英科耐爾INCONEL
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描述：?Inconel738鎳基合金是美國國際鎳公司硏制的沉淀硬化型鎳基鑄造高溫企金，組織穩(wěn)定，在980℃以下具有很好的高溫強(qiáng)度和耐熱腐蝕性能，持久強(qiáng)度可與Incone]713C相當(dāng)。由于含鉻較高，抗熱腐蝕和抗氧化性能優(yōu)于713C合金，可與Udime500相當(dāng).在應(yīng)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪方面，它是一種綜合性能比較好的合金，使用溫度可達(dá)980℃,能滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的妾求，目前在Inconel合金系統(tǒng)中
規(guī)格：板，棒，帶，線，管，可定制
Inconel738鎳基合金
—、名稱
又名inconel738X
二、概述(由于圖片數(shù)據(jù)表格較多，如有需要可與墨鉅MOJU特殊鋼客服人員聯(lián)系索取)
inconel738是美國國際鎳公司硏制的沉淀硬化型鎳基鑄造高溫企金，組織穩(wěn)定，在980℃以下具有很好的高溫強(qiáng)度和耐熱腐蝕性能，持久強(qiáng)度可與Incone]713C相當(dāng)。由于含鉻較高，抗熱腐蝕和抗氧化性能優(yōu)于713C合金，可與Udime500相當(dāng).在應(yīng)用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪方面，它是一種綜合性能比較好的合金，使用溫度可達(dá)980℃,能滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)的妾求，目前在Inconel合金系統(tǒng)中，是引起大家重視的合金之一。
三、化學(xué)成分
表15.1化學(xué)成分，％
C | CU | CR | MO | W | NB | AL | TI | AL+TI |
0.15-0.20 | 8.00-9.00 | 15.70-16.3 | 1.5-2.00 | 2.40-2.80 | 0.60-1.00 | 3.20-3.70 | 3.20-3.70 | 6.50-7.20 |
TA | B | ZR | FE | MN | SI | S | NI | |
1.50-2.00 | 0.005-0.015 | 0.05-0.15 | ＜0.50 | ＜0.20 | ＜0.30 | ＜0.015 | 基 |
四、品種
精密鑄造渦輪葉片，導(dǎo)向葉片，整體渦輪.
五、熱處理制度
固溶處理：1120℃，2小時(shí),空泠.
時(shí)效處理：845℃,24小時(shí)，空冷.
六、物理化學(xué)性能
1.密度：8.11克/厘米
2.溶化溫度：1230—1315°C
3.熱膨脹系數(shù)
*15.2熱膨脹系數(shù)
試驗(yàn)溫度，℃ | |
室溫-95 | 11.61 |
室溫-205 | 12.15 |
室溫-315 | 12.87 |
室溫-430 | 13.59 |
室溫-540 | 13.95 |
室溫-650 | 14.49 |
室溫-760 | 14.85 |
室溫-870 | 15.39 |
室溫-980 | 15.93 |
4.彈性模量
表15.3彈性模
試驗(yàn)溫度,℃ | 彈性模量 | 試驗(yàn)溫度 | 彈性模量 |
室溫 | 20.4 | 650 | 17.0 |
205 | 19.5 | 760 | 16.2 |
315 | 18.8 | 870 | 15.1 |
425 | 18.4 | 980 | 13,7 |
540 | 17.8 |
5.抗氧化和抗腐蝕性能
（1）氧化
襄15.4靜態(tài)（靜止空氣申）抗氧化數(shù)據(jù)
合 會(huì) | 重量變化，毫克/立方厘米 | |
980℃ | 1095℃ | |
713C | +0.6 | +29 |
inconel738 | -16 | -102 |
Udimet500(鑄造) | -22 | -328 |
Udimet700 | -8 | - |
表15.5循環(huán)氧化
（在870℃的空氣中加熱22小時(shí)，2小時(shí)冷卻到室溫）
合金 | 1000小時(shí)失重，毫克/立方厘米 |
713C | 0.7 |
inconel738 | 14 |
（2）熱腐蝕
將inconel738合金在坩堝中、試驗(yàn)臺(tái)和發(fā)動(dòng)機(jī)上利用不同介質(zhì)進(jìn)行了大量熱腐蝕試驗(yàn)，為了比較，同時(shí)列出幾個(gè)合金的熱腐蝕數(shù)據(jù).
