以鎳為基礎(chǔ)添加其他元素的合金稱為鎳合金。鎳具有良好的機械、物理和化學(xué)性能。添加適當(dāng)?shù)脑乜梢蕴岣咂淇寡趸?、耐腐蝕性、高溫強度和某些物理性能。鎳合金可用作電子管用材料、精密合金（磁性合金、精密電阻合金、電熱合金等）、鎳基高溫合金、鎳基耐腐蝕合金和形狀記憶合金。鎳合金廣泛應(yīng)用于能源開發(fā)、化工、電子、航海、航空和航天。 鎳可與銅、鐵、錳、鉻、硅、鎂組成多種合金。鎳銅合金是著名的蒙乃爾合金，強度高，塑性好。化學(xué)性能穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于電氣工業(yè)、真空管道、化工、醫(yī)療設(shè)備和航海船舶工業(yè)。 一、鎳基合金的定義一般為鎳基合金Ni含量超過30wt%合金被稱為常見產(chǎn)品Ni含量都超過50wt%， 鐵基和鈷基合金因其超高溫機械強度和耐腐蝕性而被稱為超合金(Superalloy)，一般用于540℃根據(jù)上述高溫環(huán)境和使用場合，選擇不同的合金設(shè)計，主要用于具有高溫機械強度的特殊耐腐蝕環(huán)境、高溫腐蝕環(huán)境和設(shè)備。常用于航天、能源、石化或特殊電子/光電。常用于航天、能源、石化或特殊電子/光電領(lǐng)域。應(yīng)用產(chǎn)品要求特色產(chǎn)品在航天行業(yè)高溫下保持良好的機械強度。飛機發(fā)動機、燃?xì)鉁u輪機、發(fā)動機閥門能源行業(yè)具有良好的耐高溫硫化性、熔爐零件、保溫層、熱處理行業(yè)、石化行業(yè)耐水溶液(酸、堿、氯離子)腐蝕海水淡化廠、石化輸送管道電子/光電行業(yè)一般耐腐蝕性或耐高溫性低的環(huán)境電池外殼和導(dǎo)線架。計算機監(jiān)視器網(wǎng)罩 2.鎳基合金的起源和發(fā)展始于20世紀(jì)30年代末，英國于1941年首次生產(chǎn)鎳基合金 Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；增加潛變強度，提高潛變強度Al，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr- 2.5Ti-1.3Al)；20世紀(jì)40年代中期，20世紀(jì)40年代末，俄羅斯也在20世紀(jì)50年代中期開發(fā)鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新。鎳基合金的發(fā)展包括合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新。例如，20世紀(jì)50年代初，真空熔煉技術(shù)的發(fā)展具有較高的煉制含量Al和Ti 鎳基合金創(chuàng)造了條件，大大提高了合金的強度和使用溫度。20世紀(jì)50年代末，由于渦輪葉片工作溫度的提高，合金需要更高的高溫強度，但合金強度高，難以變形，甚至不能變形。因此，采用精密鑄造技術(shù)開發(fā)了一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。20世紀(jì)60年代中期開發(fā)了更好的方向性結(jié)晶、單晶高溫合金和粉末冶金高溫合金。為了滿足船舶和工業(yè)燃?xì)廨啓C的需要，自20世紀(jì)60年代以來，一批耐熱性好、組織穩(wěn)定的高耐腐蝕性Cr鎳基合金。鎳基合金的工作溫度約為40年代初至70年代末的40年 提高1,100℃，平均每年增加10℃左右。目前鎳基合金的使用溫度已超過1100℃，上述原始成分非常簡單Nimonic75 合金，到最近的發(fā)展MA6000 合金，在1,100℃拉伸強度可達(dá)220MPa、屈服強度為192MPa；其1,100℃/137MPa航空發(fā)動機1000小時的航空發(fā)動機葉片。鎳基合金是超合金中應(yīng)用最廣泛、強度最高的材料。超合金的名稱來源于材料的特性。包括:(1)性能優(yōu)異:高溫可保持高強度，潛變、疲勞等機械性能優(yōu)異，抗氧化、耐腐蝕、塑性好 焊接性。(2)合金添加非常復(fù)雜:鎳基合金通常添加十種以上的合金元素，以提高不同環(huán)境的耐腐蝕性；以及固體溶解強化或沉淀強化。(3)工作環(huán)境非常惡劣:鎳基合金廣泛應(yīng)用于航天飛行發(fā)動機氣體等各種嚴(yán)格的使用條件 室內(nèi)高溫高壓件、核能、石油、海洋工業(yè)結(jié)構(gòu)件、耐腐蝕管道等。鎳基合金微組織鎳基合金的晶體結(jié)構(gòu)主要是高溫穩(wěn)定的 面心立方體(FCC)為了提高其耐熱性，形成各種二次相，提高鎳基合金的高溫強度，沃斯田鐵結(jié)構(gòu)增加了大量的合金元素。二次相的類型包括各種形式 MC、M23C6、M6C、M7C碳化物主要分布在晶界等 γ' 或 γ'' 等結(jié) 構(gòu)上是構(gòu)上(Coherent)之有序(Ordering)介金屬化合物。γ'與 γ'' 相比之下，它的化學(xué)成分大致是Ni3(Al, Ti) 或 Ni3Nb，這種有序相在高溫下非常穩(wěn)定，通過它們的強化可以獲得優(yōu)異的潛變破壞強度。

