堆焊工艺对镍基堆焊层组织和性能的影响
堆焊工艺对镍基堆焊层组织和性能的影响
采用光学显微镜、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和显微硬度计，研究了等离子弧堆焊层和钨极氩弧堆焊层的组织和性能。堆焊的基材为X65管线钢，焊丝是ERNiCrMo-3。实验结果表明：等离子焊的堆焊层外观要比氩弧焊的堆焊层的外观美观；尽管其工艺参数有所不同，但在堆焊层区域都具有柱状晶和共晶组织，堆焊层中的柱状晶为γ固溶体，共晶组织为γ和M23C6(M为Cr、Mo、Nb、Fe等)；由于焊接方法不同，相同电流施焊时的线能量也不同，等离子弧焊能量输入集中，氩弧焊能量输入分散，导致等离子焊的熔池加深，稀释率变大，堆焊层的厚度减小，基体受到热影响严重，造成硬度上升。由厚度测试结果可知，随着堆焊线能量的增加，堆焊层的厚度减小；由极化曲线和交流阻抗的测试可知，堆焊层的耐蚀性能随着堆焊电流的增大而减弱；氢致开裂实验结果表明，熔合区不存在氢鼓泡、裂纹等缺陷；显微硬度测试结果表明，熔合区受到组织转变的影响，其硬度会发生突变，硬度值要高于基材和镍基堆焊层。
关键词：等离子焊氩弧焊镍基合金显微硬度耐蚀性
The research of microstructure and properties of Nickel-base alloy hardfacing layer by using different welding methods
Abstract
The thesis is to investigate the microstructure and properties of nickel-based alloy hardfacing layer with plasma welding and TIG welding by means of the optical metalography (OP)，the scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffraction (XRD) and the microhardness test. The substrate of welding is pipeline steel X65 with ERNiCrMo-3 as welding wire. The experimental results demonstrate there is two kinds of welding methods, exterior morphology of plasma welding joint looks better than that of TIG welding joint. Although process parameters of two kinds of surfacing is different, the columnar crystal and eutectic structure appear in the layer region, columnar crystal is γsolid solution, eutectic structure is made of γ and M23C6. Because of the difference between the two welding methods, when using the same current , line energy is also different. The energy of plasma welding is much concentrated, and the energy of TIG welding is divergent, they may cause weld pool of plasma welding more deeper ,dilution rate more bigger, the thickness of hardfacing layer reduces, parent metal is heat affected seriously, causing hardness higher. According to the result of microhardness test, as the line energy of surfacing is increased, the thickness of hardfacing layer is reducing. According to the test of polarization curve and ac impedance, the corrosion resistance of hardfacing layer is declined when the current increase. The result of HIC show there is no h y drogen bubbling or cracks in fusion area. The result of
microhardness test show, fusion area is affected by structure transform, its hardness would mutations, hardness value is higher than parent metal and nickel-based alloy hardfacing layer.
Key words: Plasma welding TIG welding Nickel-base alloys
Microhardness Corrosion resistance
目录
第1章前言 (1)
1.1研究背景和意义 (1)
1.2国内外研究现状 (2)
1.2.1堆焊技术的发展 (2)
1.2.2镍基合金的耐蚀性 (3)
1.3堆焊焊接工艺方法 (3)
1.3.1等离子焊（PAW） (4)
1.3.2氩弧焊（TIG） (5)
1.4堆焊中容易产生的缺陷 (6)
1.4.1主要缺陷 (6)
1.4.2解决措施 (7)
1.5镍基合金焊接性及其焊接工艺 (8)
1.5.1镍基合金的焊接性 (8)
1.5.2镍基合金焊接工艺制定原则和焊接工艺 (9)
1.6镍基合金堆焊层组织与性能 (10)
1.6.1镍基堆焊焊接接头的组织与性能 (10)
1.6.2镍基合金堆焊层组织与性能 (11)
1.7研究内容 (11)
1.7.1堆焊工艺方法对堆焊层组织和性能的影响 (12)
1.7.2堆焊线能量对堆焊层组织和性能的影响 (12)
第2章实验方法 (13)
2.1实验思路 (13)
2.2实验材料 (14)
2.2.1管线钢(X65) (14)
2.2.2堆焊材料(ERNiCrMo-3) (15)
2.3实验设备 (15)
2.4实验过程 (17)
2.4.1基材表面处理 (17)
2.4.2堆焊工艺 (18)
2.4.3实验方法 (18)
第3章堆焊工艺方法对堆焊层组织和性能的影响 (20)
3.1堆焊工艺方法对堆焊层厚度的影响 (20)
3.2堆焊工艺方法对堆焊层宏观形貌的影响 (20)
3.3堆焊层的XRD分析 (21)
3.4扫描电镜分析 (22)
3.5堆焊工艺方法对堆焊接头剖面显微硬度的影响 (26)
3.6堆焊工艺方法对极化曲线的影响 (27)
第4章堆焊线能量对堆焊层组织和性能的影响 (29)
4.1等离子堆焊线能量对堆焊层厚度的影响 (29)
4.2堆焊线能量对试样组织的影响 (30)
4.2.1堆焊线能量对母材组织的影响 (30)
