工业生产中广泛使用的耐热合金主要是镍合金共54页文档
第六章 耐热钢和耐热合金.ppt
可查
钨、钼、铬在镍基合金中能提高原子间结 合力，减缓扩散，起固溶强化作用。铬的 另一个主要作用是提高镍基合金的抗氧化 性。
钴 溶 于 γ′ 相 ， 形 成 γ′- （ Ni ， Co ） 3 （Al,Ti）相，提高其稳定性，并增加γ′ 相的数量。
钛和铝在时效过程中能析出金属间化合物γ′相 为主要沉淀强化相。铬主要是提高钢的化学稳定 性。钼主要起固溶强化作用。硼可产生晶界强化 并提高持久塑性。
合金元素溶于基体金属中形成固溶体而使金属强 化,称为固溶强化
通过热处理可对GH132（A-286）钢的 显微组织和性能加以控制。通常在 980~1000℃固溶处理，可获得合适的 晶粒度，并使成分均匀，得到较高的室 温伸长率、成型性和焊接性。时效温度 在700～760℃，可达到最大的沉淀强 化效果。γ′-Ni3（Ti，Al）以极细小的 球状颗粒分布在基体上，与基体保持共 格。
第四节 奥氏体型耐热钢
最常用的钢种是1Crl8Ni9Ti。它和 Cr13一样，既是不锈钢又可作耐热 钢使用。其热化学稳定性和热强性 都比珠光体和马氏体耐热钢强，工 作温度可达750℃～800℃。常用于 制造一些比较重要的零件，如燃气 轮机轮盘和叶片等。
实际上，在650℃或更高温度下工作的 零件，铁素体型耐热钢已经不能使用了， 这是由于体心立方点阵的基体中原子的 扩散很强烈，碳化物聚集长大的速度非 常快，因而钢迅速软化。奥氏体耐热钢 （如 1Cr18Ni9Ti）在650℃时高温强 度也很低。
与常规法生产相比，粉末合金可节省大量机加 工切削量，成材率高，节约费用。粉末高温合 金已用于先进型号发动机上的涡轮盘、压气机 盘等重要零件上。
耐热钢与耐热合金
钛基合金
01
钛基合金是以钛为主要成分的合金，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点。
02
钛基合金广泛应用于航空航天、船舶、化工等领域。
03
钛基合金的优点包括优良的高温强度、蠕变强度、抗疲劳性能和耐腐 蚀性能，密度低，减轻设备重量。
04
钛基合金的缺点是加工困难，成本较高，但其使用寿命长，适用于高 温和腐蚀环境。
应用
广泛应用于发动机、涡轮机、热力管道等需要承受交变载荷的设 备。
03 耐热合金的种类与特性
高温合金
01
02
03
04
高温合金是指在高温下具有优 良力学性能和抗氧化、抗腐蚀
能力的合金。
高温合金主要应用于航空航天 、能源、化工等领域，用于制
造高温部件和设备。
高温合金的优点包括良好的高 温强度、蠕变强度、抗疲劳性 能和抗氧化、抗腐蚀能力。
化学性能比较
抗氧化性
耐热合金的抗氧化性通常优于耐热钢，因为合金元素可以形成更 稳定的氧化膜。
抗腐蚀性
耐热合金的抗腐蚀性也优于耐热钢，因为合金元素可以增强钢的钝 化性能。
高温稳定性
在高温环境下，耐热合金的化学稳定性通常优于耐热钢。
机械性能比较
1 2
强度
耐热合金的强度通常高于耐热钢，因为合金元素 可以细化钢的晶粒，从而提高强度。
韧性
在低温环境下，耐热钢的韧性通常优于耐热合金。 但在高温环境下，耐热合金的韧性可能会降低。
3
疲劳强度
耐热合金的疲劳强度通常高于耐热钢，特别是在 循环载荷下。
06 耐热钢与耐热合金的未来 发展与挑战
新材料的研发与应用
研发新型耐热钢与耐热合金，以满足更高温度和更复杂环境下的应用需求。 探索新型的合金元素和制备工艺，以提高材料的抗氧化、抗蠕变和抗腐蚀性能。
镍基合金简介
沸腾50%H2SO4-Fe2(SO4)3水溶液
试验条件：试验时间24小时 腐蚀速度单位：
可由g/m²・h换算成mm/y mm/y = g/m2・h × 8.76/d (d为密度) [d]：NAS NW276：8.90g/cm³, NAS 254N：8.06g/cm³, NAS 329J3L：7.80g/cm³, SUS 316L：7.98g/cm³
酸的种类 试验温度(℃) 浓度(wt%)
耐腐蚀性
5
10
Monel400合金在氟气、盐酸、硫酸、
80
20 40
氢氟酸以及它们的派生物中有极优秀的耐
硫酸
60 80