　　顯微組織的變化趨勢如下： γ相數(shù)逐漸增加，尺寸逐漸增加，從球形到立方體，同一合金的尺寸和形狀不同γ'相。此外，鑄造合金也出現(xiàn)在凝固過程中γ γ晶體沉淀了不連續(xù)的顆粒狀碳化物，并被共晶體沉淀γ這些微組織的變化提高了合金的性能。此外，現(xiàn)代鎳基合金的化學(xué)成分非常復(fù)雜，合金飽和度非常高，因此每種合金元素都需要 嚴(yán)格控制(尤其是主要強化元素)的含量，否則其他有害介金屬相在使用過程中容易沉淀，如σ、Laves相等會損害合金的強度和韌性。5.合金元素和品牌鎳基合金是高溫合金中應(yīng)用最廣泛、強度最高的合金。大量添加Ni 鎳基合金維持沃斯田鐵相穩(wěn)定元素 FCC結(jié)構(gòu)能溶解更多其他合金元素，保持良好的組織穩(wěn)定性和材料塑性；和 Cr、Mo和Al它具有抗氧化、耐腐蝕和一定的強化作用。鎳基合金的強化可分為固溶強化元素(1)W、Mo、Co、Cr與基材不同的原子半徑和V等Ni-Fe局部晶格應(yīng)變成強化材料；(2)沉淀強化元素Al、Ti、Nb和Ta等，可形成整合有序A3B型金屬間化合物，如Ni3(Al,Ti)等強化相(γ有效強化合金，獲得高溫強度高于鐵基高溫合金和鈷基合金高溫合金和鈷基合金；B、Zr、Mg稀土元素能提高合金的高溫性能。一般鎳基合金牌號由開發(fā)廠家命名，如Ni-Cu合金又稱為Monel合金，常見Monel 400、K-500等。一般鎳基合金牌號由開發(fā)廠家命名，如Ni-Cu合金又稱為Monel合金，常見Monel 400、K-500等。Ni-Cr合金通常被稱為 Inconel鎳基耐熱合金主要用于氧化介質(zhì) ，常見如 Inconel 600、625等。若是Inconel在合金中加入較高的量Fe來取代Ni，則為Incoloy合金的耐高溫性不如鎳基析硬化合金，但價格便宜，可用于噴射發(fā)動機和石化廠反應(yīng)器的低溫部件Incoloy 800H、825等。若于Inconel與Incoloy加入沉淀強化元素，如Ti、Al、Nb等等，成為沉淀硬化(鐵)鎳基合金，在高溫下仍能保持良好的機械強度和耐腐蝕性，多用于噴射發(fā)動機組件，如 Inconel 718 、Incoloy A-286 等。而 Ni-Cr-Mo(-W)(-Cu) 合金稱為哈氏耐蝕合（Hastelloy)，其中Ni-Cr-Mo主要用于還原介質(zhì)腐蝕。Hastelloy代表牌號如C-276、C-2000等。