表15.6坩堝試驗(yàn)，10%NACL+90%NA1SO4 930℃
合金 | 時(shí)間，小時(shí) | 備 注 |
713C | 2—4 | 破壞 |
Udirnet500鑄造 | 40—100 | 嚴(yán)重腐蝕 |
inconel738 | 250—300 | 輕微腐蝕 |
表15.7坩堝試驗(yàn)
（在0.15%SO2，2.25%CO,其余為N2的氣氛下，在790°C的NA2SO4+MgSO4熔鹽中）
合 金 | 不同試驗(yàn)時(shí)間后的失重，毫克/平方厘米 | ||||
32小時(shí) | 64小時(shí) | 136小時(shí) | 250小時(shí) | 500小時(shí) | |
IN738 | 0.32 | 0.56 | 0.97 | 1.4 | — |
Udimet500（鑄造） | 0.35 | 0.51 | 0.71 | — | 3.3 |
713C | 8.3 | 23.0 | 90.0 | — | — |
表15.8坩堝試驗(yàn)（不同熔鹽比例），900°C,300小時(shí)
合金 | 10%NaCl+90%NA1SO4 失重，毫克/平方厘米 | 25%NaCL+75%Na2SO4 失重，毫克/平方厘米 |
Udimer500（鑄態(tài)） | 6 | 16 |
INCONEL738 | 7 | 14 |
表15.9燃?xì)飧g循環(huán)試驗(yàn)
合金 | 表面損失，毫克 | 最大穿透深度，毫米 | 試驗(yàn)條件 |
inconel738 | 3.3 | 0.48 | 柴油〈1%S）空氣/燃料=30 /1,5ppm海鹽，870°C,1000小時(shí)
|
713C | 38—130+* | 1.5—3.28+* | 柴油〈1%S）空氣/燃料=30 /1,5ppm海鹽，870°C,1000小時(shí)
|
Udimel500（變形） | 1.7—3.8 | 0.30-0.33 | 柴油〈1%S）空氣/燃料=30 /1,5ppm海鹽，870°C,1000小時(shí)
|
*試樣被腐蝕完了.
表15.10燃?xì)飧g循環(huán)試驗(yàn)
合金 | 表面損失，毫克 | 最大穿透深度，毫米 | 試驗(yàn)條件 |
inconel738 | 3.3 | 0.38 | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海鹽，980°C,1000小時(shí) |
713C | L30+* | 3.28+* | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海鹽，980°C,1000小時(shí) |
Udimet500（變形） | 3.5 | 0.53 | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海鹽，980°C,1000小時(shí) |
Udimet500（鑄造） | 8.8 | 0.9.1 | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海鹽，980°C,1000小時(shí) |
*試樣被腐蝕完了.
(由于圖片數(shù)據(jù)表格較多，如有需要可與MOJU特殊鋼墨鉅人員微信13472787990聯(lián)系索取)
表15.11硫化腐蝕循環(huán)試驗(yàn)
合金 | 重量損失、克 | 試驗(yàn)條件 |
B1900 | 6.8 | jp-5R燃油，空氣/燃料=17/1, 3.5ppm海鹽，173小時(shí) |
inconel738 | 2.5 | jp-5R燃油，空氣/燃料=17/1, 3.5ppm海鹽，173小時(shí) |
Mar-M421 | 4.2 | jp-5R燃油，空氣/燃料=17/1, 3.5ppm海鹽，173小時(shí) |
*一次循環(huán)：845℃加熱3分鐘,升溫到1010℃，加熱2分鐘，冷卻2分鐘.
