镍基高温合金-PPT课件
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镍及镍基合金焊接课件
力学性能测试
对焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能测试，确保满足设计 要求。
07
CATALOGUE
案例分析
航空航天领域的应用案例
总结词
航空航天领域对材料性能要求极高，镍及镍基合金因其优异 的高温性能和耐腐蚀性而被广泛应用。
详细描述
镍基合金焊接在航空发动机制造中具有重要应用，如涡轮叶 片、燃烧室等关键部件的制造。通过先进的焊接工艺，确保 了发动机的性能和安全性。
镍及镍基合金焊接课件
CATALOGUE
目 录
• 镍及镍基合金概述 • 焊接基础 • 镍及镍基合金焊接特性 • 焊接方法与工艺 • 焊接材料选择 • 焊接质量控制与检验 • 案例分析
01
CATALOGUE
镍及镍基合金概述
镍及镍基合金的定义
镍及镍基合金
镍及镍基合金是一种以镍为主要成分 的合金，通常含有铁、铬、钴等元素 ，具有优良的耐腐蚀性、高温强度和 良好的加工性能。
镍基合金
镍基合金是以镍为主要成分，加入其他元素组成的合金，具有良好的高温强度、 耐腐蚀性和抗氧化性，广泛应用于航空、航天、石油化工等领域。
焊接材料的选择
镍及镍基合金的焊接材料主要包括焊 条、焊丝和焊剂等。选择焊接材料时 ，应考虑母材的化学成分、力学性能 和焊接工艺要求等因素。
对于纯镍和镍基合金的焊接，应选择 与母材成分相近的焊接材料，以保证 焊接质量。
由于镍基合金对酸、碱、盐等腐蚀介 质具有较好的耐受能力，被广泛应用 于制造石油化工设备、管道等。
02
CATALOGUE
焊接基础
焊接的定义与分类
焊接定义
焊接是通过加热或加压，或两者 并用，使两个分离的物体产生原 子间相互扩散和联结，形成一个 整体的工艺过程。
对焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击等力学性能测试，确保满足设计 要求。
07
CATALOGUE
案例分析
航空航天领域的应用案例
总结词
航空航天领域对材料性能要求极高，镍及镍基合金因其优异 的高温性能和耐腐蚀性而被广泛应用。
详细描述
镍基合金焊接在航空发动机制造中具有重要应用，如涡轮叶 片、燃烧室等关键部件的制造。通过先进的焊接工艺，确保 了发动机的性能和安全性。
镍及镍基合金焊接课件
CATALOGUE
目 录
• 镍及镍基合金概述 • 焊接基础 • 镍及镍基合金焊接特性 • 焊接方法与工艺 • 焊接材料选择 • 焊接质量控制与检验 • 案例分析
01
CATALOGUE
镍及镍基合金概述
镍及镍基合金的定义
镍及镍基合金
镍及镍基合金是一种以镍为主要成分 的合金，通常含有铁、铬、钴等元素 ，具有优良的耐腐蚀性、高温强度和 良好的加工性能。
镍基合金
镍基合金是以镍为主要成分，加入其他元素组成的合金，具有良好的高温强度、 耐腐蚀性和抗氧化性，广泛应用于航空、航天、石油化工等领域。
焊接材料的选择
镍及镍基合金的焊接材料主要包括焊 条、焊丝和焊剂等。选择焊接材料时 ，应考虑母材的化学成分、力学性能 和焊接工艺要求等因素。
对于纯镍和镍基合金的焊接，应选择 与母材成分相近的焊接材料，以保证 焊接质量。
由于镍基合金对酸、碱、盐等腐蚀介 质具有较好的耐受能力，被广泛应用 于制造石油化工设备、管道等。
02
CATALOGUE
焊接基础
焊接的定义与分类
焊接定义
焊接是通过加热或加压，或两者 并用，使两个分离的物体产生原 子间相互扩散和联结，形成一个 整体的工艺过程。
镍基时效高温合金GH4099
GH4099(GH99)镍基合金成分
C
Cr
Ni
W
Mo
Al
Co
Ti
≤0.08
17.00～20.0
余量
5.00～7.00 3.50～4.50 1.70～2.40 5.00～8.00 1.00～1.50
Fe
B
Mg
Ce
Mn
Si
P
S
≤2.00
≤0.005
≤0.010
≤0.020
≤0.40
≤0.50
≤0.015
• b热轧棒，制度Ⅰ：（1080~1120）℃*1h/AC（保温1小时空冷）； • 制度Ⅱ：1090℃±10℃*2h/AC +900℃±10℃*5h/AC； • 制度Ⅲ：1000℃±15℃*4h/AC +700℃±10℃*16h/AC； • c 大规格锻棒，1130℃±10℃*（30~40）min/AC +900℃±10℃*4h/AC • D 焊丝，固溶处理（1100~1140）℃/AC
GH4099(GH99)镍基合金牌号
GH4099 GH99 ЭП693 ХН68МВКТЮР
GH4099(GH99)镍基合金标准
GB/T 14992 高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号 GJB 1952A航空用高温合金冷轧薄板规范 HB5332 GH99合金冷轧薄板 HB 5333 航空用HGH99合金焊丝技术条件 HB/Z140 航空用高温合金热处理工艺 QJ/DT 0160018航空发动机用GH99合金热轧棒材技术条件 QJ/DT 0160020航空发动机用GH99合金热轧棒材技术条件 QJ/DT 0160021地面燃机用大规格GH99合金棒材技术条件
