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2019-02-16
具有反常热膨胀特性的一种精密合金，又称热膨胀合金，广泛用于电子工业、精密量具、精密仪表和低温工程等领域。一般的金属和合金受热时膨胀，膨胀量随温度的升高呈线性增加，但有些合金的热膨胀曲线在某一温度出现弯曲点（不同斜率两线段切线的交点，如图中的Tk所示），在弯曲点以下的热膨胀系数比弯曲点以上的正常热膨胀系数低得多，这种现象称为反常热膨胀特性。膨胀合金分低膨胀合金和定膨胀合金，后者又称封接合金。低膨胀合金在弯曲点以下的平均膨胀系数低于3×10-6℃-1；定膨胀合金在弯曲点以下的平均膨胀系数约为(4～10)×10-6℃-1。膨胀合金主要有Fe-Ni系、Fe-Ni-Co系和Fe-Ni-Cr系合金等,高铬钢和Co-Fe-Cr系合金也用作膨胀合金，但用量不大。膨胀合金除具有特定的热膨胀系数外，根据不同用途还要求有良好的封接性、可焊性、耐蚀性、可加工性和易切削性，并且在使用温度范围内不允许有引起膨胀特性明显变化的相变。

2018-10-27      航空航天飞行器常用的变形高温合金主要有GH3030、GH3044、GH3128、GH3170(GH170)、GH3181、GH4199(GH99)、GH4202、GH586等，这些合金虽然具有良好的综合性能，但是在1100℃时强度都不超过90MPa，限制了其部分应用。1984年，美国Haynes国际工业公司开发了一种可在1100℃ 使用的固溶强化型镍基变形高温合金Haynes230。它是一种综合性能优良的Ni-Cr-W系高温合金，名义成分为Ni-22Cr-14W-0.5Mn-0.4Si-0.02La，合金中加入了大量的W、Cr等难熔合金化元素以提高基体的强度，同时添加少量的C以形成碳化物来阻碍晶粒长大和强化晶界。该合金在1100℃的高温强度可达135MPa、延伸率可达85%，但目前国内获得的商业级Haynes230合金在1100℃的高温强度仅为90MPa左右，与国内合金水平相当。
　　2005年以来，研究人员以1100℃用高温合金为目标，避开γ′相沉淀强化型镍基高温合金的变形抗力大、热加工性能差及在高温(﹥0.6T熔)下γ′相的溶解失效问题，结合成分设计理论、合金元素作用原理、成分计算及试验分析工作，设计开发了一种固溶强化型镍基合金Ni-20Cr-18W-Mo(以下简称试验合金)。科研人员以该合金为研究对象，对其综合性能进行了实样检测，通过检测结果系统地分析合金性能特点，为合金应用奠定基础。
　　采用真空感应熔炼+真空白耗电极电弧熔炼双联工艺制备试验合金母合金，得到50kg的Φ100mm铸锭，表面见光后从铸锭顶部半径的1/2处取样进行ICP化学成分分析，得到试验合金主要成分为Cr2O.34%、w18.O3%、Mo1.21%、A10.43%、C0.08%、Ni余量。为了减少合金的偏析程度，对铸锭进行1200℃×24h均匀化处理。处理后铸锭加热到1250℃开坯锻造成25mm厚锻件，合金锻造变形量6O%;锻件截取一半热轧成5mm厚板材;剩余锻件及板材在1270℃真空固溶处理保温2h后水淬，线切割试样。试验结果如下：
　　(1)Ni-20Cr-18W-Mo合金在高温条件下的热物特性(如热膨胀系数)优于Haynes230等合金。
　　(2)Ni-20Cr-18W-Mo合金具有较优异的高温强度及塑性，1100℃时抗拉强度/延伸率可达到131MPa/66.2%，优于商业级Haynes230合金的强度，与Haynes230公布的最高强度基本相当。
　　(3)Ni-20Cr-18W-Mo合金在1100℃的氧化速率为0.064g/(m2·h)，为完全抗氧化级。
　　(4)Ni-20Cr-18W-Mo合金在1100℃、3OMPa条件下初始蠕变阶段和加速蠕变阶段持续时间较长，而稳态蠕变阶段持续时间较短，说明合金高温变形的加工硬化时间和回复软化时间较长。
　　(5)试验合金的性能与现有合金相比具有一定优势，但必须注意到目前该合金的相关检测数据都是在铸锭质量及尺寸相对较小的情况下测得的，对于更大质量、更大尺寸，具备商业化应用的铸锭与板材制备还需要进一步开展研究工作。