蚀性。同时在海水中比铜基合金更具耐蚀 性。
5
沸腾
10 20
40
酸介质：Monel400在浓度小于85%的硫酸
0.1
80
1 2
中都是耐蚀的。Monel400是可耐氢氟酸中
20–100℃
熔点(℃)
机械性能
区分 HR CR 热轧板 12mmt
YS(N/mm2) ≧ 195 ≧ 195 209
TS(N/mm2) ≧ 485 485-585 513
427 54.7 21.8 13.9 1300-1350
EL(%)
HRB
≧ 35
―
≧ 35
―
52
131
加工硬化特性
NAS NW400的加工硬化性远低于SUS 301、SUS 304，因此可轻松很容易进行弯曲加工等。
用途
C276合金在化工和石化领域得到了广泛的应用，如应用在接触含氯化物有机物的元件和催化系 统中。这种材料尤其适合在高温、混有杂质的无机酸和有机酸（如甲酸和乙酸）、海水腐蚀环境中 使用。 （1）.纸浆和造纸工业，如煮解和漂白容器 （2）.FGD 系统中的洗涤塔、再加热器、湿汽风扇等 （3）.在酸性气体环境中作业的设备和元件 （4）.乙酸和酸性产品的反应器 （5）.硫酸冷凝器 （6）.亚甲二苯异氰酸盐（MDI） （7）.不纯磷酸的生产和加工 （8）.其它：热交换器、离心分离机、干燥机、反应槽、制盐成套设备、排烟脱硫装置等
常用的金属材料有哪些
常用的金属材料有哪些
金属材料是一类常见的工程材料，其具有良好的导电性、导热性、机械性能和
耐腐蚀性能，因此在工业生产和日常生活中得到了广泛的应用。
常用的金属材料主要包括铁、铜、铝、锌、镍、钛等。
下面将分别介绍这些常用的金属材料的特点和应用领域。
首先，铁是最常见的金属材料之一，具有良好的强度和塑性，广泛用于制造建
筑结构、机械零件、汽车、船舶等。
铁还可以通过合金化的方式得到不同性能的材料，如碳钢、合金钢等，满足不同工程需求。
其次，铜是一种重要的导电材料，具有良好的导电性和导热性，因此被广泛用
于制造电线、电缆、电器零件等。
此外，铜还具有良好的加工性能，可以制成各种形状的零件。
另外，铝是一种轻质金属材料，具有良好的耐腐蚀性和导热性，被广泛用于制
造航空器、汽车、建筑材料等。
由于铝的比重较小，可以减轻产品的重量，提高产品的使用性能。
此外，锌是一种常见的防腐蚀金属材料，被广泛用于制造防腐蚀涂层、镀锌钢
板等，保护钢铁材料不受腐蚀。
再者，镍是一种重要的合金元素，可以与铁、铬等元素形成不锈钢、耐热合金等，具有良好的耐腐蚀性和耐热性，被广泛用于化工、航空航天等领域。
最后，钛是一种轻质、高强度的金属材料，具有良好的耐腐蚀性和生物相容性，被广泛用于医疗器械、航空航天、化工等领域。
综上所述，常用的金属材料包括铁、铜、铝、锌、镍、钛等，它们具有不同的
特点和应用领域，广泛应用于工程制造、建筑、航空航天、化工、医疗器械等领域，为人类的生产生活提供了重要的支撑。
镍基高温合金
少，提高了组织长期稳定性等。这类合金已在美国获得
实际应用。
• 应用 镍基铸造高温合金用于飞机、船舶、工业和车
辆用燃气轮机的最关键的高温部件，如涡轮机叶片、
导向叶片和整体涡轮等。
四、生产工艺
• 冶炼方面：为了获得更纯净化的钢水，减 低气体含量与有害元素含量；同时由于部分合 金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方 式冶炼难以控制；更是为了获得更好的热塑性， 镍基耐热合金，通常采用真空感应炉熔炼，甚 至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔 方式进行生产。
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。
二、分类
• 高温合金材料按制造工艺，可分为变形高温合金、铸
造高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。
• 以镍为主要基体成分的变形高温合金。镍基变形高温 合金以汉语拼音字母“GH” 加序号表示，如GH36、
GH49、GH141等。它可采用常规的锻、轧和挤压等
冷、热变形手段加工成材。 • 按强化方式可分为固溶强化镍基变形高温合金，弱时