　　六、鎳基合金性能1鎳基合金在高溫(瞬時)強度下具有較高的拉伸強度 (TS=1,200-1,600；YS= 900-1,300 MPa)，延展性好，

　　它包括高熔點和高強度的離子和共價鍵結(jié)γ'或γ與滑動系統(tǒng)多、延展性強的沃斯田鐵相基地相匹配，以復(fù)合材料的概念獲得優(yōu)異的機械性能，使鎳基合金的應(yīng)用溫度成為金屬材料中最高的

　　2.潛變強度潛變?yōu)楦邷夭牧?T/Tm>0.5)由于材料合金具有最佳的抗高溫潛變能力，廣泛應(yīng)用于各種高溫環(huán)境中，在恒荷載作用下塑性變形緩慢。

　　潛變形的三個階段，溫度對潛變影響的強度-應(yīng)用溫度示意圖可分為三個階段， 在初步潛變(Primary Creep)在這個階段，變形率相對較大，但隨著應(yīng)變的增加，加工硬化減慢。當(dāng)變形率達(dá)到最小值并接近常數(shù)時，稱為第二階段潛變或穩(wěn)態(tài)階段潛變 (Secondary or Steady-StateCreep)，這是加工硬化和動態(tài)平衡的結(jié)果。當(dāng)變形率達(dá)到最小值并接近常數(shù)時，稱為第二階段潛變或穩(wěn)態(tài)階段潛變 (Secondary or Steady-StateCreep)，這是加工硬化和動態(tài)平衡的結(jié)果。工程材料設(shè)計所需的潛變應(yīng)變率是指現(xiàn)階段的應(yīng)變率。在第三階段(Tertiary Creep)，由于頸部收縮，隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)變率呈指數(shù)級增長，最終達(dá)到破壞。應(yīng)力與應(yīng)變率的關(guān)系因潛變機制而異。一般來說，溫度升高或應(yīng)力升高會增加穩(wěn)態(tài)潛變的變形率，縮短潛變的使用壽命。潛變機制可分為(1)差排潛變：在高溫的幫助下，差排可沿滑動表面滑動，然后變形。(2)擴散潛變:由原子運動引起的，稱為沿晶粒散Nabarro-Herring Creep，以高溫為主要機制。沿晶界擴散稱為Coble Creep，在低溫時 主要機制。因此，晶粒越小，擴散潛變的可能性就越大。（3）晶體邊界滑動：由于高溫時晶體邊界較弱，材料容易沿晶體邊界滑動，導(dǎo)致晶體裂紋越小，越容易產(chǎn)生晶體邊界滑動潛變和沿晶體裂紋。金屬的潛變形通常是差排潛變和晶界滑移的交互作用。鎳基合金能大大抑制差排潛變，而晶界沉淀的碳化物有助于抵抗晶界滑移引起的潛變，