2016-08-25镍基高温合金的发展趋势
以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
发展过程
镍基高温合金(以下简称镍基合金)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Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。
成分和性能
镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物g'[ni3]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。根据它们的强化作用方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等。
镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
固溶强化型合金
具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力，见表1)的部件，如燃气轮机的燃烧室。
沉淀强化型合金
通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能，可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十几公斤力以上，见表2) 的部件，如燃气轮机的涡轮叶片、涡轮盘等。
此外，镍基合金也可用做航天器、火箭发动机、核反应堆、石油化工和能源转换设备等的高温部件。在现代飞机发动机中，涡轮叶片几乎全部采用镍基合金制造。

2019-03-06
牌号 机械及物理性能
Mechanicai properities
0℃密度ρ/g·cm-3 4.45
TC4TC4 熔点/℃ 15.8～1649
TC4TC4比热容с/J·(g·K)-1 20℃ 100℃ 200℃ 300℃ 400℃ 500℃ 600℃
/ 0.678 0.691 0.703 0.741 0.754 0.879
TC4 电阻率ρ/nΩ·m 1600
TC4热导率λ/W·(m·K)-1 20℃ 100℃ 200℃ 300℃ 400℃ 500℃ 600℃
5.44 6.70 8.79 10.47 12.56 14.24 15.91
TC4线胀系数/W·(m·K)-1 20～100℃ 20～200℃ 20～300℃ 20～400℃ 20～500℃ 20～600℃  
7.89 9.01 9.30 9.24 9.39 9.40

2018-09-14    碳化钨顾名思义是碳和钨反应的生成物.最早由德国的科学家发明的.在实际的使用中,由于其硬度高,很脆,所以需添加一种软的金属来作为粘结剂,最常用的是钴,也可用镍.碳化钨的硬度很高,所以很耐磨,因此大量用于机床的刀具,石油矿山的钻探设备,关键的耐磨损件设备等.但其耐腐蚀能力是个大问题.
镍基合金顾名思义是以镍为主要成份的合金.最初是为耐腐蚀而开发的,主要是镍合金和镍－铜合金（也叫蒙奈尔合金）.后来又开发出了镍－铬合金等用于航空航天的涡轮发动机.市面上常见的还有哈氏合金,因可奈尔合金,Incology合金等,都是比较贵的不锈钢.镍基合金的耐腐蚀,耐高温的能力是很强的,但其铸造性能却比较差.高镍合金（含镍超过45％）目前西方对中国还是技术封锁的,由此可见其使用价值.

2019-07-20组织
镍基合金的显微组织特点及其发展情况见图3，合金中除奥氏体基体外，还有在基体中弭散分布的g'相，在晶界上的二次碳化物和在凝固时析出的一次碳化物和硼化物等。随着合金化程度的提高，其显微组织的变化有如下趋势：g'相数量逐渐增多，尺寸逐渐增大，并由球状变成立方体，同一合金中出现尺寸和形态不相同的g'相。在铸造合金中还出现在凝固过程中形成的g+g'共晶，晶界析出不连续的颗粒状碳化物并被g'相薄膜所包围，组织的这些变化了合金的性能。
现代镍基合金的化学成分十分复杂，合金的饱和度很高，因此要求对每个合金元素(尤其是主要强化元素)的含量严加控制，否则会在使用过程中容易析出有害相，如s、µ相(图4)，损害合金的强度和韧性。
在镍基铸造高温合金中发展出了定向结晶涡轮叶片和单晶涡轮叶片(图5)。定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使全部晶界平行于应力轴方向，从而了合金的使用性能。单晶叶片消除了全部晶界，不必加入晶界强化元素，使合金的初熔温度相对升高，从而提高了合金的高温强度，并进一步了合金的综合性能。
生产工艺
镍基合金，特别是沉淀强化型合金含有较高的铝、钛等合金元素。通常采用真空感应炉熔炼，并经真空自耗炉或电渣炉重熔。热加工采用锻造、轧制工艺，对于高合金化合金，由于热塑性差，则采用挤压开坯后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压工艺。铸造合金通常用真空感应炉熔炼母合金，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。
变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet 500合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；一次时效处理，843℃，24小时，空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。