表15.12燃燒室試驗(yàn)
合 金 | 重畳損失,％ | 試驗(yàn)條倍 |
inconel738 | 0.183 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小時(shí) |
X-45 | 0.206 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小時(shí) |
Udimet500（變形） | 0.143 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小時(shí) |
表15.13體腐蝕讀驗(yàn)
（試驗(yàn)溫度為980℃，介質(zhì)為流動(dòng)的富H,S和SO,的氣體）
合金 | 失重，毫克/平方厘米'100小時(shí) |
inconel738 | 310 |
713C | 770 |
Udimet700 | 1440 |
表15.14發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)*
（試驗(yàn)溫度為970℃，試驗(yàn)時(shí)間45小時(shí)，介質(zhì)中含0.75ppm海鹽）
合 金 | 等級(jí)** |
713C | 1 |
Mar-M246 | 1.1 |
TRWVIA | 1.4 |
235D | 1.9 |
inconel738 | 6.2 |
Udimet710 | 5.8 |
*循環(huán)一次為40分鐘（970℃，30分鐘，沖壓冷空氣10分鐘）
**713C抗腐蝕性為1,數(shù)字表示抗腐蝕性比713C髙出的倍數(shù).
七、機(jī)械性能
1.不同溫度下的機(jī)械性能
（1）拉伸性能
表15.15鑄態(tài)試棒經(jīng)熱處理
（1120℃,2小時(shí)，空冷+845℃,24小時(shí)，空冷）后的拉伸性能
試驗(yàn)溫度，℃ | 拉伸強(qiáng)度，公斤/平方毫米 | 屈服強(qiáng)度（0.2%）,公斤/平方毫米 | 延伸率,％ | 面縮率,％ |
室溫 | 111.8 | 97.0 | 5.5 | 5 |
730 | 101.9 | 85.8 | 3 | 4 |
815 | 89.0 | 70.0 | 3 | 3 |
870 | 78.7 | 56.0 | 11 | 13 |
930 | 57.0 | 41.5 | 13 | 14 |
980 | 46.0 | 35.0 | 10 | 15 |
圖15.2合金的典型拉伸性能
（2）室溫沖擊性能
表15.16無缺口夏比沖擊值，公斤?米/平方厘米
加熱前 | 長期加熱后 | ||||||
650℃ | 815℃ | 930℃ | |||||
500小時(shí) | 1000小時(shí) | 500小時(shí) | 1000小時(shí) | 500小時(shí) | 1000小時(shí) | ||
細(xì)（3.175毫米或更細(xì)） | 7.7 | 6.0 | 4.1 | 2.8 | 1.8 | 1.9 | 1.4 |
粗（6.350毫米或更細(xì)） | 5.1 | 7.5 | 5.3 | 2.8 | 2.2 | 2.4 | 1.9 |
2.持久性能(表15.17;圖15.3-15.6)
（不同符號(hào)系引用不同文獻(xiàn))
圖15.4 inconel738合金的米勒曲線
(由于圖片數(shù)據(jù)表格較多，如有需要可與墨鉅MOJU特殊鋼客服人員13472787990微信聯(lián)系索取)
圖15.5不同熱處理制度對合金持久性能的影響
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表15.6 inconel738合金的鑄造試樣和熱等靜壓處理后的坯料持久性能分-散度的比較
由圖15.6看出inconel738合金的大型精密鑄件的平均持久性能和鑄造試樣的持久性能相當(dāng)，但是穏定性提高了，分散度減小了.
3.冷熱現(xiàn)勞性能（表15.18）
合金的冷熱疲勞性能列于表15.18.為了便于比較，表中還列出了Inconel713C和IN?100的冷熱疲勞數(shù)據(jù)（試樣為直徑16-25.4基米帶斜邊的盤，盤緣半徑為0,25臺(tái)米）.
合 金 | 到開始開裂的冷熱疲勞周期數(shù) | ||
溫度，℃ | |||
800 | 900 | 1000 | |
713C | >1462 | 107 | 27 |
IN-100 | >1372 | 107 | 29 |
IN-738 | 1790 | 150 | 13 |
表15.18含金的冷熱取勞性能
4.低循環(huán)疲勞性能
低循環(huán)軸向疲勞試驗(yàn)是在經(jīng)熱處理的試樣上進(jìn)行的.光滑試樣是采取控制應(yīng)變的方法，缺口（Kt=2.5）試樣是采取控制應(yīng)力的方法,試驗(yàn)結(jié)果見圖15-7.
