鎳基合金是指在650~1000℃高溫下有較高的強度與一定的抗氧化腐蝕能力等綜合性能的一類合金。按照主要性能又細分為鎳基耐熱合金,鎳基耐蝕合金,鎳基耐磨合金,鎳基精密合金與鎳基形狀記憶合金等。高溫合金按照基體的不同,分為:鐵基高溫合金,鎳基高溫合金與鈷基高溫合金。其中鎳基高溫合金簡稱鎳基合金。
主要合金元素是銅、鉻、鉬。具有良好的綜合性能,可耐各種酸腐蝕和應力腐蝕。最早應用(1905年美國生產)的是鎳銅(Ni-Cu)合金,又稱蒙乃爾合金(Monel合金Ni 70 Cu30);此外還有鎳鉻(Ni-Cr)合金(就是鎳基耐熱合金,耐蝕合金中的耐熱腐蝕合金)、鎳鉬(Ni-Mo)合金(主要是指哈氏合金B(yǎng)系列)、鎳鉻鉬(Ni-Cr-Mo)合金(主要是指哈氏合金C系列)等。與此同時,純鎳也是鎳基耐蝕合金中的典型代表。這些鎳基耐蝕合金主要用于制造石油,化工,電力等各種耐腐蝕環(huán)境用零部件。
鎳基耐蝕合金多具有奧氏體組織。在固溶和時效處理狀態(tài)下,合金的奧氏體基體和晶界上還有金屬間相和金屬的碳氮化物存在。
鎳基合金中常見的元素主要有:
鎳 Ni
提供冶金穩(wěn)定性、提高熱穩(wěn)定性和可焊性、提高對還原性酸和苛性鈉的抗腐蝕性、提高尤其是在氯化物和苛性鈉環(huán)境中的抗應力腐蝕開裂性能。
鉻Cr
固溶強化作用、鈍化作用;提高耐蝕性能和抗高溫氧化性能;富余的鉻容易與碳、硼形成碳化鉻、硼化鉻硬質相從而提高合金硬度和耐磨性。
鉬 Mo
原子半徑大,固溶后使晶格發(fā)生大的畸變,顯著強化合金基體,提高基體的高溫強度和紅硬性;可以切斷、降低涂層中的網狀組織;提高抗氣蝕、沖蝕能力。
鐵 Fe
提高對高溫滲碳環(huán)境的抵抗性、降低合金成本、控制熱膨脹。
銅 Cu
提高對非氧化性酸的耐蝕性。
鋁 Al
提高高溫抗氧化性、提升時效硬化。
鈦 Ti
與碳結合,減少了熱處理時發(fā)生碳化鉻沉淀造成的晶間腐蝕、提升時效強化。
鈮 Nb
與碳結合,減少了熱處理時發(fā)生碳化鉻沉淀造成的晶間腐蝕、提高抗點蝕、間隙腐蝕性能、提高高溫強度。
鎢 W
提高抗還原性酸和局部腐蝕的性能、提高強度和可焊性。
氮 N
提高冶金穩(wěn)定性、提高抗點蝕、間隙腐蝕性能、提高強度。
鈷 Co
提供增強的高溫強度、提高抗碳化、抗硫化性能。
這些合金元素中很多都可以與鎳在很寬的成分范圍內結合形成單相固溶體,保證合金在很多腐蝕條件下都具有良好的抗腐蝕性。合金在完全退火的狀態(tài)下,也具有良好的力學性能,而無需擔心制造加工或熱加工中帶來的有害的冶金變化。很多高鎳合金可以通過固溶硬化、碳化物沉淀、沉淀(時效)硬化和彌散強化等方式提高強度。