4.2.2等离子堆焊线能量对堆焊层组织的影响 (31)
4.3堆焊线能量对堆焊层硬度的影响 (32)
4.4堆焊线能量对堆焊层电化学性能的影响 (33)
4.4.1极化曲线分析 (33)
4.4.2交流阻抗分析 (34)
4.5堆焊线能量对堆焊层氢致开裂（HIC）的影响 (35)
第5章结论 (37)
参考文献 (38)
致谢 (40)
第1章前言
1.1研究背景和意义
随着石油化工工业的迅速发展，处于高压、高温以及在腐蚀条件下操作的设备越来越多，并有向大型化、高参数发展的趋势，不锈钢生产这类设备是首选材料。如果全部用不锈钢来制造，代价太高。为了降低生产成本，节省大量昂贵的不锈钢材料，只要在设备表面或内壁堆焊一层镍基合金来增加设备的耐腐蚀性能。
在开发油气田的过程中，会产生各种伴随性气体，会严重腐蚀油气输送管道，严重的还会引发大事故。CO2和H2S是主要的腐蚀性气体。在油气井中，CO2主要有两个来源：一，地层中含有大量碳酸盐，遇到腐蚀性液体时可降解产生CO2气体的，所以在钻采过程中有CO2伴随产生；二，酸处理工艺带来的CO2。同时，我国的大部分油气田都有H2S的危害和污染，尤其是H2S含量高的天然气田，会导致管道设备报废。所以油气井中H2S的存在，不仅会带来严重的全面腐蚀，还会发生氢致开裂(HIC)和应力腐蚀开裂(SSCC)等局部腐蚀。
在1969～2003年中，四川地区输气管道各种事故统计后，其中由于腐蚀导致的事故达39.5%，造成很大的经济损失。因此对于各种腐蚀的研究和防护很有必要。
耐蚀堆焊层性能的好坏跟实际应用关系很大，因此通过研究堆焊层组织，来探究其对堆焊层的力学性能，耐蚀性等的影响，从而为选择堆焊材料和工艺提供参考，以得到各项性能高的堆焊层。
堆焊层质量好坏是由多方面的原因造成的，有主观因素也有客观因素，例如：人为因素，考虑不周或焊工技术等主观因素，也有像受设备限制，材料不合适等客观因素。
1.2国内外研究现状
1.2.1堆焊技术的发展
堆焊[1]是把具有一定使用性能的合金材料，借助外界的热源措施熔覆在基体材料的表面，使母材具有母材特殊使用性能或者使工件恢复到原有尺寸形状的工艺方法。因而，堆焊既可用于强化母材或者工件的表面，亦可用于修复工件因服役而产生的失效部位，目的在于减小制造的成本、增加零件的使用寿命、节省贵重稀少的材料。
堆焊技术与焊接理论几乎一起发展。初期发展主要在修复领域，即用来修复工件的尺寸形状，然后逐渐将还原尺寸与增强表面相结合，堆焊技术的应用领域进一步得到扩大，堆焊技术从修理业延伸到了生产业，九十年代受国外先进生产行业技术观念的影响，堆焊技术与磨削技术和智能控制相结合的引起了制造业的共鸣，这也是堆焊技术从技艺走向科学的重要标志。
华东理工大学的林砺宗和刘义崇[2]等人研究了一种改善转止回阀密封面性能的镍基堆焊工艺，使用熔化极惰性气体保护堆焊，对旋转止回阀密封面的三维曲面结构进行堆焊，优化了焊接工艺参数。
沈阳工业大学的苏明[3]等人介绍了直流横向磁场对等离子弧焊层的组织和性能的影响，在低碳钢表面进行镍基和钴基合金粉末等离子弧堆焊时施加直流横向磁场。系统地研究了直流横向磁场对镍基和钴基粉末等离子弧堆焊层组织及耐磨性能的影响规律，分析和讨论了直流横向磁场的作用机理。得出结论：施加磁场时的堆焊层耐磨性能明显比无磁场作用的堆焊层性能要好；直流横向磁场施加给等离子弧堆焊时，可以明显提高堆焊层的耐磨性和硬度；试验中，镍基合金的最佳磁场电流和堆焊电流分别为2A和140A，堆焊层的硬度达到HRC66，磨损量达到0.0767，堆焊层组织中的硬质相数量最多且均匀分布。
堆焊技术的进步，一方面是体现在工艺措施上，由最初的手工电弧堆焊、氧乙炔堆焊发展为埋弧堆焊、气体保护堆焊和等离子弧堆焊等；另一方面是体现在堆焊材料上，成分上由原来的低合金钢、低碳钢，发
展为多种性能的高合金钢、镍基合金、钴基台金、铜基合金。
1.2.2镍基合金的耐蚀性
镍基耐蚀合金[4]是属于比较重要的耐腐蚀材料,和普通不锈钢、其它耐腐蚀金属、非金属的材料相比,它们在各种不同的腐蚀环境中，甚至是化学腐蚀与电化学腐蚀中,具备耐各种形式的腐蚀和破坏的能力, 应力腐蚀、全面腐蚀以及局部腐蚀等都有一定的耐蚀能力，并且具备良好的力学性能和机加工性能,其综合抗腐蚀性能比一般不锈钢及其它耐腐蚀金属材料强，尤其适宜于介质环境苛刻的当代工业。
镍基合金是使用最为广泛的耐蚀合金，其主要利用钛，铌，铝与镍形成面心立方体相而得到强化效果。加人钴为了提高镍基合金溶解的温度，从而能提高合金耐高温的能力；钛和铬可提高合金抗热腐蚀能力；钼﹑铬等元素形成碳化物可以强化晶界。镍基合金一般含镍50%左右，含铬30%以下，镍基合金耐氮氧化物和性质活泼的气体等介质的腐蚀。它的特点是具有较高的高温强度、恒久强度和扭转强度，尤其是具有良好的高温耐蚀性，即对于硫化性、氮化性、渗碳性和氧化性有很强的抵抗性。
1.3堆焊焊接工艺方法
堆焊是用焊接方法在零件表面熔覆一层具有一定性能的材料，以提高零件耐腐蚀、耐热、耐磨等性能。堆焊的热过程、物理本质、冶金过程等基本规律与一般焊接几乎没有区别，但堆焊的目的是使零件表面充分发挥堆焊合金的耐蚀、耐磨性能，零件可以获得更高的使用寿命。
堆焊有以下特点：
1.被堆焊零件种类很多，堆焊条件非常复杂，堆焊材料囊括所有类型的金属时，堆焊材料必须根据具体情况选择使用，确保提高被堆焊零件的使用寿命。
2.要想获得预期的堆焊层成分，必须降低稀释率，即尽量减少母材的熔入量。稀释率是表示堆焊层中含母材金属的百分数，如稀释率10%，
表示堆焊层中含母材金属10％，堆焊材料90％。
3.当堆焊零件数量多、堆敷金属量和堆焊面积大时，必须选择高生产率的堆焊工艺，才能完成堆焊的效果和目的。
4. 母材与堆焊层成分一般都不一样，为了防止堆焊、焊后热处理及零件使用过程中产生裂缝或剥离掉落，母材与堆焊合金应有相近的相变温度和膨胀系数。
1.3.1等离子焊（PAW）
借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高的能量密度的等离子弧进行焊接的一种方法。按焊缝成形原理，等离子弧焊接有穿透性等离子弧焊，熔透型等离子弧焊，微束等离子弧焊三种基本方法，如图1-1是等离子弧焊示意图。
图1-1 等离子弧焊示意图
等离子弧焊优点:焊接生产率高，减小热影响区宽度和焊接变形。
对焊缝成形的影响较小，容易得到均匀的焊缝成形。能够保持稳定的焊接过程，可焊接超薄工件。可减少钨极损耗，并可防止焊缝金属产生夹钨等缺陷。
1.3.2氩弧焊（TIG）
氩弧焊是使用氩气作为保护气的一种气体保护电弧焊，焊接时，氩气流从焊枪喷嘴中连续喷出，在电弧区形成严密的保护气层，将电极和金属熔池与空气隔离。同时，利用电极与焊件之间的电弧热量，来熔化附加的填充焊丝或自动给送的焊丝及基本金属，待液态熔池金属凝固后形成焊缝，如图1-2是氩弧焊示意图。
图1-2氩弧焊示意图
氩弧焊优点：焊缝质量好，由于氩气是一种惰性气体，不与金属起化学反应，合金元素不会氧化烧损，而且也不溶解于金属。因此保护效果好，能获得较为纯净及高质量的焊缝。焊接变形与应力小，由于电弧
受氩气流的冷却和压缩作用，电弧的热量集中，且氩弧的温度又很高，故热影响区很窄，焊接变形与应力小。焊接范围广，几乎所有的金属材料都可以进行氩弧焊，特别适合焊接化学性质活泼的金属和合金，有时还可用于焊接结构的打底焊。氩弧焊缺点：生产成本较高，由于氩气较贵，与其他焊接方法相比生产成本较高。
氩弧焊的分类：按电极材料，可分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊;按操作方式，可分为手工氩弧焊和自动氩弧焊；按电源种类，分为直流氩弧焊，交流氩弧焊和脉冲电弧焊。
