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，組織穩定，在980℃以下具有很好的高溫強度和耐熱腐蝕性能，持久強度可與Incone]713C相當。由于含鉻較高，抗熱腐蝕和抗氧化性能優于713C合金，可與Udime500相當.在應用于制造航空發動機和燃氣渦輪方面，它是一種綜合性能比較好的合金，使用溫度可達980℃,能滿足現代發動機的妾求，目前在Inconel合金系統中
規格：板，棒，帶，線，管，可定制
Inconel738鎳基合金
—、名稱
又名inconel738X
二、概述(由于圖片數據表格較多，如有需要可與墨鉅MOJU特殊鋼客服人員聯系索取)
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，組織穩定，在980℃以下具有很好的高溫強度和耐熱腐蝕性能，持久強度可與Incone]713C相當。由于含鉻較高，抗熱腐蝕和抗氧化性能優于713C合金，可與Udime500相當.在應用于制造航空發動機和燃氣渦輪方面，它是一種綜合性能比較好的合金，使用溫度可達980℃,能滿足現代發動機的妾求，目前在Inconel合金系統中，是引起大家重視的合金之一。
三、化學成分
表15.1化學成分，％
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，導向葉片，整體渦輪.
五、熱處理制度
固溶處理：1120℃，2小時,空泠.
時效處理：845℃,24小時，空冷.
六、物理化學性能
1.密度：8.11克/厘米
2.溶化溫度：1230—1315°C
3.熱膨脹系數
*15.2熱膨脹系數
試驗溫度，℃ | |
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
試驗溫度,℃ | 彈性模量 | 試驗溫度 | 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（靜止空氣申）抗氧化數據
合 會 | 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循環氧化
（在870℃的空氣中加熱22小時，2小時冷卻到室溫）
合金 | 1000小時失重，毫克/立方厘米 |
713C | 0.7 |
inconel738 | 14 |
（2）熱腐蝕
將inconel738合金在坩堝中、試驗臺和發動機上利用不同介質進行了大量熱腐蝕試驗，為了比較，同時列出幾個合金的熱腐蝕數據.
表15.6坩堝試驗，10%NACL+90%NA1SO4 930℃
合金 | 時間，小時 | 備 注 |
713C | 2—4 | 破壞 |
Udirnet500鑄造 | 40—100 | 嚴重腐蝕 |
inconel738 | 250—300 | 輕微腐蝕 |
表15.7坩堝試驗
（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 | 不同試驗時間后的失重，毫克/平方厘米 | ||||
32小時 | 64小時 | 136小時 | 250小時 | 500小時 | |
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（不同熔鹽比例），900°C,300小時
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） | 6 | 16 |
INCONEL738 | 7 | 14 |
表15.9燃氣腐蝕循環試驗
合金 | 表面損失，毫克 | 最大穿透深度，毫米 | 試驗條件 |
inconel738 | 3.3 | 0.48 | 柴油〈1%S）空氣/燃料=30 /1,5ppm海鹽，870°C,1000小時
|
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
|
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
|
*試樣被腐蝕完了.
表15.10燃氣腐蝕循環試驗
合金 | 表面損失，毫克 | 最大穿透深度，毫米 | 試驗條件 |
inconel738 | 3.3 | 0.38 | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海鹽，980°C,1000小時 |
713C | L30+* | 3.28+* | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海鹽，980°C,1000小時 |
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 |
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 |
*試樣被腐蝕完了.
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表15.11硫化腐蝕循環試驗
合金 | 重量損失、克 | 試驗條件 |
B1900 | 6.8 | jp-5R燃油，空氣/燃料=17/1, 3.5ppm海鹽，173小時 |
inconel738 | 2.5 | jp-5R燃油，空氣/燃料=17/1, 3.5ppm海鹽，173小時 |
Mar-M421 | 4.2 | jp-5R燃油，空氣/燃料=17/1, 3.5ppm海鹽，173小時 |
*一次循環：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
合 金 | 重畳損失,％ | 試驗條倍 |
inconel738 | 0.183 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小時 |
X-45 | 0.206 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小時 |
Udimet500（變形） | 0.143 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小時 |
表15.13體腐蝕讀驗
（試驗溫度為980℃，介質為流動的富H,S和SO,的氣體）
合金 | 失重，毫克/平方厘米'100小時 |
inconel738 | 310 |
713C | 770 |
Udimet700 | 1440 |
表15.14發動機試驗*
（試驗溫度為970℃，試驗時間45小時，介質中含0.75ppm海鹽）
合 金 | 等級** |
713C | 1 |
Mar-M246 | 1.1 |
TRWVIA | 1.4 |
235D | 1.9 |
inconel738 | 6.2 |
Udimet710 | 5.8 |
*循環一次為40分鐘（970℃，30分鐘，沖壓冷空氣10分鐘）
**713C抗腐蝕性為1,數字表示抗腐蝕性比713C髙出的倍數.
七、機械性能
1.不同溫度下的機械性能
（1）拉伸性能
表15.15鑄態試棒經熱處理
（1120℃,2小時，空冷+845℃,24小時，空冷）后的拉伸性能
試驗溫度，℃ | 拉伸強度，公斤/平方毫米 | 屈服強度（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 | 1000小時 | 500小時 | 1000小時 | 500小時 | 1000小時 | ||
細（3.175毫米或更細） | 7.7 | 6.0 | 4.1 | 2.8 | 1.8 | 1.9 | 1.4 |
粗（6.350毫米或更細） | 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)
（不同符號系引用不同文獻)
圖15.4 inconel738合金的米勒曲線
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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，但是穏定性提高了，分散度減小了.