2019-03-13
相当于GB 4J29，ASTM F15，UNS K94610）；KOVAR为含镍29%，钴17%的硬玻璃铁基封接合金。
该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，和较高的居里点以及良好的低温组织稳定性，合金的氧化膜致密，容易焊接和熔接，有良好可塑性，可切削加工，广泛用于制作电真空元件，发射管，显像管，开关管，晶体管以及密封插头和继电器外壳等。可伐合金因为含钴成分，产品比较耐磨。
可伐易与钼组玻璃进行配合封接 ，一般工件表面要求镀金。

2016-08-15高温合金冶炼 -高温合金冶炼

通过高温使组成高温合金材料的原材料熔融成合金的方法，是高温合金材料制备工艺之一。高温合金材料主要应用于航空和航天器的关键部件上，对材料要求较高。另外，高温合金的组元多，含有大量易氧化元素，对杂质元素和气体含量要求非常严格。因此，在冶炼高温合金时，必须选用精料，即原料中的硫、磷、铅、锡、砷、锑、铋和气体含量要低，且无锈无油污；原料和辅料都要经过烘烤，保证水分较低；还要选择合适的冶炼工艺，以保证材料的质量。

简史20世纪30～40年代，高温合金材料大多采用电弧炉或非真空感应炉单炼、普通铸锭工艺。这类冶炼工艺的优点是炉熔批量大，设备费用少，比较经济，高碱性渣脱硫效果好，可以使用返回料等。但是大气熔炼的主要缺点是：合金成分(特别是一些较活泼元素)由于烧损而不易控制；合金的气体含量较高，脱氧产物大量残留在钢中，炉衬和盛钢桶的耐火材料使合金受到污染；浇注过程中还发生二次氧化，在钢中形成夹杂、气泡等缺陷。因此，这类大气单炼工艺仅在早期低牌号高温合金(如中国牌号G112036、GH3030、GHll40、GH2132等)曾经采用过。

20世纪50年代以来，由于航空喷气发动机的发展，对材质提出了较高的要求，广泛地采用真空冶炼技术。真空感应炉熔炼的主要特点是，冶炼在真空下进行，能严格控制合金中的活泼元素(如铝、钛等)。真空冶炼创造了良好的去气条件，合金中的氢、氧、氮和夹杂物的含量低，有害杂质铅、铋、砷、锑等在真空中可以挥发，使合金得到提纯。GH4049、GHl51(中国)等合金就曾采用此工艺。真空感应炉冶炼也有不足之处：冶炼时使用坩埚，因此耐火材料就成为污染合金的来源。采用普通注锭工艺，钢锭的缩孔和疏松是不可避免的。钢锭在凝固时结晶缓慢，造成钢锭内部结晶组织和成分不均，垂直钢锭表面的结晶组织不利于热加工。

60年代初，高温合金材料生产中已大多采用二次重熔工艺。主要的二次重熔设备有电渣炉和真空白耗炉。

二次重熔工艺有电渣重熔和真空白耗重熔等。

(1)高温合金电渣重熔。是将一次单炼浇注的电极利用电流通过渣层产生电阻热进行二次熔炼。由于金属电极呈薄层形式熔化，金属熔滴与熔渣接触的比表面特别大，熔池的温度高达1800℃以上，保证了金属液与溶渣充分强烈作用，金属材料被有效地精炼，气体、杂质和非金属夹杂物被大量去除。由于结晶器水冷的作用，结晶速度快，减少了偏析。结晶过程中不断有液态金属补充，消除了钢锭中心疏松和减小头部的缩孔。适当调整和控制冶炼工艺，能得到自下而上沿轴向的柱状晶，可以改善钢锭的热加工性，这对于难变形的高温合金尤为重要。

(2)高温合金真空自耗重熔。是将一次单炼的电极作为负极置于真空系统中，水冷结晶器作为正极，通以低压直流电，利用电弧放出的热量使电极熔化，达到进一步精炼的目的。在电极熔化的同时，金属液在水冷结晶器内结晶，成为重熔的钢锭。重熔金属的纯度和钢锭的结晶组织，基本上与电渣重熔工艺相同，但真空白耗重熔的去气条件好一些，含铝、钛合金的成分均匀性容易保证。