1.4堆焊中容易产生的缺陷
由于镍基合金具有单相的组织,焊接时存在与不锈钢相类似的问题,在焊接时熔覆金属很粘，且流动性很差[5]，比较容易出现焊接热裂纹﹑气孔﹑未焊透﹑变形量过大﹑咬边﹑焊缝和热影响区基体金属有过热倾向等缺陷。在实际生产中常见且危害较大缺陷是焊缝气孔和焊接热裂纹[6]。
1.4.1主要缺陷
1．裂纹：镍合金的氧化物一般与钢不同，由镍合金形成的氧化物比基体母材金属的熔点高很多。低碳钢焊接时氧化铁和基体金属一起熔化，镍合金的氧化物在焊接期间以固体形式保留，直接形成了不完整的接头和不连续的夹杂，这些不连续的夹杂物是非常有害的。另外存在硫、铅、磷等脆性元素的组合，任意一种脆性元素都能和镍形成低熔点的共晶体，所以必须考虑其危害性；还有存在一些微量元素如钛、锌、铋、锑、砷等，在任意热源的作用下都能产生镍合金的脆性物，从而直接产生焊缝和热量影响区裂纹。
2.气孔：规范的电流可以使熔池过热，并蒸发焊接金属里的脱氧剂。脱氧剂的损失会引起气孔，手工电弧焊的大电流会使焊条过热导致药皮开裂剥落，从而损失电弧吹力。焊接镍基合金过大的焊接电流不能增加熔池熔深，而且会带来金属过热和蒸汽的问题。
3.未焊透:镍基合金熔融时的金属流动性不好,润湿不好,容易导致未焊透[7]现象的发生。
4.夹渣:因为镍基合金的密度大，液态金属中含镍量较高，流动性不好，渗透力小，在堆焊时较为明显。熔焊时焊条受电阻热的连续作用，持续施焊时，后半截焊条的药皮呈现红热或半熔化状态，使其失去了电弧吹力和保护作用，熔合的不均匀，熔融金属直接堆到焊缝中形成夹渣。在操作多层多道焊时，层间渣清理的不干净，内部层间融合过深，焊接速度偏快等都会造成夹渣[8]现象。
5.焊缝和热影响区基体金属有过热倾向:镍的热导率低、电阻率大，在焊接热循环作用下，焊缝和热影响区基体母材金属易过热，导致晶粒有长大倾向，从而降低了焊接接头的耐蚀性能，减弱了力学性能，并且晶粒粗化是用一般的热处理工艺无法改善的。
1.4.2解决措施
1.裂纹:在焊接时尽量采用小电流快速焊，焊接材料填满弧坑，对于厚度大于6mm的焊件，进行多层多道焊时，周围环境温度要保持在5℃以上，清洗干净焊缝两侧的污物，防止混入硫，磷等有害元素；提高锰的含量能扩大有害元素的溶解度，进而提高焊接材料的纯度和焊接材料中的锰含量，降低焊剂和焊条药皮中有害元素的过量都是有益的；选用正确的与母材金属相匹配的焊接材料，防止热裂纹的产生，采用适当的装配和焊接次序，选择用较小的输入热量，预防热裂纹都有效；单相的奥氏体焊缝中存在第二相质点，可阻挡晶格缺陷的聚集，阻滞裂纹的形成，镍基焊接材料中锰﹑铬﹑钼﹑钛等的含量较高，同时加入多种元素，有利于防止热裂纹的形成和扩展。
2.气孔
镍基合金的工作区远离碳钢的工作区，极大地减少了焊接材料中水份的质量，使用合适的规范焊接，让焊条药皮在焊接过程中发挥其应该有的作用。使用正确的保护气体流量﹑选择适当的喷头、顺畅的导气管、保护气的纯度合格、合适的焊接头与工件的距离。焊接前清除坡口的杂
质污物等都可以防止焊接气孔的产生。
3.未焊透:镍基合金在焊接过程中选择不规范的焊接，如:小电流，小间隙，小坡口角度，不正确使用焊炬。相应的解决措施是采用正确的焊接规范，合适的间隙和坡口角度，正确的使用焊炬。
4.夹渣:使用合理的焊接规范，在焊接过程中尽量使用断弧焊法，多层多道焊时，层间焊渣要清理干净，避免层间咬肉太深，把熔融金属送到坡口中适当的位置，可以防止夹渣的形成。
5.焊缝和热影响区基体金属有过热倾向:在保证熔透的情况下，尽量采用小的线能量，避免在高温区停留过长时间。
1.5镍基合金焊接性及其焊接工艺
一般初次操作镍基接头时, 大部分焊工感觉熔敷金属很粘, 流动性较差, 容易形成气孔和裂纹。焊层纹理不大美观, 焊缝灰暗色且没有金属光泽。焊接时镍容易被氧化形成氧化亚镍，与镍可以形成低熔共晶体。
1.5.1镍基合金的焊接性
表1-1 镍基合金与碳素钢、奥氏体不锈钢材料基本物理性质对比
牌号密度
(g/cm3)
比热
(J/kg-K)
导热率
(W/m.K)
熔化区间
(℃)
电阻率
(Ω·m)
Inconel600 8.42 460 14.8 1370-1425 103 Inconel625 8.44 410 9.8 1290-1350 129 Incoloy800 7.94 500 12.4 1355-1385 101 Incoloy825 8.14 440 10.9 1370-1400 113
碳素钢7.86 500 46.89 1400-1500 15
奥氏体不锈钢7.93 500 20.0 1400-1500 72 如表1-1所示,镍基合金的密度较大、比热容小、导热率低。在制定工艺参数和焊接操作的过程中,要充分考虑这个特点,并采取相应措施保证焊接接头的质量。
合金元素对镍基合金焊接的影响，在焊接镍基合金时,合金元素的影响相当复杂。从焊接性的角度来说主要是铌、铬、铁、铝、钛、硫、磷、碳、硅等元素，总体上讲铌、铬、铁、钼等对于焊接性、合金性能是有利的, 而硫、磷、碳、硅等元素则是不利的。铌的加入可大幅度减少热裂纹的出现。在合金中，铌的含量是随镍和铁之比变化的, 镍和铁之比越高，需要铌的含量就相应增加。钼起到固溶强化和时效强化作用, 并且可提高合金的热强性, 属于有利元素。铝和钛可脱氧产生氧化物，又可产生时效强化,同时可减少焊缝金属的气孔、疏松等缺陷,但仅是微量元素, 含量过多反而减弱焊缝金属的性能。在焊接有关镍基合金的工件时，硫对焊缝金属的影响最大，焊缝的结晶时产生裂纹是一个大问题，由于硫在镍基合金中的稀释率很小, 可是很容易产生晶界的偏析, 生成熔点低的共晶硫化物, 促使产生结晶裂纹。所以有必要在焊接材料、操作过程中尽量降低含硫量。磷对堆焊镍基合金的影响和硫相似, 磷与镍形成低熔点共晶物形成晶界偏析, 增大熔化区的宽度, 促使裂纹扩大。碳在合金中总有一定含量的，在高温条件下形成碳化物, 增加晶间腐蚀的敏化程度。
1.5.2镍基合金焊接工艺制定原则和焊接工艺
1.焊接工艺的选用
焊接工艺是堆焊镍基合金的重要参数。不光要考虑焊接性的特点外, 要对应实际操作条件与构造特点再选择。在石油化工领域中，用的最普遍的焊接操作方法是钨极氩弧焊与手工电弧焊。氩弧焊的焊接线能量弱,小的过热区,短的高温停留时间,快的冷却速度,因此尤为适合镍基材料的焊接。
2.焊前准备
焊前工件和焊丝清理：保证焊件表面和焊丝表面的清洁，获得镍基合金优良焊接接头一个重要条件。工件表面上常有一层油脂、污垢与氧化物等，可以采用机械打磨与化学清洗等工艺处理。焊接接头形式：镍基合金的熔化焊比焊接钢的熔透性低，熔池小，金属在熔融状态下的流
动性能弱。从焊接的性能方向出发，不适宜用提高线能量的方法来增加熔池熔透性，以预防焊接的材料过热，烧损过多的脱氧元素，焊接熔池过搅动分导致焊缝冷却不佳。为了确保熔透性，可以采用大的坡口角度和小钝角的接头方式。
3.预热和焊后热处理
轧制的镍基合金一般不需要预热，但当母材金属温度低于15℃以下时，应对接头两侧250-300mm宽的区域加热15～20℃，以免湿气冷凝时形成焊缝气孔。层间温度要严格控制，一般生产中大都控制在100℃以下，避免过热。有时为保证使用中不发生晶间腐蚀或应力腐蚀而采取稳定化处理措施，但一般还是不要焊后热处理。
4.一般工艺特点
施焊时，采取短弧、快速焊，可作微小摆动，但要控制好焊头和焊丝的角度。多层焊时应控制层间温度尽量不超过100℃，注意保证填满弧坑，在保证熔透的前提下线能量可以尽可能的小。镍基合金焊接时熔池液态金属的流动性差，熔深浅，要防止气孔、未焊透等缺陷的产生，焊后应采取快速冷却的措施。
1.6镍基合金堆焊层组织与性能
1.6.1镍基堆焊焊接接头的组织与性能
堆焊焊接接头常由焊缝区、熔合区、热影响区组成.
