。蠕變在電力工業(yè)中非常重要,，在噴氣發(fā)動機的設計中是重要的。對于許多壽命相對較短的蠕變情況（例如渦輪葉片在飛機中），破裂時間是主要的設計考慮因素,。當然,，對于它的確定，必須進行蠕變試驗直至失效點,；這些被稱為蠕變斷裂試驗,。

材料的抗蠕變性受許多因素的影響，例如擴散率,、沉淀物和晶粒尺寸,。一般來說，有三種一般方法可以防止金屬蠕變,。一種方法是使用更高熔點的金屬,，第二種方法是使用更大晶粒尺寸的材料，第三種方法是使用合金化,。體心立方 (BCC) 金屬在高溫下的抗蠕變性較差,。因此，基于 Co,、Ni 和 Fe 的高溫合金（通常是面心立方奧氏體合金）能夠被設計為具有高抗蠕變性,，因此已成為高溫環(huán)境中的理想材料。

應力腐蝕開裂

應力腐蝕開裂(SCC)是嚴重的冶金問題之一,，也是核工業(yè)主要關注的問題之一,。應力腐蝕開裂是外加拉應力和腐蝕環(huán)境共同作用的結(jié)果，這兩種影響都是必要的,。SCC 是一種在拉應力作用下發(fā)生在晶界的晶間侵蝕腐蝕,。低合金鋼不如高合金鋼敏感，但它們在含有氯離子的水中容易發(fā)生 SCC,。然而,，鎳基合金不受氯離子或氫氧根離子的影響。耐應力腐蝕開裂的鎳基合金的一個例子是 Inconel,。

高溫合金的特性 – Inconel 718

材料屬性是密集屬性,，這意味著它們與質(zhì)量無關，并且可能隨時隨系統(tǒng)內(nèi)的不同位置而變化,。材料科學的基礎包括研究材料的結(jié)構(gòu),，并將它們與它們的特性（機械、電氣等）聯(lián)系起來,。一旦材料科學家了解了這種結(jié)構(gòu)-性能相關性,，他們就可以繼續(xù)研究材料在給定應用中的相對性能。材料結(jié)構(gòu)及其特性的主要決定因素是其組成化學元素以及將其加工成終形式的方式,。

高溫合金的機械性能 – Inconel 718

 材料經(jīng)常被選擇用于各種應用,，因為它們具有理想的機械特性組合,。對于結(jié)構(gòu)應用，材料特性至關重要,，工程師必須將它們考慮在內(nèi),。

高溫合金的強度 – Inconel 718

在材料力學中，材料的強度是指其在不發(fā)生故障或塑性變形的情況下承受外加載荷的能力,。材料的強度基本上考慮了施加到材料上的外部載荷與由此產(chǎn)生的變形或材料尺寸變化之間的關系,。材料的強度是它在不發(fā)生故障或塑性變形的情況下承受這種施加的載荷的能力。

極限抗拉強度

高溫合金——Inconel 718 的極限抗拉強度取決于熱處理工藝,，但約為 1200 MPa,。

的極限拉伸強度是工程上的大應力-應變曲線。這對應于大應力可以通過張力結(jié)構(gòu)來維持,。極限抗拉強度通常簡稱為“抗拉強度",，甚至簡稱為“極限"。如果施加并保持這種應力,，就會導致斷裂,。通常，該值明顯高于屈服應力（比某些類型的金屬高出 50% 到 60%）,。當延展性材料達到其極限強度時,，它會在橫截面積局部減小的情況下發(fā)生頸縮。應力-應變曲線不包含高于極限強度的應力,。盡管變形可以繼續(xù)增加,，但在達到極限強度后應力通常會降低。它是一種密集型財產(chǎn),；因此其值不取決于試樣的尺寸,。但是，它取決于其他因素,，例如樣品的制備,、測試環(huán)境和材料的溫度。極限抗拉強度從鋁的 50 MPa 到超高強度鋼的 3000 MPa 不等,。

屈服強度

高溫合金——Inconel 718 的屈服強度取決于熱處理工藝，但約為 1030 MPa,。

所述屈服點是在點應力-應變曲線,，其指示的彈性行為的限制和開始塑性行為。屈服強度或屈服應力是定義為材料開始塑性變形時的應力的材料特性,，而屈服點是非線性（彈性 + 塑性）變形開始的點,。在屈服點之前，材料將發(fā)生彈性變形,，并在施加的應力消除后恢復其原始形狀,。一旦超過屈服點,，部分變形將是性的且不可逆的。一些鋼和其他材料表現(xiàn)出一種稱為屈服點現(xiàn)象的行為,。屈服強度從低強度鋁的 35 MPa 到高強度鋼的 1400 MPa 以上不等,。