3.冷熱現勞性能（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的冷熱疲勞數據（試樣為直徑16-25.4基米帶斜邊的盤，盤緣半徑為0,25臺米）.
合 金 | 到開始開裂的冷熱疲勞周期數 | ||
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.低循環疲勞性能
低循環軸向疲勞試驗是在經熱處理的試樣上進行的.光滑試樣是采取控制應變的方法，缺口（Kt=2.5）試樣是采取控制應力的方法,試驗結果見圖15-7.
合金經熱等靜壓處理可顯著改善精密鑄件低循環疲勞性能（對高循環疲勞性能的影響很?。?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 | 試驗溫度,℃ | 試驗類型 | 應力范圍，公斤/平方毫米 | 到破斷循環數 |
鑄態 | 705 | 低循環 | 1.26—56.2 | 6,443 |
熱等靜壓 | 705 | 低循環 | 1.26—56.2 | 48,813 |
鑄態 | 705 | 低循環 | 1.26—54.5 | 16,186 |
熱等靜圧 | 705 | 低循環 | 1.26—54.5 | 42,900 |
鑄志 | 705 | 低循環 | 1.26—52.7 | 15,496 |
熱等靜壓 | 705 | 低循環 | 1.26—52.7 | 164,405 |
鑄態 | 705 | 髙循環 | 31.6±10.5 | 58,000 |
熱等靜壓 | 705 | 高循環 | 31?6±10.5 | 28,000 |
鑄態 | 705 | 高循環 | 31.6±5.3 | - |
熱等靜壓 | 705 | 高循環 | 31.6±5.3 | - |
鑄態 | 705 | 高循環 | 31.6±4.2 | - |
熱等靜壓 | 705 | 高循環 | 31.6±4.2 | - |
八、工藝
通常采用真空熔煉和真空鑄造，澆鑄溫度應超過合金熔化溫度95—205℃，鑄模應預熱到815—980℃.根據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氣渦輪發動機生產中已廣泛應用，但是精密鑄件的質量對鑄造工藝的變化十分敏感，如果控制不當，會造成鑄件內部和表面缺陷，如宏觀縮孔，顯微疏松和熱裂等.為了獲得高質量的鑄件，近年來精密鑄造技術方面有一個很大發展，就是熱等靜壓（hot-isostatic prossure）技術在高溫合金精密鑄件上的應用，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間，以消除鑄件的內部和表面缺陷，使部件致密化.這種處理法包括溫度、時間和壓力三個參數，其中溫度、時間的影響較大.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.
合金一般不進行焊接.
九、組織
合金的鑄態組織中有γ，MC型碳化物和少量共晶γ′經1120℃,2小時,空冷加845℃小時，空冷標準熱處理后，組織中有粗大的γ′（0.5-1微米），細小的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′是鑄造時析出的，在1120℃固溶處理時沒有完全溶解，但發生聚化和長大.細小的℃是在845℃時效時析出的.除上述組分外，H.F.Merrick發現在該合金的粗大γ′的中心區域還析出一種細小彌散的未知相.以前Radavich等人在研究熱處理對復雜鎳基高溫合金的顯微組織的影響時曾發現某些合金的粗大γ′內也有這種類似的彌散相.他們認為這種相是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 .可以認為，Nb,Ta,Ti在γ′中能提高合金的反相疇界能，固溶體強度和失配度.Co能增加基體對Al和Ti的溶解度而強化合金.
圖15.8標準熱姓理后的電子顯微組織。 (由于圖片數據表格較多，如有需要可與墨鉅MOJU特殊鋼客服人員13472787990聯系索取)
γ′的固溶溫度為1150-1175℃，共晶γ′的固溶溫度為1205℃.
合金經長時間加熱后，γ′相聚化，加熱溫度愈高，時間愈長，這種現象愈明顯.在850℃加熱10,000小時后，γ′相最大達1.5微米.由于高溫長時間加熱，MC碳化物分解而晶界上的M23C6碳化物增多，同時在碳化物周圍形成γ′薄膜.
經750,850,950℃長期加熱（最長達10,000小時）均未發現σ相,這與按Woodyatt方法計算的電子空位數N值（2.18,2.19）所預測的結果是一致的.同時也未發現M6C碳化物，這與合金成分Mo+1/2/W＜6%而不產生M6C的經驗公式也是相符的.不同溫度下長期加熱后的組織見圖15.9.
根據試驗認為，電子空位數N。值應控制在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，但與含固溶強化元素較高的合金相比，γ'在高溫長期時效過程中易發生過時效軟化現象，所以，拉伸強度和屈服強度都下降得較多.例如,在950℃加熱10,000小時后，屈服強度降低45公斤/平方毫米。拉伸強度降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小時后，持久性能顯著惡化. (由于圖片數據表格較多，如有需要可與MOJU特殊鋼墨鉅人員13472787990聯系索取)
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 | 持久時間，小時 | 延伸率,％ | 面縮率，％ | |
溫度，℃ | 時間,小時 | |||
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 | |
*試驗條件：應力35.2公斤/平方毫米、溫度845℃.
十、用途
現代噴氣發動機的燃氣渦輪葉片，導向葉片和整體鑄造渦輪等.
參考文獻
略。