镍基时效高温合金GH4099 高温承力焊接结构件
镍基和铁镍耐蚀合金综述课件
1 .焊缝清理 (1)焊缝清理坡口、钝边及焊道两侧30mm 范围。 (2)焊缝处氧化膜用锉刀、砂轮清理。 (3)焊缝处污物、油脂、漆应用丙酮、碱液 或专用合成剂清理。
镍基高温合金的热处理
一般来说分两种
一种是加工过程中为软化合金而进行的 退火处理
另一种是为获得一定性能而进行的固溶、 时效处理。
焊接注意事项
目 录
• • • • • • • 概念 发展 特性 典型镍基和耐蚀合金 焊接特性及热处理特性 焊接时候易出现的问题及对策 参考文献
镍基和铁镍耐蚀合金定义
镍基合金包括耐蚀合金和高温合金， 一种是在一般常温腐蚀介质工作，称为耐 蚀合金。而另一种是在高温600℃以上工作， 抵御高温氧化腐蚀等，成为高温合金；以 镍为基体,含镍大于50％，具有一定的高温 强度等综合性能并且能够耐氧化或水容易 介质腐蚀的合金,称为镍基耐蚀合金。与之 对应的,将含镍大于30％,且含镍加铁大于50 ％的耐蚀合金,习惯上称为铁－镍基耐蚀合 金。
• 焊接时在保证焊透和熔合良好的前提下， 在工艺参数范围内尽量采用小的焊接线能 量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法。 • 焊件表面严禁电弧擦伤，并严禁在焊件表 面引弧、收弧。 • 各层各道的焊接接头要错开。 • 焊接完毕必须及时将焊缝表面的熔渣及周 围的飞溅物，防飞溅材料清理干净。
焊接工艺及控制要点
致谢
本论文在编写过程中，参考了各类文献 和网络资源，同时还有各位老师和同学的 帮助，在此表示深深的谢意。 由于作者水平有限，论文中的疏漏及错 误之处在所难免，希望老师在审阅时，发 现了能批评指正。
谢谢观赏
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镍基高温合金的热处理
一般来说分两种
一种是加工过程中为软化合金而进行的 退火处理
另一种是为获得一定性能而进行的固溶、 时效处理。
焊接注意事项
目 录
• • • • • • • 概念 发展 特性 典型镍基和耐蚀合金 焊接特性及热处理特性 焊接时候易出现的问题及对策 参考文献
镍基和铁镍耐蚀合金定义
镍基合金包括耐蚀合金和高温合金， 一种是在一般常温腐蚀介质工作，称为耐 蚀合金。而另一种是在高温600℃以上工作， 抵御高温氧化腐蚀等，成为高温合金；以 镍为基体,含镍大于50％，具有一定的高温 强度等综合性能并且能够耐氧化或水容易 介质腐蚀的合金,称为镍基耐蚀合金。与之 对应的,将含镍大于30％,且含镍加铁大于50 ％的耐蚀合金,习惯上称为铁－镍基耐蚀合 金。
• 焊接时在保证焊透和熔合良好的前提下， 在工艺参数范围内尽量采用小的焊接线能 量、短电弧、不摆动或小摆动的操作方法。 • 焊件表面严禁电弧擦伤，并严禁在焊件表 面引弧、收弧。 • 各层各道的焊接接头要错开。 • 焊接完毕必须及时将焊缝表面的熔渣及周 围的飞溅物，防飞溅材料清理干净。
焊接工艺及控制要点
致谢
本论文在编写过程中，参考了各类文献 和网络资源，同时还有各位老师和同学的 帮助，在此表示深深的谢意。 由于作者水平有限，论文中的疏漏及错 误之处在所难免，希望老师在审阅时，发 现了能批评指正。
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《镍基高温合金》课件
3 镍基高温合金在未来的发展和应用前景
镍基高温合金在未来将不断发展和应用于新领域，为科技进步做出金具有良好的摩擦和磨损性能，适 用于高摩擦和高磨损的应用。
热和热膨胀性质
镍基高温合金具有良好的热导性和热膨胀性， 适用于高温条件下的应力管理。
其他特点
镍基高温合金还具备其他特点，如良好的耐热 性和机械性能。
镍基高温合金的应用
航空航天工业
镍基高温合金在航空发动机、涡轮叶片等领域有重 要应用。
能源和石油化工
镍基高温合金用于锅炉、炼油装置等能源和石油化 工设备中。
机械和汽车工业
镍基高温合金在汽车零部件和工程机械等领域发挥 重要作用。
其他领域
镍基高温合金还应用于电力、船舶等领域，具备广 阔的市场前景。
镍基高温合金的制备和未来发展
1
制备技术的改进
不断改进制备技术，提高镍基高温合金的性能和质量。
《镍基高温合金》PPT课 件
镍基高温合金是一种具有出色性能和广泛应用的材料。本课件将介绍镍基高 温合金的定义、分类、制备、特点、应用以及未来发展。
什么是镍基高温合金？
定义
镍基高温合金是一种在高温条件下具有优异性能的合金材料。
组成和性质
镍基高温合金由镍元素和其他合金元素组成，具有高强度、耐腐蚀等特点。
2
镍基高温合金的开发和应用
积极开展新型镍基高温合金的研发和应用，满足新领域的需求。
3
行业发展趋势和前景
镍基高温合金行业发展前景广阔，具备巨大的市场潜力。
结论
1 镍基高温合金的重要性和应用前景
镍基高温合金在各个领域具有重要应用，具备广阔的市场前景。
2 制备技术和发展趋势的研究必要性
持续研究制备技术和发展趋势，不断提升镍基高温合金的性能和质量。
镍基高温合金在未来将不断发展和应用于新领域，为科技进步做出金具有良好的摩擦和磨损性能，适 用于高摩擦和高磨损的应用。