合金經(jīng)熱等靜壓處理可顯著改善精密鑄件低循環(huán)疲勞性能（對高循環(huán)疲勞性能的影響很?。?致密化處理對1N-738合金鑄坯疲勞壽命的影響見表15.19.
表15.19致密化對1N-738含金披勞壽命的影響
狀 態(tài) | 試驗(yàn)溫度,℃ | 試驗(yàn)類型 | 應(yīng)力范圍，公斤/平方毫米 | 到破斷循環(huán)數(shù) |
鑄態(tài) | 705 | 低循環(huán) | 1.26—56.2 | 6,443 |
熱等靜壓 | 705 | 低循環(huán) | 1.26—56.2 | 48,813 |
鑄態(tài) | 705 | 低循環(huán) | 1.26—54.5 | 16,186 |
熱等靜圧 | 705 | 低循環(huán) | 1.26—54.5 | 42,900 |
鑄志 | 705 | 低循環(huán) | 1.26—52.7 | 15,496 |
熱等靜壓 | 705 | 低循環(huán) | 1.26—52.7 | 164,405 |
鑄態(tài) | 705 | 髙循環(huán) | 31.6±10.5 | 58,000 |
熱等靜壓 | 705 | 高循環(huán) | 31?6±10.5 | 28,000 |
鑄態(tài) | 705 | 高循環(huán) | 31.6±5.3 | - |
熱等靜壓 | 705 | 高循環(huán) | 31.6±5.3 | - |
鑄態(tài) | 705 | 高循環(huán) | 31.6±4.2 | - |
熱等靜壓 | 705 | 高循環(huán) | 31.6±4.2 | - |
八、工藝
通常采用真空熔煉和真空鑄造，澆鑄溫度應(yīng)超過合金熔化溫度95—205℃，鑄模應(yīng)預(yù)熱到815—980℃.根據(jù)零件的尺寸和幾何形狀,某些零件還要求其他條件.
高溫合金精密鑄件在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中已廣泛應(yīng)用，但是精密鑄件的質(zhì)量對鑄造工藝的變化十分敏感，如果控制不當(dāng)，會(huì)造成鑄件內(nèi)部和表面缺陷，如宏觀縮孔，顯微疏松和熱裂等.為了獲得高質(zhì)量的鑄件，近年來精密鑄造技術(shù)方面有一個(gè)很大發(fā)展，就是熱等靜壓（hot-isostatic prossure）技術(shù)在高溫合金精密鑄件上的應(yīng)用，即將鑄件放入充惰性氣體（氬和氦）的高壓容器爐中，由加熱器將部件加熱，以氬和氦氣傳遞壓力，在高溫高壓下處理一定時(shí)間，以消除鑄件的內(nèi)部和表面缺陷，使部件致密化.這種處理法包括溫度、時(shí)間和壓力三個(gè)參數(shù)，其中溫度、時(shí)間的影響較大.對于inconel738鑄造葉片，溫度采用1180-1200℃,壓力釆用21公斤/平方毫米處理后的致密度和性能最好.
合金一般不進(jìn)行焊接.
九、組織
合金的鑄態(tài)組織中有γ，MC型碳化物和少量共晶γ′經(jīng)1120℃,2小時(shí),空冷加845℃小時(shí)，空冷標(biāo)準(zhǔn)熱處理后，組織中有粗大的γ′（0.5-1微米），細(xì)小的γ′（0.1-0.15微米）,共晶γ′.MC碳化物和晶界M23C6碳化物（圖15.8）.粗大的γ′是鑄造時(shí)析出的，在1120℃固溶處理時(shí)沒有完全溶解，但發(fā)生聚化和長大.細(xì)小的℃是在845℃時(shí)效時(shí)析出的.除上述組分外，H.F.Merrick發(fā)現(xiàn)在該合金的粗大γ′的中心區(qū)域還析出一種細(xì)小彌散的未知相.以前Radavich等人在研究熱處理對復(fù)雜鎳基高溫合金的顯微組織的影響時(shí)曾發(fā)現(xiàn)某些合金的粗大γ′內(nèi)也有這種類似的彌散相.他們認(rèn)為這種相是C間隙在Ni3Al中而形成的一種碳化物-Ni3Al,稱為Perovskite碳化物,H.F.Merrick分析了電子顯微鏡照片的暗影，并利用電子顯微鏡暗場觀察薄膜旺明這種相不是碳化物而是γ′.