楊氏彈性模量

高溫合金的楊氏彈性模量 – Inconel 718 為 200 GPa。的楊氏彈性模量是用于在單軸變形的線性彈性體制的拉伸和壓縮應力的彈性模量,，通常是由拉伸試驗評估,。在達到極限應力的情況下，物體將能夠在移除負載時恢復其尺寸,。施加的應力導致晶體中的原子從它們的平衡位置移動,。所有原子的位移量相同，但仍保持其相對幾何形狀,。當應力消除后,，所有原子都回到原來的位置，不會發(fā)生變形,。根據(jù)虎克定律,，應力與應變成正比（在彈性區(qū)），斜率就是楊氏模量. 楊氏模量等于縱向應力除以應變,。

高溫合金的硬度 – Inconel 718

高溫合金-Inconel 718 的布氏硬度取決于熱處理工藝,，但約為 330 MPa。

在材料科學中,，硬度是承受表面壓痕（局部塑性變形）和劃傷的能力,。硬度可能是不明確的材料屬性，因為它可能表示抗劃傷,、抗磨損,、抗壓痕甚至抗成型或局部塑性變形。從工程的角度來看,，硬度很重要,，因為對摩擦磨損或蒸汽、油和水侵蝕的耐磨性通常隨著硬度的增加而增加,。

布氏硬度試驗是壓痕硬度試驗的一種,，專為硬度試驗而開發(fā)。在布氏試驗中,，硬質(zhì)球形壓頭在特定載荷下被壓入待測金屬表面,。典型測試使用 10 毫米（0.39 英寸）直徑的 硬化鋼球作為壓頭，力為 3,000 kgf（29.42 kN,；6,614 lbf）,。負載在的時間（10 到 30 秒）內(nèi)保持恒定。對于較軟的材料,，使用較小的力,；對于較硬的材料,，用碳化鎢球代替鋼球。

該測試提供了量化材料硬度的數(shù)值結(jié)果,，該硬度由布氏硬度數(shù)- HB 表示,。布氏硬度數(shù)由的測試標準（ASTM E10-14[2] 和 ISO 6506–1:2005）為 HBW（H 來自硬度，B 來自布氏硬度,，W 來自壓頭材料鎢（鎢）碳化物）,。在以前的標準中，HB 或 HBS 用于指代用鋼壓頭進行的測量,。

的布氏硬度數(shù)（HB）是負載由壓痕的表面面積除以,。印模的直徑是用帶有疊加刻度的顯微鏡測量的。布氏硬度數(shù)由下式計算：

有多種常用的測試方法（例如 Brinell,、Knoop,、Vickers和Rockwell）。有可用的表格將來自不同測試方法的硬度數(shù)字相關聯(lián),，其中相關性適用,。在所有尺度中，高硬度值代表硬質(zhì)金屬,。

高溫合金的熱性能 – Inconel 718

材料的熱性能是指材料對其 溫度變化和熱量應用的反應,。當固體以熱的形式吸收能量時，它的溫度會升高并且尺寸會增加,。但是不同的材料對加熱的反應不同,。

熱容量、熱膨脹和熱導率是固體實際應用中通常至關重要的特性,。

高溫合金的熔點 – Inconel 718

高溫合金 - Inconel 718 鋼的熔點約為 1400°C,。

一般情況下， 熔化 是一個 相變 的物質(zhì)從固體到液體相,。 物質(zhì)的 熔點是發(fā)生這種相變時的溫度,。的 熔點 也限定一種狀況，其中在平衡的固體和液體可以存在,。

高溫合金的導熱系數(shù) – Inconel 718

高溫合金 - Inconel 718 的熱導率為 6.5 W/(mK),。

固體材料的傳熱特性通過稱為熱導率k（或 λ）的屬性來衡量 ，單位為 W/mK,。它是物質(zhì)通過傳導傳遞熱量的能力的量度 ,。請注意， 傅立葉定律 適用于所有物質(zhì),，無論其狀態(tài)如何（固體、液體或氣體）,，因此,，它也適用于液體和氣體,。

大多數(shù)液體和固體的 熱導率隨溫度而變化。對于蒸汽,，它還取決于壓力,。一般來說：

大多數(shù)材料非常接近均質(zhì)，因此我們通?？梢詫懗?k = k (T),。類似的定義與 y 和 z 方向的熱導率 (ky, kz) 相關，但對于各向同性材料,，熱導率與傳遞方向無關,，kx = ky = kz = k。