热和热膨胀性质
镍基高温合金具有良好的热导性和热膨胀性， 适用于高温条件下的应力管理。
其他特点
镍基高温合金还具备其他特点，如良好的耐热 性和机械性能。
镍基高温合金的应用
航空航天工业
镍基高温合金在航空发动机、涡轮叶片等领域有重 要应用。
能源和石油化工
镍基高温合金用于锅炉、炼油装置等能源和石油化 工设备中。
机械和汽车工业
镍基高温合金在汽车零部件和工程机械等领域发挥 重要作用。
其他领域
镍基高温合金还应用于电力、船舶等领域，具备广 阔的市场前景。
镍基高温合金的制备和未来发展
1
制备技术的改进
不断改进制备技术，提高镍基高温合金的性能和质量。
《镍基高温合金》PPT课 件
镍基高温合金是一种具有出色性能和广泛应用的材料。本课件将介绍镍基高 温合金的定义、分类、制备、特点、应用以及未来发展。
什么是镍基高温合金？
定义
镍基高温合金是一种在高温条件下具有优异性能的合金材料。
组成和性质
镍基高温合金由镍元素和其他合金元素组成，具有高强度、耐腐蚀等特点。
2
镍基高温合金的开发和应用
积极开展新型镍基高温合金的研发和应用，满足新领域的需求。
3
行业发展趋势和前景
镍基高温合金行业发展前景广阔，具备巨大的市场潜力。
结论
1 镍基高温合金的重要性和应用前景
镍基高温合金在各个领域具有重要应用，具备广阔的市场前景。
2 制备技术和发展趋势的研究必要性
持续研究制备技术和发展趋势，不断提升镍基高温合金的性能和质量。
镍基高温合金-PPT课件
燃气轮机涡轮零件
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
6
高温合金的分类
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。
按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金，
使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴
基高温合金次之，铁基高温合金最低。
1000
1100
1200
1300
计算结果：界面结构与结构稳定性
(200)L (a)
(100)D (b)
r = ½ [100] (c) ]
(00 2)L
(00 2)D
r = ½ [001] ]
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
计算结果：包含了相取向、相形貌的组织结构及其稳定性
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 50
22
高温合金的未来
金属间化合物的脆性：是影响其应用的最大问题。脆性与 有序化排列及复杂的晶体结构有关。某些材料单晶塑性好，
但多晶很脆。
（1）加入置换元素，改变原子间键合状态和电荷分布。 （2）通过合金化改变有序结构的类型。 （3）微合金强化晶界。如，添加B消除晶界脆性。 （4）材料的纯化。使用高纯原材料。 （5）细化晶粒。细化第二相组织及加入弥散第二相质点。
按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温 合金和氧化物弥散强化高温合金。
按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
7
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
镍基合金 PPT课件
PH值
57Mpa 17.05% 9.75Mpa 9.07% 5.49Mpa 最大: 100,000.ppm 5.0
23
第五章：镍基合金 5.2 镍基合金耐H2S/CO2腐蚀研究
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 2、试验材料的化学成分 (wt%)-00Ni51Cr22Mo7Fe20及试验方法
25
5.2 镍基合金耐H2S/CO2腐蚀研究
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 4、试验结果
（1）、G3镍基合金高温高压H2S/CO2腐蚀失重特征
G3镍基合金分别在（a）条件1和（b）条件2腐 蚀后失重试样形貌 (b) (a)
• 条件1：腐蚀速率0.000835 mm/a • 条件2：腐蚀速率0.048401 mm/a
100
90
Atomic Concentration (%)
80 70 60 50 40 30 20 10 0
G3腐蚀前
Atomic Concentration (%)
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 3、试验条件
• 条件1：
– 温度：130℃，pH2S=3MPa ，pCO2=2MPa，pH= 5.0， CCl=150g/l，单质硫1g/L
• 条件2：
