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Inconel合金

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Inconel718 镍基变形高温合金

Inconel718 鎳基變形高溫合金

 
美國牌號:Inconel718/UNS NO7718
法國牌號:Nc19FeNb
德國牌號:W.Nr.2.4668/NiCr19Fe19Nb5
ISO牌號:NiCr19Nb5Mo3
一、Inconel718 概述
    Inconel718合金是以體心四方的γ"和面心立方的γ′相沈澱強化的鎳基高溫合金,在-253~700℃溫度範圍內具有良好的綜合性能,650℃以下的屈服強度居變形高溫合金的首位,並具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能,以及良好的加工性能、焊接性能和長期組織穩定性,能夠制造各種形狀複雜的零部件,在宇航、核能、石油工業中,在上述溫度範圍內獲得了極爲廣泛的應用。
    該合金的另一特點是合金組織對熱加工工藝特別敏感,掌握合金中相析出和溶解規律及組織與工藝、性能間的相互關系,可針對不同的使用要求制定合理、可行的工藝規程,就能獲得可滿足不同強度級別和使用要求的各種零件。供應的品種有鍛件、鍛棒、軋棒、冷軋棒、圓餅、環件、板、帶、絲、管等。可制成盤、環、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板材結構件、機匣等零部件在航空上長期使用。    
    1.1 Inconel718 材料牌號  Inconel718
    1.2 Inconel718 相近牌號  Inconel718(美國),NC19FeNb(法 國)
    1.3 Inconel718 材料的技術標准
1.4 Inconel718 化學成分  該合金的化學成分分爲3類:標准成分、優質成分、高純成分,見表1-1。優質成分的在標准成分的基礎上降碳增铌,從而減少碳化铌的數量,減少疲勞源和增加強化相的數量,提高抗疲勞性能和材料強度。同時減少有害雜質和氣體含量。高純成分是在優質標准基礎上降低硫和有害雜質的含量,提高材料純度和綜合性能。
核能應用的Inconel718合金,需控制硼含量(其他元素成分不變),具體含量由供需雙方協商確定。當ω(B)≤0.002%時,爲與宇航工業用的Inconel718合金加以區別,合金牌號爲Inconel718A。
   表1-1[1]                                        %


類別  Cr   Ni   Co   Mo  Al   Ti   Fe
標准 ≤0.08  17.0~21.0  50.0~55.0  ≤1.0 2.80~3.30  0.30~0.70  0.75~1.15 
優質 0.02~0.06  17.0~21.0  50.0~55.0  ≤1.0  2.80~3.30  0.30~0.70  0.75~1.15 
高純 0.02~0.06  17.0~21.0  50.0~55.0  ≤1.0  2.80~3.30  0.30~0.70  0.75~1.15 
類別 Nb Mg  Mn  Si  S  Cu Ca
不大于
標准 4.75~5.50 0.006 0.01 0.35 0.35 0.015 0.015 0.30 0.01
優質 5.00~5.50 0.006  0.01 0.35 0.35 0.015 0.015 0.30 0.01
高純 5.00~5.50 0.006 0.005 0.35 0.35 0.015 0.002 0.30 0.005
 
類別 Bi Sn Pb Ag  Se Te Tl N  O
不大于
標准 --- --- 0.0005 --- 0.0003 --- --- --- ---
優質 0.001 0.005 0.001 0.001 0.0003 --- --- 0.01 0.01
高純 0.00003 0.005 0.001 0.001 0.0003 0.00005 0.0001 0.01 0.005
 1.5 Inconel718 熱處理制度 合金具有不同的熱處理制度,以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和數量,從而獲得不同級別的力學性能。合金熱處理制度分3類:
    Ⅰ:(1010~1065)℃±10℃,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h,以50℃/h 爐冷至620℃±5℃,8h,空冷。
    經此制度處理的材料晶粒粗化,晶界和晶內均無δ相,存在缺口敏感性,但對提高沖擊性能和抵抗低溫氫脆有利。
Ⅱ:(950~980)℃±10℃,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h,以50℃/h 爐冷至620℃±5℃,8h,空冷。
经此制度处理的材料有δ相,有利于消除缺口敏感性,是最常用的热处理制度,也称为標准热处理制度。
Ⅲ:720℃±5℃,8h,以50℃/h爐冷至620℃±5℃,8h,空冷。
    經此制度處理後,材料中的δ相較少,能提高材料的強度和沖擊性能。該制度也稱爲直接時效熱處理制度。
    1.6 Inconel718 品種規格和供應狀態 可以供應模鍛件(盤、整體鍛件)、餅、環、棒(鍛棒、軋棒、冷拉棒)、板、絲、帶、管、不同形狀和尺寸的緊固件、彈性元件等、交貨狀態由供需雙方商定。絲材以商定的交貨狀態成盤狀交貨。
    1.7 Inconel718 熔煉和鑄造工藝 合金的冶煉工藝分爲3類:真空感應加電渣重熔;真空感應加真空電弧重熔;真空感應加電渣重熔加真空電弧重熔。可根據零件的使用要求,選擇所需的冶煉工藝,滿足應用要求。
1.8 Inconel718 應用概況與特殊要求 制造航空和航天發動機中的各種靜止件和轉動件,如盤、環件、機匣、軸、葉片、緊固件、彈性元件、燃氣導管、密封元件等和焊接結構件;制造核能工業應用的各種彈性元件和格架;制造石油和化工領域應用的零件及其他零件。    
    近年來,在對該合金研究不斷深化和對該合金應用不斷擴大的基礎上,爲提高質量和降低成本,發展了很多新工藝:真空電弧重熔是采用氦氣冷卻工藝,有效減輕铌偏析;采用噴射成型工藝,生産環件,降低生産成本和縮短生産周期;采用超塑成型工藝,擴大産品的生産範圍。
二、Inconel718 物理及化學性能
    2.1 Inconel718 熱性能
    2.1.1 Inconel718 熔化溫度範圍  1260~1320℃。
    2.1.2 Inconel718 熱導率  見表2-1。
表2-1[2]

θ/℃ 11 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
λ/(W/(m·℃)) 13.4 14.7 15.9 17.8 18.3 19.6 21.2 22.8 23.6 7.6 30.4
2.1.3 Inconel718 比熱容 見表2-2。
2.1.4 Inconel718線膨脹系數 見表2-3;
    2.2 Inconel718密度  ρ=8.24g/cm3。
    2.3 Inconel718電性能  
表2-2[2]

θ/℃ 300 400 500 600 700 800 900 1000
c/(J/(kg·℃)) 481.4 493.9 514.8 539.0 573.4 615.4 657.2 707.4
表2-3[2]
θ/℃ 20~100 20~200 20~300 20~400 20~500 20~600 20~700 20~800 20~900 20~1000
α/10-6℃-1 11.8 13.0 13.5 14.1 14.4 14.8 15.4 17.0 18.4 18.7
    2.4 Inconel718磁性能  合金無磁性。
    2.5 Inconel718化學性能
    2.5.1 Inconel718抗氧化性能 在空氣介質中試驗100h後的氧化速率見表 2-4。
表2-4

θ/℃ 600 700 800 900 1000
氧化速率/(g/(m2·h)) 0.0176 0.0277 0.0351 0.0961 0.1620
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