Inconel 718 - 镍基高温合金的特性是什么 - 定义

Inconel 718 是一种镍基高温合金，具有高强度特性和耐高温性。它还显示出显着的抗腐蚀和抗氧化保护。

高温合金 - 铬镍铁合金 - 涡轮叶片高温合金或高性能合金是在高温下表现出出色强度和表面稳定性的有色合金。它们能够在较高的熔点下安全运行（高达 85% 的熔点 (T m )，以开尔文度数表示，0.85）是它们的关键特性。高温合金通常在高于 540 °C (1000 °F) 的温度下使用，因为在这些温度下普通钢和钛合金正在失去其强度，在此温度下钢中也很常见腐蚀。在高温下，高温合金保持机械强度、抗热蠕变变形、表面稳定性和抗腐蚀或抗氧化性。一些镍基高温合金可以承受超过 1200°C 的温度，具体取决于合金的成分。高温合金通常以单晶形式铸造，虽然晶界可以提供强度，但它们会降低抗蠕变性。

概括

它们最初是为用于飞机活塞发动机涡轮增压器而开发的。今天，最常见的应用是飞机涡轮部件，它必须在合理的时间段内承受严重氧化环境和高温。目前的应用包括：

• 飞机燃气轮机

• 汽轮机发电厂

• 医疗应用

• 航天器和火箭发动机

• 热处理设备

• 核电厂

镍是高温合金的基本元素，高温合金是一组用于喷气发动机的镍、铁镍和钴合金。这些金属具有出色的抗热蠕变变形能力，并在远高于其他航空航天结构材料的温度下保持其刚度、强度、韧性和尺寸稳定性。

55%

21%

14%

镍基高温合金

目前，镍基高温合金占先进飞机发动机重量的 50% 以上。镍基高温合金包括固溶强化合金和时效硬化合金。时效硬化合金由奥氏体 (fcc) 基体组成，基体中分散有 Ni 3的相干沉淀(Al,Ti) 金属间化合物，具有 fcc 结构。镍基超合金是以镍为主要合金元素的合金，在前面讨论的应用中，镍基超合金优选作为叶片材料，而不是钴或铁基超合金。对于镍基高温合金来说，重要的是它们在高温下的高强度、抗蠕变性和耐腐蚀性。通常以定向凝固形式或单晶形式铸造涡轮叶片。单晶叶片主要用于涡轮级的第一排。

铬镍铁合金 718

一般来说，Inconel是 Special Metals 的注册商标，用于奥氏体镍铬基高温合金家族。Inconel 718是一种镍基高温合金，具有高强度特性和耐高温性。它还显示出显着的抗腐蚀和抗氧化保护。Inconel 的高温强度是通过固溶强化或沉淀硬化来提高的，具体取决于合金。Inconel 718 由 55% 的镍、21% 的铬、6% 的铁和少量的锰、碳和铜组成。

高温合金的常见用途是航空航天和其他一些高科技行业。这种高温合金结合了耐腐蚀性和面对端高温的材料强度，在核工业中表现良好。一些核电站将镍基高温合金用于反应堆芯、控制棒和类似部件。在核工业中，尤其是使用低钴高温合金（由于可能激活钴 59）。核燃料组件的一些结构部件，例如顶部和底部喷嘴，可以由诸如铬镍铁合金的超级合金制成。间隔网格通常由具有低吸收热中子截面的耐腐蚀材料制成，通常是锆合金（~ 0.18 × 10 –24厘米2）。第一个和最后一个间隔网格也可以由低钴铬镍铁合金制成，这是一种非常适合在承受压力和热量的极环境中使用的超合金。

热蠕变

蠕变，也称为冷流，是在恒定载荷或应力下随时间增加的久变形。它是由于长时间暴露在较大的外部机械应力下而导致屈服极限，并且在长时间受热的材料中更为严重。变形率是材料特性、暴露时间、暴露温度和施加的结构载荷的函数。如果我们在高温下使用材料，蠕变是一个非常重要的现象。蠕变在电力工业中非常重要，在喷气发动机的设计中具有高的重要性。对于许多寿命相对较短的蠕变情况（例如涡轮叶片在用飞机中），破裂时间是主要的设计考虑因素。当然，为了确定它，蠕变试验必须进行到失效点；这些被称为蠕变断裂试验。

材料的抗蠕变性受许多因素影响，例如扩散率、析出物和晶粒尺寸。一般来说，有三种防止金属蠕变的一般方法。一种方法是使用熔点较高的金属，第二种方法是使用晶粒尺寸更大的材料，第三种方法是使用合金化。体心立方 (BCC) 金属在高温下的抗蠕变性较差。因此，基于 Co、Ni 和 Fe 的超合金（通常是面心立方奥氏体合金）能够被设计成具有高抗蠕变性，因此已成为高温环境中的理想材料。

应力腐蚀开裂

最严重的冶金问题之一，也是核工业中主要关注的问题之一是应力腐蚀开裂(SCC)。应力腐蚀开裂是施加的拉应力和腐蚀环境共同作用的结果，这两种影响都是必要的。SCC是一种晶间腐蚀腐蚀，在拉应力作用下发生在晶界。低合金钢比高合金钢不易受到影响，但它们在含有氯离子的水中易发生 SCC。然而，镍基合金不受氯离子或氢氧根离子的影响。耐应力腐蚀开裂的镍基合金的一个例子是铬镍铁合金。

高温合金的特性 – Inconel 718

材料属性是密集属性，这意味着它们与质量无关，并且可能随时在系统内因地而异。材料科学的基础涉及研究材料的结构，并将它们与其特性（机械、电气等）联系起来。一旦材料科学家了解了这种结构-性能相关性，他们就可以继续研究材料在给定应用中的相对性能。材料结构及其性质的主要决定因素是其组成化学元素以及将其加工成最终形式的方式。