　　此外，從傳統(tǒng)的鑄造方法到單向固化長柱晶體，如果進(jìn)一步生長為單晶，鎳基合金還開發(fā)了方向共晶凝固、單晶鑄造、粉末冶金等特殊技術(shù)，進(jìn)一步提高了鎳基合金抵抗高溫潛變的能力。3.耐腐蝕性控制材料腐蝕被認(rèn)為是節(jié)約工業(yè)實踐材料經(jīng)濟(jì)的最佳途徑。設(shè)計端工業(yè)設(shè)備的材料選擇不是 設(shè)計和選擇只需考慮材料價格、后續(xù)更換和維護(hù)所需的周期長度、整體使用效率和更重要的安全問題。鎳基合金在強還原腐蝕環(huán)境、復(fù)雜混合酸環(huán)境和含鹵素離子的溶液中具有良好的耐腐蝕性。鎳基耐腐蝕合金可以Hastelloy以合金為代表，如前所述，Ni在晶體學(xué)中，元素可以容納更多的合金來提高耐腐蝕性；而且Ni它本身具有一定的耐腐蝕性，如對抗性Cl應(yīng)力腐蝕和苛性堿腐蝕具有良好的抗性。鎳基合金中添加的鈍化元素可與基材形成固溶體，提高材料的腐蝕電位和熱穩(wěn)定性。如Ni中加入 Cu, Cr,Mo等，提高整體合金的耐腐蝕性

　　此外，合金元素還能促進(jìn)合金表面的致密腐蝕 形成產(chǎn)品保護(hù)膜Cr2O3, Al2O鎳基耐腐蝕合金通常含有抗各種腐蝕環(huán)境的等氧化層Cr、Al這兩種元素之一或兩者都有，特別是當(dāng)強度不是合金的主要要求時，應(yīng)特別注意合金的抗高溫氧化性能 高溫合金的氧化性能因合金元素的含量而異。雖然高溫合金的高溫氧化行為非常復(fù)雜，但通常通過氧化動力學(xué)和氧化膜的組成變化來表示高溫合金的抗氧化能力。雖然高溫合金的高溫氧化行為非常復(fù)雜，但通常通過氧化動力學(xué)和氧化膜的組成變化來表示高溫合金的抗氧化能力。本文描述了純鎳和主鎳基合金的耐腐蝕性。純鎳材料如 Ni 200/201(UNS N02200/ UNS N02201)是商業(yè)純鎳(>99.0%)。它具有良好的機械性能和優(yōu)異的耐腐蝕性，以及其有用的物理特性，如磁性、磁致伸縮性、高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。Ni 在食品、人造纖維、苛性堿等需要保證產(chǎn)品純度的應(yīng)用中，200的耐腐蝕性尤為有用。耐腐蝕性是結(jié)構(gòu)應(yīng)用的主要因素。其它用途包括天空和導(dǎo)彈部件。鎳耐腐蝕合金包括哈氏合金和Ni-Cu主要合金元素為合金等Cr、Mo、Cu綜合性能好，能承受各種酸腐蝕和應(yīng)力腐蝕。最早應(yīng)用Ni-Cu成 份之Monel；此外還有Ni-Cr合金(即鎳基耐熱合金、耐腐蝕合金)Ni-Mo合金、Ni-Cr-Mo合金(即哈氏合金C系列) 等。就耐腐蝕性而言，Ni-Cu在還原介質(zhì)中，合金的耐腐蝕性優(yōu)于Ni，耐腐蝕性優(yōu)于氧化介質(zhì)Cu，在無氧和氧化劑的條件下， 是耐高溫氟氣、氟化氫和氫氟酸的最佳材料；Ni-Cr氧化介質(zhì)主要用于合金。耐高溫氧化和硫、釩等氣體腐蝕， 合金中含Cr只有當(dāng)量大于13%時，才能產(chǎn)生有效的耐腐蝕性Cr含

