高溫合金Inconel 718英科耐爾合金特性與性能

Inconel 718高溫合金（簡(jiǎn)稱IN718）在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用已經(jīng)走過了半個(gè)世紀(jì)，自從20世紀(jì)60年代初在美國(guó)的INCO Huntington Alloys（現(xiàn)為Special Meatals Co.）被發(fā)明并應(yīng)用于渦輪零部件制造后，IN718已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用為廣泛的鎳基高溫合金材料。IN718的*合金成分設(shè)計(jì)使其具有良好的綜合性能，即較高的強(qiáng)度、抗蠕變性能和疲勞壽命，尤其是在650℃溫度以下，其力學(xué)性能具有很好的穩(wěn)定性。現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的很多零部件，例如渦輪盤、葉片、機(jī)閘、軸、定子、封嚴(yán)、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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)工作溫度和制造成本的要求。其中，可沉淀析出強(qiáng)化相的不銹鋼材料的力學(xué)性能在高溫條件下的穩(wěn)定性較差；而含有大量 γ"強(qiáng)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(dòng)機(jī)的制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，

Inconel 718特性及應(yīng)用領(lǐng)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(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(shí)具有高的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗蠕變強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度

在1000℃時(shí)具有高抗氧化性

在低溫下具有穩(wěn)定的化學(xué)性能

良好的焊接性能

應(yīng)用領(lǐng)域

由于在700℃時(shí)具有高溫強(qiáng)度和優(yōu)秀的耐腐蝕性能、易加工性,可廣泛應(yīng)用于各種高要求的場(chǎng)合。●汽輪機(jī)●液體燃料火箭

低溫工程 酸性環(huán)境 核工程

Inconel 718相近牌號(hào):

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

鉻鎳鐵合金 718

 一般來(lái)說，Inconel是 Special Metals 的一個(gè)奧氏體鎳鉻基高溫合金系列的注冊(cè)商標(biāo)。Inconel 718是一種鎳基高溫合金，具有高強(qiáng)度特性和耐高溫性。它還表現(xiàn)出的防腐蝕和抗氧化保護(hù)。Inconel 的高溫強(qiáng)度是通過固溶強(qiáng)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(qiáng)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(yīng)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(huì)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(gè)和后一個(gè)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(yīng)力下隨時(shí)間增加的變形。它是由于長(zhǎng)時(shí)間暴露于較大的外部機(jī)械應(yīng)力而導(dǎo)致屈服極限，并且在長(zhǎng)時(shí)間受熱的材料中更為嚴(yán)重。變形率是材料特性、暴露時(shí)間、暴露溫度和施加的結(jié)構(gòu)載荷的函數(shù)。如果我們?cè)诟邷叵率褂貌牧希渥兪且粋€(gè)非常重要的現(xiàn)象。蠕變?cè)陔娏I(yè)中非常重要，在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中是重要的。對(duì)于許多壽命相對(duì)較短的蠕變情況（例如渦輪葉片在飛機(jī)中），破裂時(shí)間是主要的設(shè)計(jì)考慮因素。當(dāng)然，對(duì)于它的確定，必須進(jìn)行蠕變?cè)囼?yàn)直至失效點(diǎn)；這些被稱為蠕變斷裂試驗(yàn)。

材料的抗蠕變性受許多因素的影響，例如擴(kuò)散率、沉淀物和晶粒尺寸。一般來(lái)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(diǎn)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(shè)計(jì)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(yīng)力腐蝕開裂

應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)是嚴(yán)重的冶金問題之一，也是核工業(yè)主要關(guān)注的問題之一。應(yīng)力腐蝕開裂是外加拉應(yīng)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(yīng)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?cè)诤新入x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(yīng)力腐蝕開裂的鎳基合金的一個(gè)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(wú)關(guān)，并且可能隨時(shí)隨系統(tǒng)內(nèi)的不同位置而變化。材料科學(xué)的基礎(chǔ)包括研究材料的結(jié)構(gòu)，并將它們與它們的特性（機(jī)械、電氣等）聯(lián)系起來(lái)。一旦材料科學(xué)家了解了這種結(jié)構(gòu)-性能相關(guān)性，他們就可以繼續(xù)研究材料在給定應(yīng)用中的相對(duì)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(xué)元素以及將其加工成終形式的方式。

高溫合金的機(jī)械性能 – Inconel 718

 材料經(jīng)常被選擇用于各種應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂欣硐氲臋C(jī)械特性組合。對(duì)于結(jié)構(gòu)應(yīng)用，材料特性至關(guān)重要，工程師必須將它們考慮在內(nèi)。

高溫合金的強(qiáng)度 – Inconel 718

在材料力學(xué)中，材料的強(qiáng)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(qiáng)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(guān)系。材料的強(qiáng)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(qiáng)度