– ISO15156标准VII级：205℃，pH2S=3.5MPa， pCO2=3.5MPa，pH= 5.0，CCl=150g/l，单质硫1g/L • 试验周期为30天，测试腐蚀速率，观察应力腐蚀裂纹。 分析手段 • 扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS） • 光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）
三、Ni-Cr-Mo合金(Hastelloy C合金)
如上所述,镍钼型耐蚀性合金在盐酸等还原性介质中有 极好的耐蚀性,但当酸中有氧或氧化剂时,耐蚀性却显 著下降。
57Mpa 17.05% 9.75Mpa 9.07% 5.49Mpa 最大: 100,000.ppm 5.0
23
第五章：镍基合金 5.2 镍基合金耐H2S/CO2腐蚀研究
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 2、试验材料的化学成分 (wt%)-00Ni51Cr22Mo7Fe20及试验方法
25
5.2 镍基合金耐H2S/CO2腐蚀研究
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 4、试验结果
（1）、G3镍基合金高温高压H2S/CO2腐蚀失重特征
G3镍基合金分别在（a）条件1和（b）条件2腐 蚀后失重试样形貌 (b) (a)
• 条件1：腐蚀速率0.000835 mm/a • 条件2：腐蚀速率0.048401 mm/a
100
90
Atomic Concentration (%)
80 70 60 50 40 30 20 10 0
G3腐蚀前
Atomic Concentration (%)
一、G3合金(Hastelloy G3合金) 3、试验条件
• 条件1：
– 温度：130℃，pH2S=3MPa ，pCO2=2MPa，pH= 5.0， CCl=150g/l，单质硫1g/L
• 条件2：
– ISO15156标准VII级：205℃，pH2S=3.5MPa， pCO2=3.5MPa，pH= 5.0，CCl=150g/l，单质硫1g/L • 试验周期为30天，测试腐蚀速率，观察应力腐蚀裂纹。 分析手段 • 扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS） • 光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）
三、Ni-Cr-Mo合金(Hastelloy C合金)
如上所述,镍钼型耐蚀性合金在盐酸等还原性介质中有 极好的耐蚀性,但当酸中有氧或氧化剂时,耐蚀性却显 著下降。
镍基高温合金
Rene系列
Nimonic90/100…
General Electric Compony（通用电气公司）
Rene88/95…
Hastelloy系列 Cabot Corporation（哈氏合金国际公司）
(Hastelloy)B-2 (Hastelloy)C-4…
·
·
·
·
Nickel
[3] 镍基高温合金
Nickel
及其特性
Nickel
Ni基高温合金发展简史
Ni base superalloys
镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有 较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
开发和使用始于20世纪30年代末期是在喷气式飞机的出现对高温合金的性能
提出更高要求的背景下发展起来的。
镍基高温合金
一种复杂的合金, 广泛地用于制造各种高温部件
主讲人：赵宇凡
OUR TEAM：赵宇凡 张纯智 刘智勇 石祥虎 钱远宏 张昊 杨杰穷 李远兵
Designed by FAN
目录
CONTENTS
A. 镍基合金发展与特性 B. 镍基合金分类 C. 常用热处理 D. 应用领域
Nickel
[1] 发展简史
Nickel
热处理
Nickel
Ni基高温合金热处理
高温合金性能 取决于
化学组成
组织结构
当合金成分一定时，热处理工艺对合金组织影响更为敏感。
• 不同的热处理即不同加热温度、保温时间和冷却速度以及各种特
殊热处理，可使合金的晶粒度、强化相的沉淀或溶解、析出相的数 量和颗粒尺寸，甚至晶粒状态等不同
Heat
合金蠕变强度及承温能力逐步提高——这就是Nimonic系列形合金。
高温合金之镍基合金
高温合金之镍基合金镍基合金高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，并具有较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能和断裂韧性等综合性能，欧美称之为超合金(Superalloy)。
通常用于在高温（600～1200℃）和复杂应力条件长期工作的部件。
镍基合金是目前应用最为广泛的一种高温合金，主要应用于高温、强酸或强碱、强氧化等工作环境。
它的开发和使用始于20世纪30年代末期，是在喷气式飞机的出现对高温合金的性能提出更高要求的背景下发展起来的。
本文将从以下几个方面对镍基合金进行介绍。
一、种类按性能分为：镍基耐蚀合金：主要合金元素是铜、铬、钼。
具有良好的综合性能，可耐各种酸腐蚀和应力腐蚀。