效强化镍基变形高温合金和强时效强化镍基变形高温
合金3类。
• 用途：镍基变形高温合金广泛地用来制造航空喷气发
工艺，如钢锭直接轧制、钢锭包套直接轧制和包套镦饼等
新工艺。也采用加镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺来提 高塑性。
镍基铸造高温合金 （cast nickel - base superalloy ）
• 以镍为主要成分的铸造高温合金，以“K”加序号表示，
如K1、K2等。 • 随着使用温度和强度的提高，高温合金的合金化程度 越来越高，热加工成形越来越困难，必须采用铸造工 艺进行生产。另外，采用冷却技术的空心叶片的内部 复杂型腔，只能采用精密铸造工艺才能生产。这样， 镍基变形高温合金就转化为镍基铸造高温合金。
世界上耐高温材料
世界上耐高温材料世界上耐高温材料引言：在现代科技发展的背景下，高温材料的需求日益增长。
无论是航空航天、能源、汽车制造还是化工等行业，都需要能够经受极高温度环境并保持稳定性能的材料。
本文将介绍一些世界上耐高温材料的种类及其应用领域。
一、金属材料金属材料一直是高温环境中广泛使用的材料之一。
以下是一些常见的耐高温金属材料：1. 镍基合金: 镍基合金是一类由镍为主要成分的合金材料，具有优异的耐高温性能。
常用的镍基合金包括Inconel系列、Hastelloy系列等，广泛应用于航空发动机、火箭发动机、石油化工等领域。
2. 钨、钼等高熔点金属: 钨和钼是具有极高熔点的金属材料，能够在高温下保持较好的稳定性能。
它们常被用于制作高温加热元件、真空炉件等。
3. 钛合金: 钛合金是一种优质的耐高温材料，可用于高温工况下的结构件制造。
钛合金在航空航天、船舶、化工装备等领域有广泛应用。
二、陶瓷材料陶瓷材料因其优异的高温稳定性和耐腐蚀性被广泛应用于高温领域。
以下是几种常见的耐高温陶瓷材料：1. 氧化铝陶瓷: 氧化铝陶瓷是一种高温陶瓷，能够在1500℃至1800℃的高温下保持稳定性能。
它广泛用于电子元器件、熔炉衬里、隔热材料等领域。
2. 碳化硅陶瓷: 碳化硅陶瓷是一种具有优异高温性能的材料。
它在高温下具有优良的机械性能和耐磨损性能，常用于高温炉具、电磁炉等领域。
3. 氮化硅陶瓷: 氮化硅陶瓷是一种高温结构陶瓷，具有高强度、高硬度和耐腐蚀性能。
它广泛应用于高温炉具、气体涡轮发电机等。
三、复合材料复合材料是由两种或多种不同类型的材料组合而成的材料，具有独特的高温性能。
以下是几种常见的耐高温复合材料：1. 碳纤维复合材料: 碳纤维复合材料是一种轻质、高强度的耐高温材料，常用于航空航天、汽车制造等领域。
2. 碳化硅纤维复合材料: 碳化硅纤维复合材料具有较高的机械性能和优异的高温性能。
它广泛应用于航空航天、核工程、化工设备等。
3. 钼合金基复合材料: 钼合金基复合材料由钼合金基体与其他强化相组成，具有高温强度和抗氧化性能，可用于高温结构件制造。
镍基合金
镍基合金按性能的分类
精密合金
包括镍基软磁合金、镍基精密电阻合金和镍基电热 合金等。最常用的软磁合金是含镍80%左右的玻莫 合金，其最大磁导率和起始磁导率高，矫顽力低， 是电子工业中重要的铁芯材料。 镍基精密电阻合金的主要合金元素是铬、铝、铜， 这种合金具有较高的电阻率、较低的电阻率温度系 数和良好的耐蚀性，用于制作电阻器。 镍基电热合金是含铬20%的镍合金，具有良好的抗 氧化、抗腐蚀性能，可在1000～1100℃温度下长期 使用。
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。
在此编辑标题
生产工艺
冶炼方面 热处理方面
变形方面
铜铸造方面
通常用真空感应炉熔炼 母合金保证成分与控制 气体与杂质含量，并用 真空重熔-精密铸造法 制成零件。
记忆合金
•含钛50（at)%的镍合金。其回复温度是70℃， 形状记忆效果好。少量改变镍钛成分比例，可 使回复温度在30～100℃范围内变化。多用于制 造航天器上使用的自动张开结构件、宇航工业 用的自激励紧固件、生物医学上使用的人造心 脏马达等。
耐热合金