　　耐腐蝕性越高，耐腐蝕性越好， 但在鹽酸等非氧化介質(zhì)中，耐腐蝕性較差， 這是因為非氧化性酸在溶解氧化膜的同時，不易使合金產(chǎn)生氧化膜。再加入鎳基合金Mo與Cu等元素可以提高保護(hù)對抗層還原酸的耐腐蝕性，如Ni-Mo合金主要用于還原介質(zhì)腐蝕，是耐鹽酸腐蝕的最佳合金，但當(dāng)有氧和氧化劑存在時，耐腐蝕性會顯著降低 。Ni-Cr-Mo(-W) 以上兩種合金 Ni-Cr 與Ni-Mo主要用于氧化還原混合介質(zhì)。該合金在高溫氟化氫、含氧和氧化劑的鹽酸、氫氟酸溶液和室溫下的濕氯中具有良好的耐腐蝕性。含Mo 鎳基耐腐蝕合金的重要性在于它能同時抵抗氧化酸和還原酸，如鈦和不銹鋼，如哈氏C-276或C-含W合金2000合金Ni-Cr-Mo合金

　　還原酸的合金不同(HCl)中等耐腐蝕性數(shù)據(jù)含有極低的硅和碳， 它通常被認(rèn)為是一種通用的耐腐蝕合金，具有氧化和通用耐腐蝕合金，該合金對大多數(shù)腐蝕介質(zhì)具有優(yōu)異的耐腐蝕性，以及優(yōu)異的耐孔腐蝕性、間隙腐蝕性和應(yīng)力開裂腐蝕性C、Si，因此，碳化物碳化物的沉淀，提高其耐腐蝕性。由于這一特點，廣泛應(yīng)用于化學(xué)設(shè)備等惡劣環(huán)境中。由于這一特點，廣泛應(yīng)用于化學(xué)設(shè)備等惡劣環(huán)境中。Ni-Cr-Mo-Cu合金具有耐硝酸和硫酸腐蝕性，在某些氧化還原混合酸中也具有良好的耐腐蝕性。 鎳基合金的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是鎳原料→ 鎳合金鑄錠(熔煉)→二次精煉→加工→成品→下游應(yīng)用

　　一般鎳基合金生產(chǎn)工藝圖，如航天應(yīng)用等特殊方向凝固、單晶鑄造、粉末冶金等特殊技術(shù)。本文簡要介紹了傳統(tǒng)鎳基合金生產(chǎn)的熔煉、熱加工、熱處理等關(guān)鍵技術(shù)。鎳基合金的成分Ni-Cr-Fe為主， 添加其它元素，如Cu、Si、Mn、Al、Ti、Nb、W、C等。一般來說，這些元素對超合金材料的影響可以從文獻(xiàn)中理解，但如果要重組或添加新的合金成分，并了解其在微組織中的交互作用， 最近，可以通過材料性能模擬軟件計算合金系統(tǒng)的熱力學(xué)和動力學(xué)，幫助提供高性價比的方向，提高合金設(shè)計的效率。熔煉技術(shù)必須實現(xiàn)合金設(shè)計，鎳基合金熔煉主要分為一般等級的電爐 (Electric Arc Furnace，EAF)+電渣再熔煉 (Electro-Alag Remelting，EAR)高級真空感應(yīng)熔煉(Vacuum Induction Melting，VIM)+電渣重熔精煉產(chǎn)品。為了在熔煉過程中獲得更純的合金鋼液，降低氣體含量和有害元素含量；同時，一些合金含有易氧化元素，如Al、Ti如果存在，很難控制非真空冶煉；為了獲得更好的熱塑性，鎳基合金通常通過真空感應(yīng)爐熔化，甚至通過真空感應(yīng)熔化和真空自耗爐或爐渣爐重熔來生產(chǎn)。其中VIM