主要有镍铜（Ni-Cu）合金（蒙乃尔合金)、镍铬（Ni-Cr）合金（镍基耐热合金，Incoloy、Inconel系列）、镍钼（Ni-Mo）合金（哈氏合金B系列）、镍铬钼（Ni-Cr-Mo）合金（主要是指哈氏合金C系列）等。
与此同时，纯镍也是镍基耐蚀合金中的典型代表。
镍基耐磨合金：主要合金元素是铬、钼、钨，还含有少量的铌、钽和铟。
除具有耐磨性能外，还具有很好的抗氧化、耐腐蚀、焊接性能。
镍基精密合金：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。
镍基记忆合金：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。
二、国内外牌号对照表三、物理性能四、常用镍基合金特性Inconel 600：具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接性能，在700℃以下具有满意的热强性和高的塑性；Inconel 625：在氯化物介质中具有出色的抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和侵蚀的性能；耐酸且焊接性能良好；低周期疲劳（英语：Low-cycle fatigue）版本的Inconel 625通常用于波纹管。
镍基高温合金
镍基高温合金newmaker镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%) 在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。
发展过程镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。
英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic80(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。
镍基高温合金的发展趋势见图1。
镍基高温合金的发展趋势成分和性能镍基合金是高温合金中应用最广、高温强度最高的一类合金。
其主要原因，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的A3B型金属间化合物γ'[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。
镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。
根据它们的强化作用方式可分为：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。
镍及镍基合金焊接资料课件
• (2)镍基合金
一般的镍基合金中，除了有
各种碳化物、氮化物、碳氮化合物以外，还可
能有Laves相、 σ相、 η相和二次强化γ"相等。
14
三、镍基合金的热处理及性能
• 固溶强化型镍基合金一般只能进行固溶强化处 理。通过固溶处理后的合金能获得晶粒大小适 度和组织均匀的固溶体组织。
• 沉淀强化型合金固溶处理后都要经过时效处理。 • 固溶处理的目的是使基体内的碳化物、 γ'相
堆的换热器等结构上被广泛地应用。
• (2)镍基合金 镍基合金是在纯镍中加入Cu、Cr、
Mo、Nb、W等合金元素的镍基合金如Ni-Cu、Ni-Cr-
Fe、Ni-Cr-Mo和Ni-Cr-Mo-Cu等系列合金。
5
镍基合金
• 蒙乃尔合金 Ni-Cu合金是Cu对Ni为无限固 溶的镍基合金，是一种耐蚀合金
• Ni-Cr、 Ni-Cr-Fe型合金 Ni含量较多，大 约有70％以上。一般将这种合金称为因康镍 (Inconel)合金。
因为硅在镍合金易引起热裂纹，尤其是在高Ni-Cr合金
硅的作用更为敏感。同时硅含量过高时还明显的降低塑
韧性。为防止硅能增加热裂纹倾向，往往加入铌元素可
抵消硅的不利作用。作者在研制ZNiCrFe-1镍合金焊条
中，一方面控制硅含量,另一方面加入铌元素，可大大
提高抗裂性能。
12
• (11)铝的影响 铝作为脱氧剂加入镍合金中．产生氧 化物还可起到时效硬化作用。所以，在高镍合金中的铝 都是以起到时效硬化效应才加入的。在焊镍合金时，铝 也是焊接材料中的添加剂，使焊缝金属的性能得到提高， 与基本金属性能相匹配。但铝含量不能过多，否则降低 焊缝金属性能。
• (1)工业纯镍 工业纯镍色较银略微黄而有光泽。
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•第二次世界大战期间，为了满足新型航空 发动机的需要，高温合金的研究和使用进入 了蓬勃发展时期。
9
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
高温合金的发展史
•１９４０年，高温合金涡轮叶片的第一批喷气发动机取代 了活塞式发动机。燃气涡轮旋转叶片流入的气体温度愈高， 发动机的推力也就愈大。 •４０年代初，英国在８０Ｎｉ－２０Ｃｒ合金中加入少量 铝和钛，研制成第一种较高的高温强度的镍基合金。