镍基合金的代表材料有: 1，Incoloy合金，如Incoloy800，主要成分为；32Ni-21Cr-Ti,Al；属于耐热合金； 2，Inconel合金，如Inconel600，主要成分是；73Ni-15Cr-Ti,Al；属于耐热合金；
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。
镍
镍镍-概述镍镍是一种银白色金属，首先是1751年由瑞典矿物学家克朗斯塔特(A.F.Cronstedt)分离出来的。
由于它具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并具有很高的化学稳定性，在空气中不氧化等特征，因此是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业。
在民用工业中，镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业。
镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层，镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域，在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。
镍-综合性质元素名称：镍元素原子量：58.69元素类型：金属原子体积:(立方厘米/摩尔)：6.59元素在太阳中的含量:(ppm) ：80元素在海水中的含量:(ppm)：太平洋表面0.0001 地壳中含量：（ppm）：80原子序数：28元素符号：Ni元素中文名称：镍元素英文名称：Nickel相对原子质量：58.69核内质子数：28核外电子数：28核电核数：28质子质量：4.6844E-26质子相对质量：28.196所属周期：4所属族数：VIII摩尔质量：59氢化物：NiH3氧化物：NiO最高价氧化物化学式：Ni2O3氧化态：Main Ni+2Other Ni-1, Ni0, Ni+1, Ni+3, Ni+4, Ni+6密度：8.902熔点：1453.0沸点：2732.0声音在其中的传播速率：（m/S）：4900电离能(kJ/ mol) 镍M - M+ 736.7M+ - M2+ 1735.0M2+ - M3+ 3393M3+ - M4+ 5300M4+ - M5+ 7280M5+ - M6+ 10400M6+ - M7+ 12800M7+ - M8+ 15600M8+ - M9+ 18600M9+ - M10+ 21660 外围电子排布：3d8 4s2核外电子排布：2,8,16,2晶体结构：晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有4个金属原子。
镍合金、高温合金、哈氏合金材料知识汇编
二、典型哈氏合金化学成分
材料的化学成分
1
Ni Cr
Mo Fe
C
Si Co Mn P
SW V
Cu Nb+Ta
N10665 基 ≤1.0 26.0~30 ≤2.0 ≤0.02 ≤0.10 ≤1.0 ≤1.0 ≤0.04 ≤0.03 (B-2)
N10276
基
15.0~ 14.5~16.5
材料的力学性能
合金牌号
板材标准
厚度(mm) σb(Mpa) σ0.2(Mpa) δ5 (%) 硬度(HRB)
N10665(B-2)
ASTM B333-1998
≤4.76 4.76~63.5
760 760
N10276(C-276) ASTM B575-1999 ≤63.5
690
N06007(G-3) ASTM B582-1997 0.51~63.5
对加热炉的气体环境要求是中性环境或轻还原性环境，并且不可以在氧化性和还 原性之间波动。炉中的火焰不可以直接冲击哈氏 B-2 合金。同时要以最快的加热速度把 材料加热到要求达到的温度，即要求首先要把加热炉的温度上升到要求温度，再把材料
4
放入炉中加热。