1.焊缝区
焊接时完全处于液态，完全熔化的部位。热源移走后，熔池中的金属立刻由液态转变为固态的凝固结晶，从熔合区许多未熔化完的晶粒开始，以柱状晶的形态向熔池中心生长，形成联生结晶。焊缝组织是柱状晶，故晶粒较粗大、成分偏析、组织不致密。由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用，使得焊缝化学成分优于母材，所以焊缝金属的力学性能一般不低于母材金属。
2.熔合区
焊接接头中的焊缝与母材交界的过渡区，即熔合线处微观显示的母
材半熔化区。熔合区是由焊缝向热影响区过渡的区域，其加热温度处于固相和液相线之间。在焊接过程中，部分金属熔化，部分未熔化，冷却后，熔化金属形成铸态组织，未熔化金属因加热温度偏高而形成过热粗晶组织。这种组织使熔合区的强度下降，塑性、韧性下降。在低碳钢的焊接接头中，熔合区决定着焊接接头的性能。因此熔合区是容易产生裂纹﹑发生局部脆性破坏的危险区域，是焊接接头中的薄弱环节。
3.热影响区
在焊接过程中，母材因受热量的影响而发生金相组织和力学性能变化的区域。在不易淬火钢热的影响区，由于其中各点受热程度不同，故热影响区常由过热区、正火区、部分相变区、再结晶区四个部分组成；对于易淬火钢的热影响区，其热影响区的组织分布与母材焊前的热处理状态有关。如果母材焊前是退火或正火状态，则焊后热影响区分为完全淬火区和不完全淬火区；如果母材焊前是调质状态，则热影响区的组织多一个回火区。
1.6.2镍基合金堆焊层组织与性能
镍基堆焊层的组织为树枝状奥氏体[9]，堆焊层与母材结合良好，就没有开裂情况发生，显微硬度值最高的是基体一边热影响区，堆焊层的硬度相比母材的硬度，要高；镍基堆焊层在40℃的12.5%NaCl溶液中沉浸12h，在溶液中沉浸前后试样的质量基本没有发生什么变化，这表明堆焊层具有良好的耐蚀性。
1.7研究内容
通过阅读大量中外文献，对一般焊接接头的组织和性能分析方法都有所了解和认识，目前国内和国外都比较重视对焊接接头的研究，在工业中，几乎都会应用焊接工艺，而焊接质量的好坏主要鉴定标准是焊接接头的组织和性能是否适应于具体的环境，没有裂纹与缺陷，各个区域的性能优良，对于堆焊，一般要求堆焊层与基体熔合良好，并使堆焊层达到预期的使用性能。
在我国，焊接工艺广泛运用到石油输送管道和设备当中，管道和设备在油气的腐蚀环境下，会承受比较大的压力，因此研究焊接接头的组织和性能至关重要。目前国外都已经将研究内容延伸到组织等微观结构，国内也对微观结构与实际组织和性能的结合有部分研究。所以本实验用等离子焊和钨极氩弧焊两种焊接方法在相同基体（X65）上进行镍基（ERNiCrMo-3）合金堆焊[10]，通过改变堆焊电流、离子气大小、送丝速度等工艺参数，得到具有一定力学性能和耐腐蚀性的镍基合金堆焊层。
1.7.1堆焊工艺方法对堆焊层组织和性能的影响
采用等离子焊接和氩弧焊接工艺，分别研究堆焊工艺对堆焊层组织、硬度、成分及耐蚀性能的影响。
1.7.2堆焊线能量对堆焊层组织和性能的影响
采用等离子焊接工艺，选用不同的堆焊电流施焊，分别研究线能量对堆焊层组织、硬度及耐腐蚀性能的影响。
第2章实验方法
2.1实验思路
对于镍基合金的堆焊，本实验的两种焊接方式分别为等离子弧焊和钨极氩弧焊，针对焊接接头的研究方法[11]有很多种，针对具体实验，我们的研究方法具有针对性。主要研究堆焊层的组织和性能。
等离子焊和氩弧焊堆焊层[12]的组织研究不可避免的一条就是要观察其金相，通过图片观察初步对其组织做一个大胆的预测和了解，各种组织的形态和晶粒大小在金相观察中都可以有一个大致的认识，但是由于金相观察只是从一般形态上做了粗略观察在具体的相上并不一定可以直接观察出来，为此有必要的进行X射线衍射实验，以确定金属焊层的具体相组成，便于全面和了解认识焊层的组织和相组成。在不同形态的金相图中来确定其具体形态是何种相，需要有能谱分析进一步确定，因此，还得借助于扫描电镜的作用来完成，在焊层最顶层到熔合线的距离中，各个部位的元素含量不尽相同，某种元素随着离熔合线距离[13]的变化其在焊层中的含量也在不断变化当中，要确定其距离变化给各种元素带来了什么样的影响，需要借助于线扫描的方法来确定，同样这也需要用到扫描电镜，因此扫描电镜观察是一个必不可少的试验过程。对于其组织研究起了非常大的作用。
在性能分析上，由于在焊接过程中会产生强大的热输[14]入量，会对金属局部产生重熔和热处理，其组织分布会很不均匀，通过显微硬度仪对其各个组织进行硬度测试，通过硬度分析再结合组织分析，找出组织对其硬度的影响。
性能研究中，堆焊层的耐蚀性比较重要，因为焊丝为镍基，耐蚀性是比较强的，因此需要研究堆焊完的焊层耐蚀性能。本次实验将测试堆焊层的极化曲线和交流阻抗来研究它的自腐蚀电位及耐蚀能力，氢致开裂实验很有必要，因为氢致开裂实验不仅可以研究堆焊层表面的耐蚀性[15]，而且可以研究焊层和基体结合强度。
试验流程如图2-1所示。
图2-1 试验流程图
2.2实验材料
本实验采用国产X65（管线钢）为母材，焊丝为ERNiCrMo-3。
2.2.1管线钢(X65)
X65管线钢
[16]强度高、韧性高、焊接性能优异、具备高的抗氢致开
等离子切割 喷砂 酸洗和碱洗
基材预处理
等离子焊接和氩弧
焊接
观察宏观形貌
切割试样 测堆焊层厚度
金相
测硬度 XRD 测试
SEM
电化学 做电极
氢致开裂（HIC ）
Inconel600镍基合金焊接方案
1.1Inconel600镍基合金焊接方案 本工程中有Inconel600镍基合金管道36.8m，数量不多，但焊接要求严格。 由于气化装置是把煤转化水煤气等过程，整个系统是在较高温度和压力下操作，工艺介质中含有CO、CO2、H2S、H2、COS、NH2等可燃性、有毒介质，所以对管道材质要求较高。因此，我们特编写了镍合金管道的焊接方案，具体施工时将根据设计说明及技术要求再对本方案进一步的修改和补充。 1.1.1编制依据： 1) 《青海中浩60万吨/年甲醇项目建筑安装工程施工招标文件》； 2）《石油化工鉻镍奥氏体钢、铁镍合金和镍合金管道焊接规程》SH/T3525-199； 3）《现场设备、工业管道焊接工程施工验收规范》GB50236-1998； 4）《石油化工剧毒、可然介质管道工程施工及验收规范》SH3501。 1.1.2材料验收 焊接材料应有出厂质量证明书，其中焊条应符合《镍及镍合金焊条》GB/T13814的规定，焊丝应符合《镍及镍合金焊丝》GB/T15620的规定。 焊接材料应进行验收。验收合格后，应作好标示，入库储存。 焊接材料的储存、保管应符合下列规定： 焊材库必须干燥通风，库房内不得有有害气体和腐蚀介质。 焊接材料应存放在架子上，架子离地面的高度和墙壁的距离均不得小于300mm。 焊接材料应按种类、牌号、批号、规格和入库时间分类放置，并应有标示。 焊材库内应设置温度计和湿度计，保持库内温度不抵于5℃，相对湿度不大于60%。 焊接用的氩气纯度不应低于99.6%。 1.1.3焊前准备 管子切割及坡口加工宜采用机械方法，若采用等离子切割，应清理其加工面。 坡口加工后应进行外观检查，坡口表面不得有裂纹、分层等缺陷。
镍基高温合金性能
镍基高温合金 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。 ·固溶强化型合金 具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大(每平方毫米几公斤力，见表1)的部件，如燃气轮机的燃烧室。 ·沉淀强化型合金 通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐蚀性能，可用于制作高温下承受应力较高(每平方毫米十
镍基合金INCONEL 625的焊接
镍基合金INCONEL 625的焊接 引言：在石油化工建设工程中，常会遇到镍基合金这种材料，因这种材料具有耐活泼性气体、耐苛性介质、耐还原性酸介质腐蚀的良好性能，又具有强度高、塑性好、可冷热变形和可加 工成型及可焊接的特点，广泛应用于石油化工中。例如：在安徽铜陵六国化工合成氨装置 气化工段中，就有这种材料，它的具体名称为INCONEL 625，用于输送氧气介质。 关键词：镍基合金焊接热裂纹 1 镍基合金INCONEL 625的化学成分及对焊接性能的影响 为了研究INCONEL 625的焊接，我们有必要对这种材料的化学成分进行了解。镍基合金INCONEL 625的化学成分见表1： 在Ni中添加Al、Cr、Fe、Mo、Ti能引起较强的固溶强化，Mo可改善镍基合金的高温强度，Nb 则可以稳定组织，细化晶粒，改善材料性能，Cr在Ni中的固溶范围约为35%～40%，而Mo在Ni中的固溶范围大约为20%。Cr、Mo等合金材料的添加不但增加其耐蚀性，而且对材料的焊接性能没有不利影响。添加Ti、Mn、Nb则可提高材料的抗热裂纹和减少气孔。Si在钢中是脱氧剂和抗氧化剂。而C的含量很小，因Ti和Nb的存在一般不会产生晶间腐蚀。 镍基合金的焊接性对S则较为敏感，S不溶于Ni，在焊接凝固时可形成低熔点的共晶体，易产生热裂纹。P在镍基合金中也会增加裂纹的敏感性。 2 镍基合金INCONEL 625的焊接特点 2.1 焊接热裂纹镍基合金INCONEL 625在焊接时具有较高的热裂纹敏感性。热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和高温失塑裂纹。结晶裂纹最容易发生在焊道弧坑，形成火口裂纹。结晶裂纹多半沿焊缝中心线纵向开裂。液化裂纹则易出现在紧靠融合线的热影响区中，有的还出现在多层焊的前层焊缝中。高温失塑裂纹既可能出现在热影响区中，也可能发生在焊缝中。各种热裂纹有时是宏观裂纹，或宏观裂纹伴随微观裂纹，也有时仅仅是微观裂纹。热裂纹发生在高温状态，常温下不再扩展。2.2 污染物的影响焊件表面的清洁性是保证镍基合金INCONEL 625焊接质量的一个关键。