它是现代航空发动机、航天器和火箭发动 机以及舰艇和工业燃气轮机的关键热端部 件材料（如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮
盘、燃烧室和机匣等），也是核反应堆、
化工设备、煤转化技术等方面需要的重要 高温结构材料。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
5
高温合金的应用领域
高温合金
汽车增压器喷嘴环叶片
第十章 镍基合金
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
1
第一节 高温合金概述
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
2
高温合金
•高温合金指６００℃～１ ２００℃能承受一定
应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。
• 以高熔点金属Ni（1450℃）、Co（ 1480℃）、 Mo（2620℃）等为基体，加入其他元素构成的 在高温下使用的金属材料。
按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温 合金和氧化物弥散强化高温合金。
按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
7
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
高温合金的分类
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
8
高温合金的发展
•２０世纪３０年代后期起，英、德、美等
国开始研究高温合金。
ห้องสมุดไป่ตู้金属材料学
发动机涡轮盘用高温合金
•喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘，与粉末高
温合金相比，工序简单，成本降低，具有良好的锻造加工 性能。 •快凝组织特性又奠定了其性能优势，包括远优于铸锻工艺、 相当或高Ｆ粉末冶金工艺的强度与持久寿命，优于粉末冶 金工艺的塑性、韧性及低周疲劳寿命，因晶粒细化而改善 的热加工性能等。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
13
发动机涡轮盘用高温合金
•由于传统变形盘的工艺设备均能使蔼用， 且材料利用率高，成本明显低于粉末盘， •因此，喷射盘有可能成为粉末盘的强劲对 手，是一种有极大发展潜力的制备技术。
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陈铮
本科生学位课
金属材料学
14
航空发动机叶片材料
西北工业大学
材料学院
陈铮
本科生学位课
金属材料学
3
高温合金的特点
1、具有高的热稳定性、热强性、高温蠕 变性能； 2、抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳性能好；
3、比强度高和弹性模量高，热膨胀系数
小，导热性好； 4、具有良好的加工工艺性能。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
4
高温合金的应用领域
外同代合金相当，已用于直升机小发动凯涡轮叶 片； •第二代单晶高温合金DD6正在推广应用于先进的 涡轮发动机叶片，其承温能力相当于国外同代合
金，而成本更低。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
19
高温合金的未来
1. 难熔金属合金：目前使用的高温合金，其使用温度很难突 破合金熔点温度的80%，近似1100℃。难熔金属的熔点大 大超过高温合金，约2000℃。由这些金属组成的合金，可
燃气轮机涡轮零件
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本科生学位课
金属材料学
6
高温合金的分类
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。
按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金，
使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴
基高温合金次之，铁基高温合金最低。
蠕变抗力，利用高温金属作韧化元素，从而很好
地克服了金属间化合物的脆性。
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17
航空发动机叶片材料
•采用真空热压箔、物理气相沉积、铸造和固态反
应等方法已研制出几种微米层次的微叠层复合材
料，包括Nb-Cr2Nb、NB-Nb5Si3以及Nb-MoSi2
等。
•同期，美国开始用维塔利姆钴基合金制作发动机叶片，还
研制出Inconel镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。
