镍基高温合金
以镍为基（含量一般大于50%），范围在650~1000
高温合金具有高强度和良好的抗氧化和气体腐蚀能力。
发展历程 镍基高温合金（以下简称镍基合金）于20世纪30年代末发展起来。 英国于1941年首先生产镍基合金Nimonic 75（Ni-20Cr-0.4Ti）； 为了提高蠕变强度，添加了铝，开发了Nimonic 80（Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al）。 20世纪40年代中期的美国、1940年代末的苏联和20世纪50年代中期的中国也开发了镍基合金。 镍基合金的发展包括合金成分的改进和生产工艺的创新两个方面。 20世纪50年代初，真空熔炼技术的发展为精炼含高铝、钛的镍基合金创造了条件。 早期的镍基合金大多数是变形合金。 20世纪50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金具有更高的高温强度。 然而，当合金的强度很高时，就很难甚至不可能变形。 因此，采用熔模铸造技术开发了一系列性能良好的合金。 高温强度铸造合金。 20世纪60年代中期，开发了定向结晶和单晶高温合金以及性能更好的粉末冶金高温合金。 为了满足船舶和工业燃气轮机的需要，20世纪60年代以来，开发了一批具有良好热腐蚀性能和稳定结构的高铬镍基合金。 从20世纪40年代初到1970年代末约40年间，镍基合金的工作温度从700℃
提升至1100
，平均每年增加10个
关于。 镍基高温合金的发展趋势如图1所示【镍基高温合金的发展趋势】
。
成分与性能镍基合金是应用最广泛的高温合金，具有最高的高温强度。 主要原因是：第一，镍基合金可以溶解更多的合金元素，保持更好的结构稳定性； 其次，它们可以形成连贯且有序的A
B型金属间化合物γ
[你
(Al,Ti)]相作为强化相，有效强化合金，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度； 第三，含铬镍基合金比铁基高温合金具有更高的耐温性能。 良好的抗氧化和气体腐蚀能力。 镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗氧化、防腐蚀作用，其他元素主要起强化作用。 按强化方式可分为：固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬、钒等； 沉淀强化元素，如铝、钛、铌、钽； 晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等（见金属强化）。
镍基高温合金按强化方法分为固溶强化合金和沉淀强化合金。
固溶强化合金具有一定的高温强度，良好的抗氧化、热腐蚀、抗冷热疲劳性能，以及良好的塑性和焊接性。 可用于制造工作温度较高、应力较小的产品（公斤力每平方毫米，见表1【固溶强化镍基高温合金的成分与性能】
）部件，例如燃气轮机的燃烧室。
沉淀强化合金通常采用固溶强化、沉淀强化和晶界强化三种强化方法的组合。 因此，它们具有良好的高温蠕变强度、抗疲劳性、抗氧化性和抗热腐蚀性，可用来制造能承受高温应力的制品。 高（每平方毫米受力十几公斤，见表2【沉淀强化镍基高温合金的成分与性能】
）零件，如燃气轮机涡轮叶片、涡轮盘等（图2【燃气轮机涡轮零件】
）。
此外，镍基合金还可用作航天器、火箭发动机、核反应堆、石油化工和能源转换设备中的高温部件。 在现代飞机发动机中，涡轮叶片几乎全部由镍基合金制成。
组织镍基合金的显微组织特征和发展如图3所示【镍基高温合金的组织和性能的发展】
除奥氏体基体外，基体中还弥散有γ。
相、晶界上的二次碳化物以及凝固时析出的一次碳化物、硼化物等。随着合金化程度的增加，其显微组织的变化有以下趋势：γ
相数逐渐增多，尺寸逐渐增大，由球形变为立方体。 同一合金中出现不同尺寸和形状的γ。
相互。 在铸造合金中，凝固过程中也会出现γ+γ。
共晶、不连续粒状碳化物在晶界处析出，呈γ
被相膜包围
这些结构的变化改善了合金的性能。
现代镍基合金的化学成分比较复杂，合金的饱和度很高。 因此，要求严格控制各合金元素（特别是主要强化元素）的含量，否则在使用过程中容易析出σ等有害相。 、μ相（图4【镍基高温合金中的σ相（针状相）】
），损害合金的强度和韧性。
镍基铸造高温合金已开发出定向结晶涡轮叶片和单晶涡轮叶片（图5【镍基铸造高温合金的低倍组织与蠕变性能a常规铸造等轴晶b定向结晶柱状晶c单晶】
[水晶]
）。 定向结晶叶片消除了对空洞和裂纹敏感的横向晶界，使所有晶界平行于应力轴，从而提高了合金的性能。 单晶刀片消除了所有晶界，不需要添加晶界强化元素，相对提高了合金的初始熔化温度，从而提高了合金的高温强度，进一步改善了合金的综合性能。
生产工艺镍基合金，特别是沉淀强化合金，含有铝、钛等较高合金元素。 通常在真空感应炉中熔炼，在真空自耗炉或电渣炉中重熔。 热加工采用锻造和轧制工艺。 对于高合金合金，由于热塑性较差，采用挤压后轧制或直接挤压加低碳钢（或不锈钢）护套。 铸造合金通常采用真空感应炉熔化中间合金，并采用真空重熔-精密铸造来制造零件。
变形合金和部分铸造合金需要进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理。 以Udmet 500合金为例，其热处理制度分为四个阶段：固溶处理、1175
，2小时，风冷； 中间处理，1080
，4小时，风冷； 一次时效处理，843
，24小时，风冷； 二次时效处理，760
，16小时，空气冷却。 以获得所需的组织地位和良好的综合绩效。
参考书目
W.Betteridge、J.Heslop，《尼莫合金》，第二版，Edward Arnold，伦敦，1974 年。
CTSims、WCHagel，《超级合金》，John Wiley & Sons，纽约，1972 年。