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

的極限拉伸強(qiáng)度是工程上的大應(yīng)力-應(yīng)變曲線。這對(duì)應(yīng)于大應(yīng)力可以通過張力結(jié)構(gòu)來(lái)維持。極限抗拉強(qiáng)度通常簡(jiǎn)稱為“抗拉強(qiáng)度"，甚至簡(jiǎn)稱為“極限"。如果施加并保持這種應(yīng)力，就會(huì)導(dǎo)致斷裂。通常，該值明顯高于屈服應(yīng)力（比某些類型的金屬高出 50% 到 60%）。當(dāng)延展性材料達(dá)到其極限強(qiáng)度時(shí)，它會(huì)在橫截面積局部減小的情況下發(fā)生頸縮。應(yīng)力-應(yīng)變曲線不包含高于極限強(qiáng)度的應(yīng)力。盡管變形可以繼續(xù)增加，但在達(dá)到極限強(qiáng)度后應(yīng)力通常會(huì)降低。它是一種密集型財(cái)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(cè)試環(huán)境和材料的溫度。極限抗拉強(qiáng)度從鋁的 50 MPa 到超高強(qiáng)度鋼的 3000 MPa 不等。

屈服強(qiáng)度

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

所述屈服點(diǎn)是在點(diǎn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其指示的彈性行為的限制和開始塑性行為。屈服強(qiáng)度或屈服應(yīng)力是定義為材料開始塑性變形時(shí)的應(yīng)力的材料特性，而屈服點(diǎn)是非線性（彈性 + 塑性）變形開始的點(diǎn)。在屈服點(diǎn)之前，材料將發(fā)生彈性變形，并在施加的應(yīng)力消除后恢復(fù)其原始形狀。一旦超過屈服點(diǎn)，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(diǎn)現(xiàn)象的行為。屈服強(qiáng)度從低強(qiáng)度鋁的 35 MPa 到高強(qiáng)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(yīng)力的彈性模量，通常是由拉伸試驗(yàn)評(píng)估。在達(dá)到極限應(yīng)力的情況下，物體將能夠在移除負(fù)載時(shí)恢復(fù)其尺寸。施加的應(yīng)力導(dǎo)致晶體中的原子從它們的平衡位置移動(dòng)。所有原子的位移量相同，但仍保持其相對(duì)幾何形狀。當(dāng)應(yīng)力消除后，所有原子都回到原來(lái)的位置，不會(huì)發(fā)生變形。根據(jù)虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)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(yīng)力除以應(yīng)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(xué)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?yàn)樗赡鼙硎究箘潅⒖鼓p、抗壓痕甚至抗成型或局部塑性變形。從工程的角度來(lái)看，硬度很重要，因?yàn)閷?duì)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(yàn)是壓痕硬度試驗(yàn)的一種，專為硬度試驗(yàn)而開發(fā)。在布氏試驗(yàn)中，硬質(zhì)球形壓頭在特定載荷下被壓入待測(cè)金屬表面。典型測(cè)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(fù)載在的時(shí)間（10 到 30 秒）內(nèi)保持恒定。對(duì)于較軟的材料，使用較小的力；對(duì)于較硬的材料，用碳化鎢球代替鋼球。

該測(cè)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（ASTM E10-14[2] 和 ISO 6506–1:2005）為 HBW（H 來(lái)自硬度，B 來(lái)自布氏硬度，W 來(lái)自壓頭材料鎢（鎢）碳化物）。在以前的標(biāo)準(zhǔn)中，HB 或 HBS 用于指代用鋼壓頭進(jìn)行的測(cè)量。

的布氏硬度數(shù)（HB）是負(fù)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(cè)量的。布氏硬度數(shù)由下式計(jì)算：

有多種常用的測(cè)試方法（例如 Brinell、Knoop、Vickers和Rockwell）。有可用的表格將來(lái)自不同測(cè)試方法的硬度數(shù)字相關(guān)聯(lián)，其中相關(guān)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(duì)其 溫度變化和熱量應(yīng)用的反應(yīng)。當(dāng)固體以熱的形式吸收能量時(shí)，它的溫度會(huì)升高并且尺寸會(huì)增加。但是不同的材料對(duì)加熱的反應(yīng)不同。

熱容量、熱膨脹和熱導(dǎo)率是固體實(shí)際應(yīng)用中通常至關(guān)重要的特性。

高溫合金的熔點(diǎn) – Inconel 718

高溫合金 - Inconel 718 鋼的熔點(diǎn)約為 1400°C。

一般情況下， 熔化 是一個(gè) 相變 的物質(zhì)從固體到液體相。 物質(zhì)的 熔點(diǎn)是發(fā)生這種相變時(shí)的溫度。的 熔點(diǎn) 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(dǎo)熱系數(shù) – Inconel 718

高溫合金 - Inconel 718 的熱導(dǎo)率為 6.5 W/(mK)。

固體材料的傳熱特性通過稱為熱導(dǎo)率k（或 λ）的屬性來(lái)衡量 ，單位為 W/mK。它是物質(zhì)通過傳導(dǎo)傳遞熱量的能力的量度 。請(qǐng)注意， 傅立葉定律 適用于所有物質(zhì)，無(wú)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(dǎo)率隨溫度而變化。對(duì)于蒸汽，它還取決于壓力。一般來(lái)說：

大多數(shù)材料非常接近均質(zhì)，因此我們通常可以寫成 k = k (T)。類似的定義與 y 和 z 方向的熱導(dǎo)率 (ky, kz) 相關(guān)，但對(duì)于各向同性材料，熱導(dǎo)率與傳遞方向無(wú)關(guān)，kx = ky = kz = k。