金属材料哈氏合金细节之处更加用心

哈氏合金(Hastelloy alloy)
一、引言
哈氏合金是镍基合金的一种，目前主要分为B、C、G三个系列，它主要用于铁基Cr-Ni或Cr-Ni-Mo不锈钢、非金属材料等无法使用的强腐蚀性介质场合，在国外已广泛应用于石油、化工、环保等诸多领域。其牌号和典型使用场合如下表所示。

为改善哈氏合金的耐蚀性能和冷、热加工性能，哈氏合金先后进行了三次重大改进， 其发展过程如下：

B系列 ：B → B-2(00Ni70Mo28) → B-3

C系列 ：C → C-276(00Cr16Mo16W4) → C-4(00Cr16Mo16) → C-22 (00Cr22Mo13W3) → C-2000(00Cr20Mo16)

G系列 ：G → G-3（00Cr22Ni48Mo7Cu） → G-30(00Cr30Ni48Mo7Cu)

目前使用广泛的是第二代材料N10665(B-2)、N10276(C-276)、N06022(C-22)、N06455(C-4)和N06985(G-3)。第三代材料N10675(B-3)、N10629(B-4)、N06059(C-59)处于推广阶段。由于冶金技术的进步，近年来出现了多个牌号的含~6%Mo的所谓“超级不锈钢”，替代了G系列合金，使得G系列合金的生产和使用迅速下降。
三、力学性能
哈氏合金的力学性能非常突出，它具有高强度、高韧性的特点，所以在机加工方面有一定的难度，而且其应变硬化倾向极强，当变形率达到15%时，约为18-8不锈钢的两倍。哈氏合金还存在中温敏化区，其敏化倾向随变形率的增加而增大。当温度较高时，哈氏合金易吸收有害元素使它的力学性能和耐腐蚀性能下降。

镍基合金，特别是沉淀强化型合金含有较高的铝、钛等合金元素。通常采用真空感应炉熔炼，并经真空自耗炉或电渣炉重熔。热加工采用锻造、轧制工艺，对于高合金化合金，由于热塑性差，则采用挤压开坯后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压工艺。铸造合金通常用真空感应炉熔炼母合金，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。
变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet 500合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；一次时效处理，843℃，24小时，空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。

涡 是航空发动机上一个十分重要的关键零件。涡 工作温度虽然比叶片低，但工作环境异常复杂，且在轮心、轮缘、榫齿、槽底和腹板等各部位所受应力、温度、介质作用程度都不同。因此，对涡 材料性能提出如下典型要求：高的屈服强度；足够的塑性储备；足够的蠕变、持久强度和塑性；高的疲劳强度和低周疲劳性能；良好的耐腐蚀性、组织稳定性与可加工性。一句话，材料的综合性能要好。
涡 用材料大部分是沉淀强化的铁基或镍基变形高温合金，一些盘件开始采用粉末高温合金制备，但是从制备工序、成本等角度考虑，粉末高温合金涡 无法替代变形高温合金涡 。 [1]

航空发动机用的机匣、转子封严环和蜂窝环零件国内外较多地采用低膨胀高温合金制备。低膨胀合金是发动机实现间隙控制技术，减少燃气损失和提高热效率不可替代的功能结构材料。低膨胀高温合金的特点是综合性能好、强度较高、膨胀系数低、弹性模量几乎恒定，在约380℃(居里点)以下至室温，合金热膨胀系数几乎为常量。因此，采用低膨胀高温合金制备的压气机匣在飞机巡航飞行时，有利于间隙的封严，提高压气效率，加大推力。我国研制的低膨胀高温合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我国新研制的GH4783是一种抗氧化新型低膨胀高温合金，膨胀系数比GH4169合金低20%，密度比GH4169低20%，只有7.789/cm3，工作温度可达750℃。对应的美国牌号的Inconel783合金已被用作F-22战斗机用发动机F119-PW的各种环形件。