焊件表面的污染物主要是表面氧化皮和引起脆化的元素。镍基合金INCONEL 625表面氧化皮的熔点比母材高得多，常常可能形成夹渣或细小的不连续的氧化物，S、P、Pb、Sn、Zn、Bi、Sb及As等凡是能和Ni形成低熔点共晶体的元素都是有害元素。这些有害元素大大增加了镍基合金焊接时的热裂纹倾向。这些元素常常存在于预制过程中使用的材料中，例如：油脂、油漆、测温笔和记号笔的墨水常含有这些元素。因此，在焊接前，必须彻底清除，包括坡口外50mm范围内均属于清除范围。 清除方法取决于污染物的种类，对于油脂类物质，可采用蒸汽脱脂，或用丙酮清洗。对于油漆类物质，可采用氯甲烷、碱液、甲醇清洗，也可采用打磨的方法清除。 2.3 焊接热输入的影响采用高热输入会使焊缝接头产生一定程度的退火，并伴随晶粒长大，而使组织发生相变，降低材料的机械性能。此外，高热的输入，还可能使晶相组织产生过度的偏析，碳化物沉淀并析出，从而引起热裂纹，并降低耐蚀性。 在选择焊接方法和焊接工艺时，必须考虑到这一点，因此，在实际操作时采用小电流，窄焊道，多层焊较为合理。 需要指出的是，有些镍基合金焊接加热后对靠近热影响区的焊缝组织会产生不良影响。例如Ni-Mo合金焊接后需通过退火处理来消除这种影响，恢复其耐蚀性。但对于INCONEL 625这种合金来说属于Ni-Cr-Mo合金, 象奥氏体不锈钢一样，镍基合金的显微组织也是奥氏体，固态情况下不发生相变，母材和焊缝金属的晶粒不能通过热处理细化，因此，镍基合金INCONEL 625不需要进行热
镍基单晶高温合金的发展
镍基单晶高温合金的发展 胡壮麒1 刘丽荣1,2 金 涛1 孙晓峰1 (1.中国科学院金属研究所,沈阳 110016;2.沈阳工业大学,沈阳 110023) 摘要:概述了镍基单晶高温合金的发展历程,分析了其成分、相组成、热处理的特征和持久变形及强化机制,给出了其持久性能数据,并指出了发展趋势。 关键词:镍基单晶高温合金 成分 性能 D evelop m en t of the N i-Ba se S i n gle Crysta l Supera lloys Hu Zhuangqi1 L iu L ir ong1,2 J in Tao1 Sun Xiaofeng1 (1.I nstitute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang110016,China) (2.Shenyang University of Technol ogy,Shenyang110023,China) Abstract:The devel opment of the N i-base single crystal superall oys is intr oduced,and its compositi on,phase p re2 ci p itati on,heat treat m ent,endurance p r operty and strengthening mechanis m are analyzed.The data of its endurance p r operty is listed,and the devel opment trend of N i-base single crystal superall oys is pointed out. Key words:N i-base single crystal superall oys;compositi on;p r operty 1 引言 镍基单晶高温合金具有优良的高温性能,是目前制造先进航空发动机和燃气轮机叶片的主要材料。为了满足高性能航空发动机的设计需求,多年来,各国十分重视镍基单晶高温合金的研制和开发。 20世纪80年代以来,单晶高温合金一直沿着其独特的道路发展。随着合金设计理论水平的提高和生产工艺的改进,相继出现耐温能力比第1代单晶合金分别大约高30℃和60℃的第2代单晶合金和第3代单晶合金;第2代单晶高温合金的代表有P WA1484〔1〕、C MSX-4〔2〕等,第3代单晶高温合金的代表有C MSX-10〔3〕、C MSX-11〔4〕、Rene N6〔5〕等。研究表明〔6〕,第3代单晶高温合金C MSX-10的耐温能力比第2代单晶合金C MSX-4(最高使用温度约为1163℃)的大约高30℃,其使用温度可达 收稿日期:2005-07-18 第一作者简介:胡壮麒(1929—),中国工程院院士,从事高温合金的开发与应用研究,详细介绍见封二。1204℃左右,同时,还具有十分明显的蠕变强度优势。近年来出现的第4代单晶合金RR3010的承温能力达到1180°C〔7〕,用在英国RR公司最新研制的Trent发动机上。Re的加入以及Hf、Y、La,Ru等元素的合理应用,使新的单晶合金的持久性能和抗环境性能均有明显的提高。 本文综述了有关镍基单晶高温合金的成分特点、相组成、热处理制度、合金性能、应用情况和发展方向,可为开发和研制该类合金提供参考。 2 单晶高温合金的特征 2.1 成分特征 到目前为止,单晶合金已发展了5代。 典型单晶高温合金的成分及应用见表1。在进行单晶合金成分设计时,要兼顾合金性能和工艺性能。由于单晶合金中不存在晶界,并应用在较为苛刻的环境下,所以要注意某些元素的特殊作用。 分析表1列出的单晶合金的成分,可以看出,单晶高温合金成分的发展有以下特点〔8〕。 1 2005年第31卷第3期航空发动机
镍基合金焊接材料
镍基合金焊接材料 镍及镍合金焊条
产品名称：镍及镍基合金焊材 产品说明: Ni102镍及镍合金焊条型号GB/T：ENi-0 说明：钛钙型药皮的纯镍焊条，具有较好的力学性能及耐热、耐腐蚀性，交、直流两用，采用直流反接。 用途：用于化工设备、食品工业，医疗器械制造中镍基合金和双金属的焊接，也可用作异种金属的过渡层焊条，具有良好的熔合性和抗裂性。 熔敷金属化学成份/% C≤0.03 Mn 0.6-1.1 Si≤1Ni≥92Fe≤0.5 Ti 0.7-1.2 Nb 1.8-2.3 S≤0.015P≤0.015 Ni112镍及镍合金焊条型号GB/T：ENi-0 相当于AWS：ENi-1 说明：钛钙型药皮的纯镍焊条，具有较好的力学性能及耐热、耐腐蚀性，交、直流两用，采用直流反接。 用途：用于化工设备、食品工业，医疗器械制造中镍基合金和双金属的焊接，也可用作异种金属的过渡层焊条，具有良好的熔合性和抗裂性。 熔敷金属化学成份/% C≈0.04Mn≈1.5Ni≥92Fe≈3Ti≈0.5Nb≈1S≤0.015P≤0.015 Ni202镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCu-7 相当于AWS：ENiCu-7 说明：钛钙型药皮的Ni70Cu30蒙乃尔合金焊条，含适量的锰、铌，具有较好的抗裂性，焊接时电弧燃烧稳定，飞溅小，脱渣容易，焊接成形美观，采用交流或直流反接，采用直流反接。用途：用于镍铜合金与异种钢的焊接，也可用作过渡层堆焊材料。 熔敷金属化学成份/% C≤0.15 Mn≤4Si≤1.5 Ni 62-69 Fe≤2.5Ti≤1Nb≤2.5 S≤0.015 P≤0.02Al≤0.75 Cu余量 Ni207镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCu-7 相当于AWS：ENiCu-7 说明：低氢型蒙乃尔合金焊条，具有良好的抗裂性和焊接工艺性能。 用途：用于焊接蒙乃尔合金焊条或异种钢，也可用作过渡层堆焊材料。 熔敷金属化学成份/% C≤0.15Mn≤4Si≤1.5 Ni 62-69 Fe≤2.5Ti≤1Nb≤2.5S≤0.015 P≤0.02 Cu余量 Ni307镍及镍合金焊条型号GB/T：ENiCrMo-0
54.镍基单晶高温合金的发展概况
镍基单晶高温合金的发展概况 镍基单晶高温合金的发展概况 黄爱华1，崔树森1，王少刚1，杨胜群1，刘秀玲2，于兴福1 （1.沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳110043； 2.沈阳铸造研究所，辽宁沈阳110022） 摘要：论述了单晶高温合金的制备方法，凝固过程的控制。概述了单晶高温合金的发展历程以及合金成分的发展。最后介绍了我国高温合金的发展状况。 关键词：镍基单晶高温合金；制备方法；合金成分 高温合金由等轴晶经历了定向柱晶发展到单晶，既是发动机工作温度不断提高的要求，也是凝固技术持续发展的结果。镍基单晶高温合金通常划分为五代，早期研制的单晶合金称为第一代单晶合金[1]，随着铼(Re)元素的引入，第二代和第三代单晶合金[2]相继出现，近期开始在单晶合金中加入元素钌(Ru)，从而研制出第四代至第五代单晶高温合金。 镍基高温合金广泛应用于航空、航天、舰船、发电、机床、石油和化工等工业领域，在航空发动机上主要用于制作热端部件，如涡轮工作叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室和压气机等部件。在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特殊重要的地位，与铁基和钴基合金相比，镍基合金具有更好的高温性能，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，可以说，镍基高温合金的发展决定了航空涡轮发动机的发展，也决定了航空工业的发展。采用定向凝固技术制备出的单晶合金，其使用温度已接近合金熔点的90%，成为当代先进航空发动机热端部件不可替代的重要结构材料。 1情况介绍 铸件形成定向柱晶组织必须具备两个条件，一是热流必须垂直于晶体生长的固液界面单向流动;二是固液界前方的液体中没有稳定的晶核。Bridgman法就是一种广泛应用的由高温熔体生长单晶的方法。 单晶和定向柱晶凝固过程的唯一差别是单晶必须是由一个晶核长大而成的。获得单一晶核的方法通常有两种：即选晶法和籽晶法，两种方法各有优缺点、互相补充。 （1）螺旋生长法制备单晶的基本原理（图1，图2）,众多晶粒在经过螺旋形的单晶选择器后，只剩下生长最快的一个晶粒，从而形成单晶。 图1单晶的螺旋生长法生产示意图图2单晶选择示意图