高温合金的机械性能 – Inconel 718

材料经常被选择用于各种应用，因为它们具有理想的机械特性组合。对于结构应用，材料特性至关重要，工程师必须将其考虑在内。

高温合金的强度 – Inconel 718

在材料力学中，材料的强度是其承受外加载荷而不失效或塑性变形的能力。材料的强度基本上考虑了施加在材料上的外部载荷与材料尺寸的变形或变化之间的关系。材料的强度是其承受该施加载荷而不会失效或塑性变形的能力。

极限抗拉强度

高温合金的极限抗拉强度——Inconel 718 取决于热处理工艺，但约为 1200 MPa。

极限抗拉强度是工程应力-应变曲线上的最大值。这对应于最大应力可以由处于张力状态的结构来支撑。极限抗拉强度通常简称为“抗拉强度”，甚至简称为“极限”。如果施加并保持这种应力，就会导致断裂。通常，该值明显高于屈服应力（比某些类型的金属的屈服强度高 50% 到 60%）。当韧性材料达到其极限强度时，它会在横截面积局部减小的地方发生颈缩。应力-应变曲线不包含高于极限强度的应力。即使变形可以继续增加，应力通常会在达到极限强度后减小。这是一个密集的财产；因此它的值不取决于试样的大小。但是，它取决于其他因素，例如标本的制备，测试环境和材料的温度。极限抗拉强度从铝的 50 MPa 到超高强度钢的高达 3000 MPa 不等。

屈服强度

高温合金的屈服强度——Inconel 718 取决于热处理工艺，但约为 1030 MPa。

屈服点是应力-应变曲线上指示弹性行为极限和开始塑性行为的点。屈服强度或屈服应力是定义为材料开始塑性变形的应力的材料特性，而屈服点是非线性（弹性+塑性）变形开始的点。在屈服点之前，材料将发生弹性变形，并在移除施加的应力时恢复其原始形状。一旦超过屈服点，部分变形将是久性的且不可逆的。一些钢和其他材料表现出一种称为屈服点现象的行为。屈服强度从低强度铝的 35 MPa 到超高强度钢的大于 1400 MPa 不等。

杨氏弹性模量

高温合金的杨氏弹性模量 - Inconel 718 为 200 GPa。

杨氏弹性模量是单轴变形的线性弹性状态下拉伸和压缩应力的弹性模量，通常通过拉伸试验来评估。达到极限应力时，物体将能够在移除负载时恢复其尺寸。施加的应力导致晶体中的原子从它们的平衡位置移动。所有原子的位移量相同，但仍保持其相对几何形状。当应力消除时，所有原子都回到原来的位置，不会发生久变形。根据胡克定律，应力与应变成正比（在弹性区域），斜率是杨氏模量. 杨氏模量等于纵向应力除以应变。

高温合金的硬度 – Inconel 718

高温合金的布氏硬度 – Inconel 718 取决于热处理工艺，但约为 330 MPa。

在材料科学中，硬度是承受表面压痕（局部塑性变形）和刮擦的能力。硬度可能是定义最不明确的材料特性，因为它可能表示抗划伤、抗磨损、抗压痕甚至抗成型或局部塑性变形。从工程的角度来看，硬度很重要，因为对摩擦或蒸汽、油和水侵蚀的耐磨性通常会随着硬度的增加而增加。

布氏硬度测试是压痕硬度测试之一，已开发用于硬度测试。在布氏测试中，一个坚硬的球形压头在特定载荷下被压入待测金属表面。典型测试使用直径为 10 毫米（0.39 英寸）的 硬化钢球作为压头，力为 3,000 千克力（29.42 千牛；6,614 磅）。负载在定时间（10 到 30 秒之间）保持恒定。对于较软的材料，使用较小的力；对于较硬的材料，用碳化钨球代替钢球。

该测试提供数值结果来量化材料的硬度，用布氏硬度值- HB表示。布氏硬度值由常用的测试标准（ASTM E10-14[2] 和 ISO 6506–1:2005）定为 HBW（H 来自硬度，B 来自布氏硬度，W 来自压头材料钨（钨）碳化物）。在以前的标准中，HB 或 HBS 用于指代用钢压头进行的测量。

布氏硬度值(HB) 是载荷除以压痕的表面积。印模的直径是用带有叠加刻度的显微镜测量的。布氏硬度值由下式计算：

有多种常用的测试方法（例如布氏、努氏、维氏和洛氏）。有可用的表格将来自不同测试方法的硬度值关联起来，其中关联适用。在所有尺度中，高硬度值代表硬金属。

高温合金的热性能 – Inconel 718

材料的热性能 是指材料对其 温度变化和热应用的响应。当固体以热的形式吸收能量时，它的温度会升高，尺寸也会增加。但是不同的材料对加热的反应不同。

热容量、热膨胀和热导率是在固体的实际使用中通常很关键的属性。

高温合金的熔点 – Inconel 718

高温合金的熔点——Inconel 718 钢的熔点约为 1400°C。

通常， 熔化 是 物质从固相到液相的相变。物质的 熔点 是发生这种相变的温度。熔点 还定义了固体和液体可以平衡存在的条件。

高温合金的热导率 - Inconel 718

高温合金 - Inconel 718 的热导率为 6.5 W/(mK)。

固体材料的传热特性由称为 热导率k（或 λ）的属性测量，单位为 W/mK。它是衡量物质通过 传导通过材料传递热量的能力的量度。请注意， 傅立叶定律 适用于所有物质，无论其状态如何（固体、液体或气体），因此，它也适用于液体和气体。（此文转载）