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高溫合金|Superalloy

高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基,能在600℃以上的高溫下抗氧化、耐腐蝕,并能在一定應力作用下長期工作的一類金屬材料,具有優異的高溫強度,良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能,良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能,又被稱為“超合金,”主要應用于航空、航天、艦船、車輛、工業燃機和能源領域。

產品分類 / 用途

GH 4145 (N07750 / Inconel X-750)

  (0Cr15Ni70Ti3AINb)  Inconel X-750合金系一種耐腐蝕,抗氧化和高溫、高強度的沉淀硬化型熱強鎳基合金。此合金通常用于深冷至650℃之間。根據此合金的高強度和在高溫水中的耐蝕性以及其輻照穩定性等特點,國內外的輕水(壓水、沸水)核反應堆核電廠均選用此鋼制作堆內的一些構件。


一、化學成分和組織特點


  0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的化學成分見下表


表 3-3-25.jpg


  0Cr15Ni70Ti3AINb合金在固溶態為純奧氏體組織,但經不同溫度時效后會有γ',Ni3(Al/Ti)金屬間相和M23C6碳化物等析出。


二、耐腐蝕性能


 0Cr15Ni70Ti3AINb 可用于核反應堆中的一些高強度構件。因此,對此合金在核反應堆條件下的耐蝕性進行了比較多的研究和試驗。


  在壓水和沸水動力堆一回路水介質中,0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的耐全面腐蝕性能與18-8 Cr-Ni不銹鋼和0Cr15Ni75Fe合金相近,腐蝕速率一般在≤10mg/(d㎡·月)。在其他介質中,此合金的耐腐蝕性也與0Cr15Ni75Fe合金相似。


  20世紀80年代初,由于輕水動力堆用0Cr15Ni70Ti3A1Nb合金的部件也出現了晶間型應力腐蝕斷裂,進而引起了人們對此合金耐應力腐蝕性能的重視并進行了大量的研究。研究結果表明,0Cr15Ni70Ti3AINb的應力腐蝕敏感性與合金的熱處理工藝、試驗條件等密切相關。圖3-3-47和表3-3-26的結果指出,0Cr15Ni70Ti3AINb合金經不同熱處理后,M23C6型碳化物沿晶界析出是否與基體共格對合金的耐應力腐蝕性能有重大影響。


表 3-3-26.jpg

表 3-3-261.jpg


三、力學性能


  0Cr15Ni70Ti3AlNb合金可生產的品種很多,由于熱處理制度的不同,其力學性能也有所不同。本節主要介紹輕水反應堆在≤350℃以下所用的0Cr15Ni70Ti3AlNb棒材和鍛件的性能。


  在不大于593℃以下使用的0Cr15Ni70Ti3AlNb棒材和鍛件的力學性能見表3-3-27、表3-3-28和圖3-3-48~圖3-3-51。


表 3-3-27.jpg


四、冷、熱加工性能


  0Cr15Ni70Ti3AINb 合金適宜的熱變形溫度為950~1205℃.大變形量必須在1040℃以上進行。為滿足技術條件的要求,在低于1090℃以下時的變形量應達到約20%。


  0Cr15Ni70Ti3A1Nb合金的冷加工性良好。由于它比較容易加工硬化(見圖3-3-52),與18-8型Cr-Ni不銹鋼相似,所以必須及時固溶處理以防止冷加工開裂。


圖 3-3-52.jpg


五、熱處理工藝


  根據用途和對性能的不同要求,此合金的熱處理工藝也有所不同。對于工作溫度在600℃以上長期使用的設備、部件,一般是經1150℃固溶,再經845℃穩定化,最后再進行705℃的時效處理。而對在60℃以下工作的設備和部件,則可在冷、熱加工或在固溶處理后直接進行時效處理。


六、焊接性能


 對0Cr15Ni70Ti3AINb合金,建議采用鎢極氬弧焊、電子束焊、等離子焊等焊接方法進行焊接。采用鎢極氬弧焊時可使用Inconel 69填絲。焊接板材的力學性能見圖3-3-53。


七、物理性能


  0Cr15Ni70Ti3AlNb合金的物理性能見下表


表 3-3-29.jpg


八、應用


 由于0Cr15Ni70Ti3A1Nb具有良好的力學性能,耐腐蝕性能和抗氧化性能,因此,在輕水(壓水、沸水)核反應堆中主要用做壓力殼密封環(鍛件)、螺栓、彈簧、定位銷等部件。我國的小型和大型壓水動力堆也均采用此合金制造這些構件。


 此合金作為熱強合金廣泛用于火箭發動機構件;燃氣輪機的轉子葉輪、葉片和螺栓等緊固件;還可用于從0℃以下到650℃工作的彈簧等部件。



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