镍基高温合金
镍基高温合金 浏览： 文章来源：中国刀具信息网 添加人：阿刀 添加时间：2007-06-28 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， 镍基高温合金的发展趋势
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。 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 A 3B 型金属间化合物 '[Ni 3(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
镍基高温合金
镍基高温合金 飞行器工程学院110622班 11062228 袁同豪 摘要：定义了高温镍合金，诉说了其发展过程、成份和性能和生产工艺，以及阐述了镍基高温合金的研究、制造与应用 关键字：镍基高温合金抗氧化塑性组织稳定性固溶 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。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工艺性能，在700℃以下具有满意的热强性和高的塑性。合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、溶焊或钎焊连接，可供应冷轧薄板、热轧厚板、带材、丝材、棒材、圆饼、环坯、环形锻件等，适宜制作在1100℃以下承受低载荷的抗氧化零件。 镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Ni-20Cr-0.4Ti；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出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，镍基高温合金的工作温度从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。固溶强化型合金：具有一定的高温强度，良好的抗氧化，抗热腐蚀，抗冷、热疲劳性能，并有良好的塑性和焊接性等，可用于制造工作温度较高、承受应力不大的部件，如燃气轮机的燃烧室；沉淀强化型合金：通常综合采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方式，因而具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性能、抗氧化和抗热腐
核电设备中的镍基合金堆焊工艺
第31卷第6期 皮也洗| V ol.31, No. 62017 年 11 月 PO W E R E Q U IP M E N T Nov. 2017核电技术]; 核电设备中的镍基合金堆焊工艺 李双燕，张茂龙 (上海电气核电设备有限公司，上海201306) 摘要：从堆焊工艺原理、焊接设备、焊接材料、焊接参数方面介绍了四种不同核电蒸汽发生器管板堆焊 方法，并对四种不同堆焊工艺进行了对比分析。结果表明：在管板镍基合金堆焊方式的选择上，双热丝等离 子堆焊更具有优势；C dc I 690镍基合金双热丝等离子堆焊技术，可应用于核电设备的产品堆焊。 关键词：核电设备"镍基合金"堆焊 中图分类号：TM 623. 91; TL 353. 13 文献标志码：A 文章编号！671-086X(2017)06-0411-05 ApplicationofNickd-basedAlloyCladdingTechnology in Manufacture of Nuclear Power Equipment Li Shuangyan，Zhang Maolong (Shanghai Electric Nuclear Power Equipment Co .，Ltd .，Shanghai 201306，China) Abstra c t ： A comparative analysis was conducted on four different cladding technologies for nuclear steam generator with tube-tubesheet joints from the aspects of welding technology ， welding equipment，welding consumables and welding parameters. Results show that the dual-hot wires g metal plasma arc c ladding technology is prevailing in the welding of nickel-based alloy tube-tubesheet joints，which can be used in actual cladding of nuclear power equipment products made of Inconel 6 90 nickel-based alloy.K ey word s ： nuclear power equipment ； nickel-based alloy ； cladding 核电站设备蒸汽发生器管板一回路侧长期 接触带 性和腐蚀性的载热剂介质，若在表 面 面积堆焊镍基合金，可以保 的耐腐 蚀性。管板表面镍合金堆焊层的质量优劣关 系到U 形管与管板接头的焊 量。 ，管板堆焊工艺的选择至关重要，一方面需要考虑管板 堆焊的生产效率及堆焊层质量，另一方面需要考 堆焊层的纯净度，以便后面工序 管子管 板接头焊缝的返修率。 Incon e l 690镍基合金材料焊接性比较差，热 裂纹敏感性高，堆焊金属润湿性差[1]，对氧化、高 温 （DDC )敏感。目前 在蒸汽发生器管板的大面积镍基合金堆焊 ，常采用的堆焊工艺 热丝惰性气体 保护堆焊 (T I G 堆焊$带极电渣堆焊、带 弧堆焊，但镍基合金热丝等离子堆焊的研究较少。1堆焊方法介绍1.1带极埋弧堆焊图1为带 弧堆焊的原理示意图。图1带极埋弧堆焊原理 收稿日期！017-02-14;修回日期！017-02-22 作者简介：李双燕（1978%)，男，工程师，主要从事核电设备和化工压力容器焊接与热处理技术工作。 E-mail ： lishy@shanghai-electric. com
镍基高温合金的特点、制备及应用
镍基高温合金的特点、制备及应用 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，良好的抗氧化和抗腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用可靠性。那么，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称之为镍基高温合金（以下简称“镍基合金”）。 镍基高温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。镍基高温合金是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基高温合金Nimonic75(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。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。初期的镍基高温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，镍基高温合金的工作温度从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g[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。镍基合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
镍基高温合金材料研究进展汇总-共7页
镍基高温合金材料研究进展 姓名：李义锋1 镍基高温合金材料概述 高温合金是指以铁、镍、钴为基，在高温环境下服役，并能承受严酷的机械应力及具有良好表面稳定性的一类合金[1]。高温合金一般具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化性和抗热腐蚀性、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用的可靠性[2]。因此，高温合金既是航空、航天发动机高温部件的关键材料，又是舰船、能源、石油化工等工业领域不可缺少的重要材料，已成为衡量一个国家材料发展水平的重要标志之一。 在整个高温合金领域中，镍基高温合金占有特殊重要的地位。与铁基和钴基高温合金相比，镍基高温合金具有更高的高温强度和组织稳定性，广泛应用于制作航空喷气发动机和工业燃气轮机的热端部件。现代燃气涡轮发动机有50%以上质量的材料采用高温合金，其中镍基高温合金的用量在发动机材料中约占40%。镍基合金在中、高温度下具有优异综合性能，适合长时间在高温下工作，能够抗腐蚀和磨蚀，是最复杂的、在高温零部件中应用最广泛的、在所有超合金中许多冶金工作者最感兴趣的合金。镍基高温合金主要用于航空航天领域950-1050℃下工作的结构部件，如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室等。因此，研究镍基高温合金对于我国航天航空事业的发展具有重要意义。 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[2]。它是在Cr20Ni80合金基础上发展起来的，为了满足1000℃左右高温热强性(高温强度、蠕变抗力、高温疲劳强度)和气体介质中的抗氧化、抗腐蚀的要求，加入了大量的强化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co等，以保证其优越的高温性能。除具有固溶强化作用，高温合金更依靠Al、Ti等与Ni形成金属问化合物γ′相(Ni3A1或Ni3Ti等)的析出强化和部分细小稳定MC、M23C6碳化物的晶内弥散强化以及B、Zr、Re等对晶界起净化、强化作用。添加Cr的目的是进一步提高高温合金抗氧化、抗高温腐蚀性能。镍基高温合金具有良好的综合性能，目前已被广泛地用于航空航天、汽车、通讯和电子工业部门。随着对镍基合金潜在性能的发掘，研究人员对其使用性能提出了更高的要求，国内外学者已开拓了针对镍基合金的新加工工艺如等温锻造、挤压变形、包套变形等。
