英科耐尔高温合金 您了解多少？

它们最初被开发用于飞机活塞发动机涡轮增压器。今天，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的暴露。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。

镍基高温合金

镍基高温合金目前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。时效硬化合金由分散有 Ni 3相干沉淀的奥氏体 (fcc) 基体组成(Al,Ti) 具有 fcc 结构的金属间化合物。镍基高温合金是以镍为主要合金元素的合金，在前面讨论的应用中优选作为叶片材料，而不是钴基或铁基高温合金。镍基高温合金的重要意义在于它们在高温下的高强度、高蠕变和耐腐蚀性。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 的一个奥氏体镍铬基高温合金系列的注册商标。Inconel 718是一种镍基高温合金，具有高强度特性和耐高温性。它还表现出的防腐蚀和抗氧化保护。Inconel 的高温强度是通过固溶强化或沉淀硬化产生的，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。这种高温合金在高温下兼具耐腐蚀性和材料强度，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堆芯、控制棒和类似部件。在核工业中，尤其使用低钴高温合金（由于可能会激活钴 59）。核燃料组件的一些结构部件，如顶部和底部喷嘴，可能由高温合金如 Inconel 制成。间隔栅通常由具有低热中子吸收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环境中使用的高温合金。

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变形。它是由于长时间暴露于较大的外部机械应力而导致屈服极限，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是最重要的。对于许多寿命相对较短的蠕变情况（例如涡轮叶片在飞机中），破裂时间是主要的设计考虑因素。当然，对于它的确定，必须进行蠕变试验直至失效点；这些被称为蠕变断裂试验。

材料的抗蠕变性受许多因素的影响，例如扩散率、沉淀物和晶粒尺寸。一般来说，有三种一般方法可以防止金属蠕变。一种方法是使用更高熔点的金属，第二种方法是使用更大晶粒尺寸的材料，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 的高温合金（通常是面心立方奥氏体合金）能够被设计为具有高抗蠕变性，因此已成为高温环境中的理想材料。

应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂(SCC)是最严重的冶金问题之一，也是核工业主要关注的问题之一。应力腐蚀开裂是外加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 是一种在拉应力作用下发生在晶界的晶间侵蚀腐蚀。低合金钢不如高合金钢敏感，但它们在含有氯离子的水中容易发生 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 Inconel。

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，并且可能随时随系统内的不同位置而变化。材料科学的基础包括研究材料的结构，并将它们与它们的特性（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。材料结构及其特性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，工程师必须将它们考虑在内。

高温合金的强度 – Inconel 718

在材料力学中，材料的强度是指其在不发生故障或塑性变形的情况下承受外加载荷的能力。材料的强度基本上考虑了施加到材料上的外部载荷与由此产生的变形或材料尺寸变化之间的关系。材料的强度是它在不发生故障或塑性变形的情况下承受这种施加的载荷的能力。

极限抗拉强度

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

的极限拉伸强度是工程上的最大应力-应变曲线。这对应于最大应力可以通过张力结构来维持。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（比某些类型的金属高出 50% 到 60%）。当延展性材料达到其极限强度时，它会在横截面积局部减小的情况下发生颈缩。应力-应变曲线不包含高于极限强度的应力。尽管变形可以继续增加，但在达到极限强度后应力通常会降低。它是一种密集型财产；因此其值不取决于试样的尺寸。但是，它取决于其他因素，例如样品的制备、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 3000 MPa 不等。

屈服强度

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

所述屈服点是在点应力-应变曲线，其指示的弹性行为的限制和开始塑性行为。屈服强度或屈服应力是定义为材料开始塑性变形时的应力的材料特性，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，并在施加的应力消除后恢复其原始形状。一旦超过屈服点，部分变形将是性的且不可逆的。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 到高强度钢的 1400 MPa 以上不等。

杨氏弹性模量

高温合金的杨氏弹性模量 – Inconel 718 为 200 GPa。

的杨氏弹性模量是用于在单轴变形的线性弹性体制的拉伸和压缩应力的弹性模量，通常是由拉伸试验评估。在达到极限应力的情况下，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。当应力消除后，所有原子都回到原来的位置，不会发生变形。根据虎克定律，应力与应变成正比（在弹性区），斜率就是杨氏模量. 杨氏模量等于纵向应力除以应变。

在材料科学中，硬度是承受表面压痕（局部塑性变形）和划伤的能力。硬度可能是最不明确的材料属性，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，因为对摩擦磨损或蒸汽、油和水侵蚀的耐磨性通常随着硬度的增加而增加。

布氏硬度试验是压痕硬度试验的一种，专为硬度试验而开发。在布氏试验中，硬质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 10 毫米（0.39 英寸）直径的 硬化钢球作为压头，力为 3,000 kgf（29.42 kN；6,614 lbf）。负载在的时间（10 到 30 秒）内保持恒定。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。

该测试提供了量化材料硬度的数值结果，该硬度由布氏硬度数- HB 表示。布氏硬度数由的测试标准（ASTM E10-14[2] 和 ISO 6506–1:2005）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。

的布氏硬度数（HB）是负载由压痕的表面面积除以。印模的直径是用带有叠加刻度的显微镜测量的。布氏硬度数由下式计算：

有多种常用的测试方法（例如 Brinell、Knoop、Vickers和Rockwell）。有可用的表格将来自不同测试方法的硬度数字相关联，其中相关性适用。在所有尺度中，高硬度值代表硬质金属。

高温合金的热性能 – Inconel 718

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

热容量、热膨胀和热导率是固体实际应用中通常至关重要的特性。

高温合金的熔点 – Inconel 718

高温合金 - Inconel 718 钢的熔点约为 1400°C。

一般情况下， 熔化 是一个 相变 的物质从固体到液体相。 物质的 熔点是发生这种相变时的温度。的 熔点 也限定一种状况，其中在平衡的固体和液体可以存在。

高温合金的导热系数 – 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通过称为热导率k（或 λ）的属性来衡量 ，单位为 W/mK。它是物质通过传导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。

大多数液体和固体的 热导率随温度而变化。对于蒸汽，它还取决于压力。一般来说：