合金中γ′的含最約為40%.除Ni,Al,Ti外，γ′中還含有大量的Co,Ta和Nb .可以認(rèn)為，Nb,Ta,Ti在γ′中能提高合金的反相疇界能，固溶體強(qiáng)度和失配度.Co能增加基體對Al和Ti的溶解度而強(qiáng)化合金.
圖15.8標(biāo)準(zhǔn)熱姓理后的電子顯微組織。 (由于圖片數(shù)據(jù)表格較多，如有需要可與墨鉅MOJU特殊鋼客服人員13472787990聯(lián)系索取)
γ′的固溶溫度為1150-1175℃，共晶γ′的固溶溫度為1205℃.
合金經(jīng)長時(shí)間加熱后，γ′相聚化，加熱溫度愈高，時(shí)間愈長，這種現(xiàn)象愈明顯.在850℃加熱10,000小時(shí)后，γ′相最大達(dá)1.5微米.由于高溫長時(shí)間加熱，MC碳化物分解而晶界上的M23C6碳化物增多，同時(shí)在碳化物周圍形成γ′薄膜.
經(jīng)750,850,950℃長期加熱（最長達(dá)10,000小時(shí)）均未發(fā)現(xiàn)σ相,這與按Woodyatt方法計(jì)算的電子空位數(shù)N值（2.18,2.19）所預(yù)測的結(jié)果是一致的.同時(shí)也未發(fā)現(xiàn)M6C碳化物，這與合金成分Mo+1/2/W＜6%而不產(chǎn)生M6C的經(jīng)驗(yàn)公式也是相符的.不同溫度下長期加熱后的組織見圖15.9.
根據(jù)試驗(yàn)認(rèn)為，電子空位數(shù)N。值應(yīng)控制在2.36以下，如果N。值超過2.4,則形成σ相.
由于inconel738合金含W,Mo等固溶強(qiáng)化元素較少（約4.4%）,而γ'沉淀硬化元索Al,Ti,Nb和Ta較多（約9.4%）,故γ'相的含量較多，但與含固溶強(qiáng)化元素較高的合金相比，γ'在高溫長期時(shí)效過程中易發(fā)生過時(shí)效軟化現(xiàn)象，所以，拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都下降得較多.例如,在950℃加熱10,000小時(shí)后，屈服強(qiáng)度降低45公斤/平方毫米。拉伸強(qiáng)度降50公斤/平方毫米，長期加熱后的室溫和870℃的拉伸性能的變化見圖15.10.長期加熱后合金的夏比（U形缺口）沖擊值的變化見圖15.11.長期加熱后持久強(qiáng)度的變化見表15.20,從表中可以看出,無論在850℃或950℃長期加熱后，持久壽命均顯著下降，在850℃加熱10,000小時(shí)后，持久性能顯著惡化. (由于圖片數(shù)據(jù)表格較多，如有需要可與MOJU特殊鋼墨鉅人員13472787990聯(lián)系索取)
圖15.11長期加熱后室溫U形缺口夏比沖擊值
表15.20高溫長期加熱居的持久性能*
加熱條件 | 持久時(shí)間，小時(shí) | 延伸率,％ | 面縮率，％ | |
溫度，℃ | 時(shí)間,小時(shí) | |||
加熱 前 | 148.6 | 4.2 | 9 | |
850 | 1000 | 68.9 | 6.1 | 7 |
3000 | 42.3 | 7.1 | 9 | |
10000 | 3.5 | 2.9 | 3 | |
950 | 1000 | 15.4 | 8.4 | 14 |
3000 | 8.2 | 4,2 | 9 | |
10000 | 10.0 | 5.7 | 6 | |
*試驗(yàn)條件：應(yīng)力35.2公斤/平方毫米、溫度845℃.
十、用途
現(xiàn)代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鉁u輪葉片，導(dǎo)向葉片和整體鑄造渦輪等.
參考文獻(xiàn)
略。