2：热加工 哈氏 B-2 合金可以在 900~1160℃范围内进行热加工，加工过后应该以水淬火。为 了确保有最好的耐蚀性能，热加工过后应该退火。 3：冷加工 冷加工的哈氏 B-2 合金必须经过固溶处理，由于其具有比奥氏体不锈钢高得多的 加工硬化率，所以成形设备要细心考虑。如果执行了冷成形工艺，那么有必要进行级间 退火。 冷加工变形量超过 15%时，使用前要固溶处理。 4：热处理 固溶热处理温度要控制在 1060~1080℃之间，之后进行水冷淬火或材料厚度在 1.5mm 以上时可以快速空冷以获得最好的耐蚀性能。在任何加热操作过程中，材料的 表面清洁均要有预先的防范。哈氏合金材料或设备部件在进行热处理时要注意以下一些 问题：为了防止设备部件热处理变形，应采用不锈钢加强环；对装炉温度、加热和冷却 时间应严格控制；装炉前，对热处理件进行预处理，防止产生热裂纹；热处理后，对热 处理件 100%PT；在热处理过程中如产生热裂纹，经过打磨消除后需补焊者，要采用专 门的补焊工艺。 5：除垢 哈氏 B-2 合金表面的氧化物和焊缝附近的污点都要以精细的砂轮等打磨干净。 由于哈氏 B-2 合金对氧化性介质比较敏感，因此酸洗过程中会产生较多的含氮元 素的气体。 6：机加工 哈氏 B-2 合金要以退火状态进行机加工，对它的加工硬化要有清醒的认识，例如： 相对于标准奥氏体不锈钢要采用较慢的表面切削速度，对于表面的硬化层要采用较大的 进刀量，并使刀具处于连续的工作状态。 7：焊接 哈氏 B-2 合金焊缝金属及热影响区由于易析出β相而导致贫 Mo，从而易于产生晶 间腐蚀，因此，哈氏 B-2 合金的焊接工艺应谨慎制定，严格控制。一般焊接工艺如下： 焊材选用 ERNi-Mo7；焊接方法 GTAW；控制层间温度不大于 120℃；焊丝直径φ2.4、 φ3.2；焊接电流 90~150A。同时，施焊前，焊丝、被焊接件坡口及相邻部位应进行去 污脱脂处理。 哈氏 B-2 合金热传导系数比钢小得多，如选用单 V 型坡口，则坡口角度要在 70°
镍的性能和用途[整理]
镍有什么用途？镍大量用来制造各种类型的不锈钢、软磁合金和合金结构钢。
镍和铬、铜、铝、钴等元素可组成耐热合金、电工合金和耐蚀合金等。
镍铬合金（如Ni－Cr20）有高的耐热性和大的电阻，用它做的热电体（电阻丝），是电炉、电烙铁、电熨斗等的电热元件，可在1100℃下长期工作；Ni-Cr9和Ni-Cr10虽然耐热性略差，但电阻大，电阻温度系数小，热电势大，是热电偶的好材料。
镍基耐热合金主要作涡轮发动机涡轮盘、燃烧室和涡轮叶片等。
著名的“蒙乃尔合金”是含铜、铁和锰的耐蚀镍合金，强度高，塑性好，耐腐蚀，成为电器、海轮和医疗器械制造业的重要材料。
镍硅合金常制成线、带、棒用于电子电子管合电真空仪器中。
镍铁、镍钴合金是良好的磁性材料。
镍的主要用途是制造不锈钢、高镍合金钢和合金结构钢，被广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等各种军工制造业；在民用工业中，镍常制成结构钢、耐酸钢、耐热钢等大量用于各种机械制造业、石油；镍与铬、铜、铝、钴等元素可组成非铁基合金。
镍基合金、镍铬基合金是耐高温、抗氧化材料，用于制造喷气涡轮、电阻、电热元件、高温设备结构件等；镍还可作陶瓷颜料和防腐镀层；镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业和超声工艺等领域，在化学工业中，镍常用作氢化催化剂。
近年来，在彩色电视机、磁带录音机和其他通讯器材等方面镍的用量也正在迅速增长。
纳米镍粉用途磁流体用铁、钴、镍及其合金粉末生产的磁流体性能优异，广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等。
高效催化剂由于比表面巨大和高活性，纳米镍粉具有极强的催化效果，可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。
高效助燃剂将纳米镍粉添加到火箭的固体燃料推进剂中可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率,改善燃烧的稳定性。
导电浆料电子浆料广泛应用于微电子工业中的布线、封装、连接等，对微电子器件的小型化起着重要作用，用镍、铜、铝纳米粉体制成的电子浆料性能优越，有利于线路进一步微细化。