压水堆承压部件 焊接 第10部分：镍基合金堆焊用焊带和焊剂
ICS 点击此处添加中国标准文献分类号 团体标准 T/CNEA XXXX—XXXX 压水堆承压部件焊接第10部分： 镍基合金堆焊用焊带焊剂 Welding for pressure-retaining components of PWR-Part 10： Nickel-alloy strip and fluxex for cladding 点击此处添加与国际标准一致性程度的标识 （征求意见稿） （本稿完成日期：） XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施中国核能行业协会发布
T/CNEA XXXX—XXXX 目次 前言................................................................................ II 引言............................................................................... III 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语和定义 (1) 4 型号 (1) 5 技术要求 (2) 6 试验方法 (4) 7 检验规则 (6) 8 包装、标志和质量证明文件 (7) I
T/CNEA XXXX—XXXX II 前言 本文件按照GB/T 1.1—2020的规定起草。 T/CNEA ××××《压水堆承压部件焊接》与T/CNEA ××××《压水堆承压部件设计与制造》、T/CNEA ××××《压水堆承压部件材料》、T/CNEA ××××《压水堆承压部件无损检测》和T/CNEA ××××《压水堆承压部件设备设计制造》共同构成支撑《压水堆承压部件》团体标准体系。 本文件是T/CNEA ××××《压水堆承压部件焊接》的第10部分。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国核能行业协会提出并归口，技术支持单位为上海核工程研究设计院有限公司、核工业标准化研究所、苏州热工研究院有限公司。 本文件起草单位：上海核工程研究设计院有限公司、哈尔滨焊接研究院有限公司、宝武特种冶金有限公司、上海电气核电设备有限公司、东方电气（广州）重型机器有限公司、中广核工程有限公司、中国核动力研究设计院、苏州热工研究院有限公司、宝山钢铁股份有限公司。 本文件主要起草人：谷雨、姚俊俊、左波、余燕、陈佩寅、徐长征、张敏、吴东球、金亮、黄敏、陈忠兵、吴巍。 本文件为首次发布。
镍基合金N06600的焊接工艺
镍基合金NO6600的焊接工艺 摘要：本文根据镍基合金NO6600材料的特点，针对有害气体对镍基材料焊接时的影响、焊缝金属流动性差、焊接熔深浅等分析该材料的焊接性能，论述镍基合金N06600管道的焊接工艺。 关键词：镍基合金N06600；焊接性能分析；焊接工艺 一．概述 我单位承建的四川维尼纶厂30万吨/年醋酸乙烯项目整合甲醇装置中，氧气管道、天然气管道采用镍基合金N06600材料，管道的主要规格有：φ325×17.5、φ114×6.0、φ89×11.0、φ48×10等。针对镍基合金N06600材料焊接难度大，合格率偏低的现象，进行焊接性能分析、制定出焊接工艺并指导焊接作业。 二．材料特性 镍基合金N06600材料是Inconel系列中的Ni-Cr-Fe固溶强化耐蚀合金，在化学、石油、湿法冶金、航天等许多领域广泛应用。其特点是熔点高、耐热、耐腐蚀、强度高，具有良好的抗氧化性能、力学性能和加工性能；象奥氏体不锈钢一样，镍基合金N06600材料显微组织也是奥氏体，固态没有相变，母材和焊缝金属的晶粒不能通过热处理细化。其化学成分见表1，力学性能见表2。 表1 NO6600材料的化学成分（质量分数）（％） C Mn S Si Ni Cr Cu Fe ≤0.15 ≤1.0 ≤0.015 ≤0.5 ≥72 14～17 ≤0.5 6～10 表2 NO600材料的力学性能 屈服强度/MPa 抗接强度/MPa 延伸率δ 355 695 32 三．焊接性分析 镍基合金N06600材料焊接时，有害气体对焊缝金属性能有很大的的影响，焊件表面的污染物质对焊缝金属性能有很大的的影响，容易产生焊接热裂纹；限制热输入，熔池流动性差和熔深较浅等，给焊接带来不利因素。
高温合金的研究现状
航空航天镍基高温合金的研究现状 1万艳松2鞠祖强 南昌航空大学航空制造工程学院10032129 万艳松 南昌航空大学航空制造工程学院10032121 鞠祖强 摘要 简单介绍了镍基高温合金的发展历程，综述了近年来镍基高温合金的研究进展，并探讨了镍基高温合金的应用和发展趋势。 关键字：镍基高温合金性能发展现状 1.引言 高温合金是一种能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，而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。 2.镍基高温合金发展过程 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。 3.镍基高温合金成分和性能 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。
RCC-M 2007：S 3700 碳钢和低合金钢上的镍基合金堆焊
（译文仅供参考翻译：凌张庆审核：陈娟） S3700 碳钢和低合金钢上的镍基合金堆焊 在下列规定的条件下，S3600中的要求也适用于这类堆焊。 S3710 评定的有效范围 遵照S3610的规定。 S3711 车间 遵照S3611的规定。 S3712 母材：牌号 遵照S3612的规定。 S3713 母材：形状和尺寸 遵照S3613的规定。 S3714 焊接方法 遵照S3614的规定。 S3715 焊接填充材料和保护气体 遵照S3615的规定，并应满足：对在b)段中所规定的第二层上所使用的焊条直径应不超过第一层所使用的焊条直径不做要求。 S3716 堆焊层数和堆焊顺序 遵照S3616的规定。 S3717 焊接位置和方向 遵照S3617的规定。 S3718 焊接工艺和参数 遵照S3618的规定。 S3719 热处理 遵照S3619的规定。 S3720试件的制备 遵照S3620的规定。 S3730评定试件的检验和试验 S3731 概述 ――所有试样都应在试件经过根据评定文件规定的整体热处理和无损检验
之后进行。 ――如果试件是由几种焊接方法焊成的，则所取试样，应尽可能代表每种焊接方法所具有的特性。 ――力学性能试样应取在无损检验显示的质量最好的区域。 另一方面，宏观和/或微观检验试片，应取在无损检验的缺陷显示合格区。 ――检验应说明所涉及的所有基本焊接位置的特性，并通过试件对其进行评定（见S3717），在每一相应区域中应作一组试验。 S3732 无损检验 评定试件应经过为评定产品堆焊件所规定的所有无损检验，并且必须满足1级要求。其表面状态应与产品堆焊表面的最不利状态相似。 S3733 破坏性试验 试样类型及试验方法按附录SI的规定。 a) 弯曲试验 根据附录SI（SI 230），应取4个侧弯试样，其中两个试样垂直于焊接方向，另两个试样平行于焊接方向。 b) 化学分析 化学分析用的金属试样，是从堆焊层的焊态表面磨掉0.5mm后在深度2mm范围内取得。应检验的化学元素含量有：碳、硅、硫、磷、锰、镍、氮、钴、铁、铌、钽、铜、钛等。 另外，在管板堆焊镍基合金的情况下，应对与管子焊接有关的堆焊层再进行化学分析。为此，应从这些堆焊层表面以下2mm范围内取化学分析试样。 c) 金相检验 金相检验取样条件按下述规定： ――一个试样应取在垂直于焊接方向，并应涉及第一层和以后几层焊道（最后一层最少含三个叠加区）。 ――另一个试样应取在平行于焊接方向，当采用高能自动焊时，试样应取在S3622规定的焊接中断和重新开始的母材和熔敷金属区。 上述检验应按照附录SI（SI 400）要求进行。
堆焊