根据工厂的设备条件和钢种特点，有各种不同的双联冶炼配合，形成不同的工艺路线。GH3039、GH3044、GH4033、GH2132和GH2135等合金，曾采用电弧炉加真空白耗炉双联工艺。GH2036、GH4033、GH2132和GHll40等合金，曾采用电弧炉加电渣炉双联工艺。GH2135、GH4049、GH4037和GH2130等合金，采用真空感应炉加电渣炉双联工艺。GH4133、G11698、GH220和GH4169等合金，采用真空感应炉加真空白耗炉双联工艺。有些高温合金的技术条件中规定，在冶炼母合金和二次重熔两个工序中，应有一个工序采用真空冶炼，以达到降低气体含量。

(3)其他。除上述冶炼工艺外，还有悬浮炉熔炼。真空下用感应加热，炉料与特制的水冷铜坩埚不接触，悬浮着熔化和精炼。由于整个熔炼过程不接触耐火材料，合金的纯度特别高。TiAl等金属间化合物中铝、钛元素十分活泼，容易与坩埚的耐火材料起反应，必须采用此工艺冶炼。此外，还有电子束炉熔炼、等离子炉熔炼等新工艺。利用高速电子或等离子轰击母材产生热量进行重熔。此类熔炼工艺的真空度较高，又能较好地控制熔化和结晶过程，因此去除气体、夹杂物及有害杂质的效果比真空白耗重熔好。但是，设备和生产费用较高，易挥发元素的控制等问题尚未完全解决，所以此类工艺在高温合金中使用得还少。

2020-11-04     电热合金：按其化学元素的含量和组织结构的不同，可分为二大类：一类是铁铬铝合金系列，另一类为镍铬合金系列，它们作为电热材料分别具有各自的较多的优点，而得到广泛的使用。
铁铬铝、镍铬电热合金其抗氧化性能一般都较强，但由于炉内含各种气体，象空气、碳气氛、硫气氛以及氢、氮气氛等等，这些气体对元件在高温使用下都有一定的影响，虽然各种电热合金在出厂之前都进行了抗氧化处理，但在运输、绕制、安装等环节上都会在一定程度上造成元件损伤，而降低使用寿命，为延长使用寿命，要求客户在使用前进行预氧化处理，其方法是将安装完毕的电热合金元件，在干燥的空气中通电加热到低于合金允许最高使用温度100-200度，保温5-10小时，然后随炉缓冷既可。

2018-12-24高温合金是最难加工的材料之一，假如45#钢的加工性为100%，则高温合金的相对加工性仅为5%～20%，其切削加工的特点有：①切削力大，是普通钢材的2～4倍。高温合金含有很多高熔点金属元素，构成组织结构致密的奥氏体固溶体，合金的塑性好，原子结构十分稳定，需要很大能量才能使原子脱离平衡位置，因而变形抗力大。②切削温度高，最高可达1000℃左右。高温合金导热系数小，仅为45#钢的1/4～1/3，刀具与工件间摩擦强烈而导热性差，故切削温度高。③加工硬化严重，表面硬度比基体硬度高50%～100%。④塑性变形大，在室温下的延伸率可达30%～50%。⑤刀具易磨损，常见的有扩散磨损、边界磨损、刀尖塑性变形、月牙洼磨损及积屑瘤。由于这些特点，切削高温合金的刀具材料应具有高的强度、高的红硬性、良好的耐磨性和韧性、高的导热性和抗粘接能力等。 

高速钢刀具材料是较早用于加工高温合金的刀具材料，现在由于加工效率等原因正被像硬质合金这样的刀具材料所替换。但在一些成形刀具以及工艺系统刚性差的条件下，采用高速钢刀具材料加工高温合金还是很好的选择。另一方面，加工效率是一种综合的评判，高速钢刀具切削速度低，在某些特定条件下其损失的效率可以通过采用大的切削深度来弥补，由于高速钢刀具材料有更高的强度和韧性，且刃口可以更锋利，产生的切削热更低，加工硬化现象更轻。