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本科生学位课
金属材料学
10
发动机涡轮盘用高温合金
•发动机涡轮盘在60 年代前一直是用锻造高温合金
制造，典型的牌号有A286和Inconel 718。 •70年代，美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95 合金制作了CFM56发动机涡轮盘，大大增加了它 的推重比，使用温度显著提高。从此，粉末冶金 涡轮盘得以迅速发展。
•微叠层纳米热障涂层可望将叶片的耐温能力提高 260℃。除用于叶片外，微叠层复合材料在无疲劳 合金涂层、抗砂蚀树脂基复合材料风扇叶片涂层 等方面也有应用机遇。
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18
航空发动机叶片材料
•我国铸造涡轮叶片材料超过20种，
•低密变、低成本的第一代单晶合金DD3性能与国
•21世纪前10年，单晶叶片材料仍占主导地 位。 •叶片材料经历了铸造合金、定向凝固合金 和单晶合金的发展历程，国外现役发动机叶 片材料主要采用第二代和第三代单晶合金。
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15
航空发动机叶片材料
•这些单晶合金由于富铼易产生脆性相，近年来研 究加入钌或铱以减少脆性倾向，开发出第四代单
晶。
•发展的趋势是将结构一材料－工艺统一考虑，即
开发lamiloy技术，采用铸造及激光打孔工艺直按
制造发散冷却孔道。
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16
航空发动机叶片材料
•金属间化合物与韧性金属组成的微叠层复合材料 作为叶片的“热障涂层”受到重视。
•该技术依靠耐高温金属间化合物提供高温强度和
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11
发动机涡轮盘用高温合金
•就涡轮盘材料而论，除广泛使用的粉末盘 及其发展型的双性能粉末盘、三性指粉末盘 外，细晶变形盘由于成本低也被看好。 •俄罗斯就坚恃认为采用传统熔铸变形盘，
完全可满足第四、五代发动机的需要。
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高温合金的发展史
•１９４０年，高温合金涡轮叶片的第一批喷气发动机取代 了活塞式发动机。燃气涡轮旋转叶片流入的气体温度愈高， 发动机的推力也就愈大。 •４０年代初，英国在８０Ｎｉ－２０Ｃｒ合金中加入少量 铝和钛，研制成第一种较高的高温强度的镍基合金。
它是现代航空发动机、航天器和火箭发动 机以及舰艇和工业燃气轮机的关键热端部 件材料（如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮
盘、燃烧室和机匣等），也是核反应堆、
化工设备、煤转化技术等方面需要的重要 高温结构材料。
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5
高温合金的应用领域
高温合金
汽车增压器喷嘴环叶片
第十章 镍基合金
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金属材料学
1
第一节 高温合金概述
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金属材料学
2
高温合金
•高温合金指６００℃～１ ２００℃能承受一定
应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。
• 以高熔点金属Ni（1450℃）、Co（ 1480℃）、 Mo（2620℃）等为基体，加入其他元素构成的 在高温下使用的金属材料。
按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温 合金和氧化物弥散强化高温合金。
按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
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高温合金的分类
西北工业大学
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8
高温合金的发展
•２０世纪３０年代后期起，英、德、美等
国开始研究高温合金。
ห้องสมุดไป่ตู้金属材料学
发动机涡轮盘用高温合金
•喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘，与粉末高
温合金相比，工序简单，成本降低，具有良好的锻造加工 性能。 •快凝组织特性又奠定了其性能优势，包括远优于铸锻工艺、 相当或高Ｆ粉末冶金工艺的强度与持久寿命，优于粉末冶 金工艺的塑性、韧性及低周疲劳寿命，因晶粒细化而改善 的热加工性能等。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
13
发动机涡轮盘用高温合金