第九章堆焊 随着科学技术的进步，各种产品、机械装备正向大型化、高效率、高参数的方向发展，对产品的可靠性和使用性能要求越来越高。材料表面堆焊作为焊接技术的一个分支，是提高产品和设备性能、延长使用寿命的有效技术手段。 堆焊是用焊接方法在金属材料或零件表面上熔敷一层有特定性能的材料的工艺过程。 第一节堆焊的特点及应用 一、堆焊的特点 堆焊的物理本质、热过程、冶金过程以及堆焊金属的凝固结晶与相变过程，与一般的焊接方法相比是没有什么区别的。然而，堆焊主要是以获得特定性能的表层、发挥表面层金属性能为目的，所以堆焊工艺应该注意以下特点： 1.根据技术要求合理地选择堆焊合金类型 被堆焊的金属种类繁多，所以，堆焊前首先应分析零件的工作状况，确定零件的材质。根据具体的情况选择堆焊合金系统。这样才能得到符合技术要求的表面堆焊层。 2.以降低稀释率为原则，选定堆焊方法 由于零件的基体大多是低碳钢或低合金钢，而表面堆焊层含合金元素较多，因此，为了得到良好的堆焊层，就必须减小母材向焊缝金属的熔入量，也就是稀释率。 3.堆焊层与基体金属间应有相近的性能 由于通常堆焊层与基体的化学成分差别很大，为防止堆焊层与基体间在堆焊、焊后热处理及使用过程中产生较大的热应力与组织应力，常要求堆焊层与基体的热膨胀系数和相变温度最好接近，否则容易造成堆焊层开裂及剥离。 4.提高生产率 由于堆焊零件的数量繁多、堆焊金属量大，所以应该研发和应用生产率较高的堆焊工艺。 总之，只有全面考虑上述特点，才能在工程实践中正确选择堆焊合金系统与堆焊工艺，获得符合技术要求的经济性好的表面堆焊层。
二、堆焊的应用 堆焊工艺是焊接领域中的一个重要分支，它在矿山、电站、冶金、车辆、农机等工业部门的零件修复和制造中都有广泛的使用。其主要用途有以下两个方面： 1.零件修复 由于零件常因为磨损而失效，例如石油钻头、挖掘机齿等，可以选择合适的堆焊材料对其进行修复，使其恢复尺寸和进一步提高其性能。而且用堆焊技术进行修复比制造新零件的费用低很多，使用寿命也较长，因此堆焊技术在零件修复中得到广泛。 2.零件制造 堆焊工艺可以采用不同的基体，在这些基体上使用不同的堆焊材料使表面达到我们所需要的性能，如耐磨性、耐蚀性、耐热性等等。利用这一工艺不仅能保证零件的使用寿命而且还避免了贵金属的消耗，使设备的成本降低。 三、堆焊金属的使用性能 不同的工作条件要求堆焊金属要有不同的使用性能，其主要的使用性能包括耐磨性、耐蚀性、耐高温性和耐气蚀性等。 1.耐磨性 磨损是材料在使用过程中表面被液体、气体或固体的机械或化学作用而造成的破坏现象。磨损是一个很复杂的微观破坏过程，它是金属材料本身与它相互作用的材料以及工作环境综合作用的结果。磨损有五个基本类型：粘着磨损、磨料磨损、冲击浸蚀、疲劳磨损和微动磨损。下面我们介绍一下前面两类。 （1）粘着磨损它是由于材料之间相对移动，两接触面之间凹凸不平，个别接触点之间发生焊合、变形而造成撕裂或转移结合到另一表面上，而产生的表面被破坏的现象。这种磨损有三类，当载荷很小时，由于摩擦热产生氧化膜，阻止滑动的焊合现象，为氧化磨损。当载荷很大，滑动面产生的焊合为金属磨损。擦伤（包括撕脱和咬死）是第3类磨损形式。 粘着磨损多发生在滑动摩擦的结构件润滑不良或不进行润滑的时候，比如轴、轴承、高压阀门的阀座、切削刀具等零件的工作中。
镍基高温合金的研究和应用
50当代化工研究 Chenmical I ntermediate技术应用与研究2017?07镇基高温合金的研究承*应用 *王睿 (江苏省常州市武进区前黄高级中学国际分校江苏213000) 摘要：镍基高温合金是通常以镍铬为合金基体，并根据具体需求加入不同的合金元素，从而形成的单一奥氏体基体组织。由于镍元素在 化学稳定性、合金化能力和想稳定性上的优势，镍基高温合金相对于铁基和钴基高温合金具有更优异的高温强度、抗疲劳性能、抗热腐蚀 性、组织稳定性等性能?经过几十年发展和完善，我国高温合金领域在合金设计方法、合金种类、冶炼和热处理工艺、工业化管理等方面 均取得了较大的进展，而凭借其独特的优势，镍基高温合金已经成为当代航空航天和燃气轮机工业中地位最重要的高温结构材料.本文主要从常见镍基高温合金分类、冶炼工艺和处理方式、强化机理以及合金化等方面，简要介绍了镍基高温合金的主要研究进展和实际应用。关鍵词：镍基高温合金；航空航天 中图分类号：T文献标识码：A Research and Application of Nickel - Based High Temperature Alloy WangRui (Qianhuang High School International Branch,Wujin District,Changzhou City,Jiangsu Province,Jiangsu,213000) Abstract: Nickel-base high-temperature alloys are usually made o f n ickel-chromium alloy and different alloy elements are added according to specific requirements, thus f orming a single austenitic matrix. Because o f t he advantages o f c hemical stability, alloying ability and relative stability of n ickel element, Nickel-base high-temperature alloys has more excellent high temperature strength, fatigue resistance, thermal p roperties, such as corrosion resistance, stability of t he organization. After decades of d evelopment and improvement, the high temperature alloys in China have made great p rogress in the aspects o f a lloy design methods, alloy types, smelting and h eat treatment p rocesses, industrialization management, etc. With their unique advantages, Ni - based superalloys have become the most important high temperature structural materials in the aerospace and gas turbine industries. In this paper, the main research progress and p ractical application o f n ickel-based superalloy are briefly introduced f rom the aspects o f classification, smelting p rocess and treatment, strengthening mechanism and alloying of c ommon Ni - based s uperalloys. Key words?nickel-base high-temperature alloys-, aerospace 1.引言 高温合金特指以镍、钴、铁或三者与铬的合金为基体，能够承受苛刻的机械应力和600°C以上高温环境的一类高温 结构材料。它一般具有较高的室温和高温强度、良好的抗蠕 变性能和疲劳性能、优良的抗氧化性和抗热腐蚀性能、优异 的组织稳定性和使用可靠性。 上个世纪50年代初，我国通过仿照前苏联，自主研制 并生产了出第一款高温合金GH3030,从而拉开了我国对于高 温合金研究和应用的序幕。20世纪60年代初，我国投入大量 人力和物力研究高温合金等军工领域用材料，许多高温合金 的研究和生产中心在此时得以建立，并且弓丨进了大量的科研 和检测设备。这一阶段，考虑到我国本身存在“缺钴少镍”的情况，因此我国在高温合金领域特别是铁基高温合金上取 得了前所未有的突破，研究和生产均出具规模，生产了诸如 GH4037、K417等多个牌号的高温合金。 但是由于基体本身化学和物理性质的原因，铁基高温合 金在多方面均远逊色与同成分的镍基高温合金，因此在改革 开放后，镍基高温合金逐渐成为我国高温合金研究和生产的 主体，通过全面紧扣镍原矿，引进欧美技术，我国在粉末镍 基高温合金，单晶镍基高温合金和定向凝固柱晶高温合金等 尖端领域均取得了重大突破，先后推出了 FGH系列粉末涡轮 盘材料，第一、二代单晶镍基高温合金DD402、DD26等。 本文主要从镍基高温合金常见分类、冶炼和制备工艺、强化机理和合金化、实际应用等几个方面来简要介绍了镍基 高温合金的研究发展。2.镍基高温合金的分类 镍基高温合金具有许多种类，通常按照成型工艺的不 同，将其分为铸造高温合金和变形高温合金。铸造高温合金 由铸造工艺制备，通常分为等轴晶、定向柱晶和单晶三种。而变形高温合金普遍由粉末工艺制备，分为粉末高温合金和 弥散强化型高温合金，通常具有良好的冷热加工性能和力学 性能。 ⑴粉末高温合金 利用粉末冶金工艺制造而成的高温合金称为粉末高温合 金。传统铸造-锻造工艺制成的高合金化高温合金，存在宏 观偏析严重、难于成型、疲劳性低等缺点，因此在工艺生产 中并未大规模使用。随着粉末工艺的推广，通过在真空或惰 性气体气氛下，以制粉工艺将高合金化难变形高温合金制成 细小粉末，再通过不同的成形法制成目标合金。由于晶粒细 小、成分均匀、微观偏析轻微，故相对于传统铸造合金，粉 末高温合金往往在热加工性能，屈服强度和疲劳强度等力学 性能上均得到较大提升。目前我国常用的粉末高温合金主要 有FGH系列等，其中80年代研制的FGH95是目前强度最高的粉 末尚温合金。 ⑵定向柱晶髙温合金 通过定向凝固技术，使得合金内的横向晶界被消除，制 备出只保留了平行于主应力轴的单一晶界的合金称为定向柱 晶高温合金。定向凝固柱晶工艺通过螺旋选晶器或籽晶法，只允许一个柱状晶生长，可制成消除一切晶界的单晶涡轮叶 片或导向叶片。定向柱晶高温合金具有优异的高温强度和屈