我国应用的板材变形合金主要有20多个牌号。它们的共同特点是塑性好，具有中等强度，焊接性能优异，还有较好的抗氧化和抗腐蚀性能。主要用于制作发动机动力装置的燃烧室、加力燃烧室、飞机机尾罩、导流罩、衬筒和军用卫星毛细管等。航空发动机燃烧室零件大多采用固溶强化合金制造。近期，发动机生产中为了减轻结构重量，采用时效强化的板材合金来制造燃烧室零件，取得了良好效果。采用时效强化的变形高温合金制造加力燃烧室壳体，可大幅度减轻发动机重量，但其成形和焊接比固溶强化合金要困难。
此外，在航空发动机中，变形高温合金还用于制备涡轮轴、涡轮叶片等。随着先进航空发动机推重比的进一步提高，燃烧室入口温度和出口温度大幅提高，必须采用耐更高温度的新合金材料。需求牵引。因此，变形高温合金必须加大研究力度，进一步提高性能，满足我国先进航空发动机的研制需要。 [1]
发展前景编辑
变形高温合金不但是我国生产和研制新型航空发动机需要的重要材料，而且在舰船制造、工业燃气轮机、航天飞行器、火箭发动机、核反应堆和化学工业等领域应用广泛，是一种十分重要的高温材料。当前，变形高温合金总体上向承温更高、精密成形和低成本方向发展。通过不断挖掘合金潜力，采用新技术、新工艺，可大幅提高变形高温合金材料的质量和性能，满足我国先进航空发动机的需求。须加大研究力度，进一步提高性能，满足我国先进航空发动机的研制需要。 [2]

 

不锈钢牌号：301
不锈钢特性：与 304 钢相比，Cr 和 Ni 含量较低，冷加工时抗拉强度和硬度增高。无磁性，但冷加工后有磁性。
不锈钢用途：列车、航空器、传送带、车辆、螺栓、螺母、弹簧、筛网等。
 不锈钢牌号：301L
不锈钢特性：在 301 钢基础上，降低C含量，改善焊口的抗晶界腐蚀性；通过添加N元素来弥补含C量降低引起的强度不足，保证钢的强度。
不锈钢用途：铁道车辆构架及外部装饰材料。
 不锈钢牌号：303
不锈钢特性：在304成分基础上添加了S，切削性能好，防腐性能没有304好。
不锈钢用途：要求易切削和表面光洁度高的场合，尤其适宜自动车床使用，可加工成螺栓和螺母等。
 不锈钢牌号：303Cu
不锈钢特性：在303的基础上加了Cu，切削性与成形性优于303。
不锈钢用途：与303相同。自动车床使用，要求切削性与表面光洁度的场合。
 不锈钢牌号：304
不锈钢特性：不锈钢中普遍的钢种。具有良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196℃~800℃）。
不锈钢用途：用途非常广泛，家庭用品，汽车配件，医疗器具，建材，化学，食品工业，农业，船舶部件等。
 不锈钢牌号：304L
不锈钢特性：作为低C的304钢，在一般状态下，其耐蚀性与304刚相似，但在焊接后或者应力后，其抗晶界腐蚀能力；在未进行热处理的情况下，亦能保持良好的耐蚀性，使用温度-196℃~800℃。
不锈钢用途：需要高耐粒界腐蚀性的化学、煤炭、石油产业设备、建筑材料、耐热部件及不易热处理的部件。
 不锈钢牌号：304Cu
不锈钢特性：304的基础上添加了Cu，提高了抗菌性及成型性，有利于需要卫生观念的环境及深加工产品。
不锈钢用途：保温瓶、厨房洗涤槽、锅、壶、保温饭盒、门把手、纺织加工机器。
 不锈钢牌号：304H
不锈钢特性：在304钢的基础上，提高含碳量，冷轧加工时强度有所提高。
不锈钢用途：多用于线材。钓鱼钩等。
 不锈钢牌号：304N
不锈钢特性：在304的基础上加了N，提高了钢的强度。
不锈钢用途：适用于对冷成型性要求高的场合，如泵轴、船轴等。
 不锈钢牌号：316
不锈钢特性：在304成分基础上添加了Mo，耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用；加工硬化性优（无磁性）。
不锈钢用途：海水里用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料等生产设备；照像、食品工业、沿海地区设施、绳索、CD杆、螺栓、螺母等。
 不锈钢牌号：316L
不锈钢特性：作为 316 钢种的低 C 版本，除与 316 钢有相同的特性外，其抗晶界腐蚀性优。
不锈钢用途：316钢的用途中，对抗晶界腐蚀性有特别要求的产品。