•由于传统变形盘的工艺设备均能使蔼用， 且材料利用率高，成本明显低于粉末盘， •因此，喷射盘有可能成为粉末盘的强劲对 手，是一种有极大发展潜力的制备技术。
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金属材料学
14
航空发动机叶片材料
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材料学院
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金属材料学
3
高温合金的特点
1、具有高的热稳定性、热强性、高温蠕 变性能； 2、抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳性能好；
3、比强度高和弹性模量高，热膨胀系数
小，导热性好； 4、具有良好的加工工艺性能。
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高温合金的应用领域
外同代合金相当，已用于直升机小发动凯涡轮叶 片； •第二代单晶高温合金DD6正在推广应用于先进的 涡轮发动机叶片，其承温能力相当于国外同代合
金，而成本更低。
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19
高温合金的未来
1. 难熔金属合金：目前使用的高温合金，其使用温度很难突 破合金熔点温度的80%，近似1100℃。难熔金属的熔点大 大超过高温合金，约2000℃。由这些金属组成的合金，可
燃气轮机涡轮零件
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6
高温合金的分类
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。
按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金，
使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴
基高温合金次之，铁基高温合金最低。
蠕变抗力，利用高温金属作韧化元素，从而很好
地克服了金属间化合物的脆性。
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17
航空发动机叶片材料
•采用真空热压箔、物理气相沉积、铸造和固态反
应等方法已研制出几种微米层次的微叠层复合材
料，包括Nb-Cr2Nb、NB-Nb5Si3以及Nb-MoSi2
等。
•同期，美国开始用维塔利姆钴基合金制作发动机叶片，还
研制出Inconel镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。
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发动机涡轮盘用高温合金
•发动机涡轮盘在60 年代前一直是用锻造高温合金
制造，典型的牌号有A286和Inconel 718。 •70年代，美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95 合金制作了CFM56发动机涡轮盘，大大增加了它 的推重比，使用温度显著提高。从此，粉末冶金 涡轮盘得以迅速发展。
•微叠层纳米热障涂层可望将叶片的耐温能力提高 260℃。除用于叶片外，微叠层复合材料在无疲劳 合金涂层、抗砂蚀树脂基复合材料风扇叶片涂层 等方面也有应用机遇。
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18
航空发动机叶片材料
•我国铸造涡轮叶片材料超过20种，
•低密变、低成本的第一代单晶合金DD3性能与国
•21世纪前10年，单晶叶片材料仍占主导地 位。 •叶片材料经历了铸造合金、定向凝固合金 和单晶合金的发展历程，国外现役发动机叶 片材料主要采用第二代和第三代单晶合金。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
15
航空发动机叶片材料
•这些单晶合金由于富铼易产生脆性相，近年来研 究加入钌或铱以减少脆性倾向，开发出第四代单
晶。
•发展的趋势是将结构一材料－工艺统一考虑，即
开发lamiloy技术，采用铸造及激光打孔工艺直按
制造发散冷却孔道。
西北工业大学 材料学院 陈铮 本科生学位课 金属材料学
16
航空发动机叶片材料
•金属间化合物与韧性金属组成的微叠层复合材料 作为叶片的“热障涂层”受到重视。
•该技术依靠耐高温金属间化合物提供高温强度和
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11
发动机涡轮盘用高温合金
•就涡轮盘材料而论，除广泛使用的粉末盘 及其发展型的双性能粉末盘、三性指粉末盘 外，细晶变形盘由于成本低也被看好。 •俄罗斯就坚恃认为采用传统熔铸变形盘，
完全可满足第四、五代发动机的需要。
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