　　真空感應(yīng)熔化和電渣再熔化設(shè)備的主要目的是準(zhǔn)確擊中7-12種合金成分，去除雜質(zhì)元素和有害氣體，然后通過錠凝固控制技術(shù)保持結(jié)構(gòu)致密，無表面缺陷 在空氣環(huán)境中熔化合金可以限制非金屬氧化夾雜物的形成，去除氧、氫、氮等不必要的微量元素和溶解氣體，獲得精確均勻的合金成分。VIM熔化用于完成熔化的鑄錠ESR精煉的電極，ESR (圖10)工藝的目的是獲得更純凈、低雜質(zhì)的錠，即去渣/精煉控制技術(shù)中的介紹，然后采用錠凝固控制技術(shù)，達(dá)到成分純凈、結(jié)構(gòu)致密、微組織均勻的目的。零件通常采用真空感應(yīng)爐熔化，以確保成分和控制氣體和雜質(zhì)含量，并采用真空重熔-精密鑄造技術(shù)制造。熔煉方法的選擇會影響不純區(qū)域(即成分異常分析)。一般來說，不純度和缺陷(如孔隙)與合金成分和鑄造技術(shù)有關(guān)。鍛造、軋制等方法常用于鎳基合金的加工。對于熱塑性差的合金，甚至采用擠壓開胚后軋制或直接擠壓軟鋼(或不銹鋼)包裝的技術(shù)。一般變形的目的是破碎鑄造組織，優(yōu)化微組織結(jié)構(gòu)。鎳基合金在高溫下的變形阻抗和熱延性的不穩(wěn)定性增加了鎳基合金工藝的難度。一般鎳基合金強度高，冷熱加工不易C-276為例， 高溫變形阻抗約為不銹鋼的2.4倍，冷加工的高硬化率使其強度達(dá)到不銹鋼的2倍。除高溫變形阻抗外，還應(yīng)考慮不同溫度下不同變形阻抗或夾雜物的區(qū)域)，不純區(qū)域會損害合金的高溫機械性能，

　　鎳基合金Inconel 601在不同溫度下的熱延 低熱延性顯示數(shù)據(jù)曲線阻抗的數(shù)據(jù)曲線 只有當(dāng)溫度下降60%時，裂縫才能被視為熱加工工藝的工作范圍，由于超合金鑄件具有耐熱延性和允許加工的溫度范圍。加工后或部分鑄造合金需要熱處理。加工后或部分鑄造合金需要熱處理。鎳基合金固溶熱處理的目的取決于產(chǎn)品的性質(zhì) 晶粒尺寸需要控制，以促進(jìn)高溫再結(jié)晶和應(yīng)力消除， 以及回溶前工藝中沉淀的不良相，如M23C6、δ、η等。就固溶強化鎳基合金而言，其熱處理程序為(1)升溫至沉淀物可回溶溫度，(2)持溫達(dá)到所需晶粒尺寸，(3) 必須控制冷速，避免敏化相M23C6等之析出。 一般來說，晶粒尺寸和固溶處理后的功能 沿晶析出物的影響取決于合金成分和前工藝 調(diào)整固溶處理的溫度和時間，以達(dá)到所需的性質(zhì)。此外，含Cr鎳基合金400~800oC 熱履歷時，碳化鉻(M23C6)晶界沉淀， 晶界周圍形成鉻缺乏區(qū) (Cr-depletion Zone)，導(dǎo)致該區(qū)域耐腐蝕性降低，稱為敏化，容易導(dǎo)致沿晶侵蝕(IGA)沿晶體應(yīng)力腐蝕破裂(IGSCC)的發(fā)生。另一方面，沃斯田鐵系沉淀了強化鎳基合金的熱處理 (1)升溫 沉淀物回溶溫度下的固溶階段和(2)γ/ γ兩相區(qū)的持溫時效階段。固溶使沉淀物回溶，基地內(nèi) γ' 沉淀所需元素增加， 實現(xiàn)各添加元素的均質(zhì)化，控制基材 γ 晶粒下的晶粒尺寸；控制溫度、時間、冷速和多階段時效 γ' 主沉淀物的分布和形狀會影響潛變和耐腐蝕性。一般來說，強化相往往是奈米尺度，用一般金相法觀察并不容易。通常需要高倍穿透性電子顯微鏡(TEM)掌握沉淀物的形狀。