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因科耐尔合金

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因科耐尔合金（Inconel）（又称因康镍合金、因科镍合金等）是SMC（Special Metals Corporation）国际超合金集团生产的奥氏体镍铬基高温合金系列商标。[1]

因科耐尔718圆棒

因科耐尔合金耐氧化、耐腐蚀的特性使其适用于高温高压的严苛环境。因科耐尔合金受热时，合金表面会钝化出一层又厚又稳定的氧化层，保护合金内部不受腐蚀。因科耐尔合金在很广的温度范围内能维持良好的机械性质，这点是常见的工程金属如钢、铝等所做不到的，这些常见工程金属只要遇上高温，往往晶体内就开始产生缺陷，进而导致严重蠕变。因科耐尔合金视型号不同，利用固溶强化或析出硬化的机制在高温下维持良好机械性质。[2][3]

因上段所述原因，因科耐尔合金普遍用于高温用途。而工程上有时简称因科耐尔合金为"Inco"。常见的因科耐尔625商标名包含： Inconel 625（英语：Inconel 625）, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 及 Nicrofer 6020等。[4]

历史

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因科耐尔合金系列最早于1940年代由英国赫里福德的威金斯合金厂（Wiggin Alloys）开发，以支持惠特尔喷射引擎的相关研究[5]，该厂后来被SMC国际超合金集团（英语：Special Metals Corporation）收购。[6]

化学组成

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不同型号的因科耐尔合金有着大不相同的化学组成，然而皆由镍为主成分，而铬占比第二。

Inconel 元素 (以重量百分比计，%)
镍 铬 铁 钼 铌 钴 锰 铜 铝 钛 硅 碳 硫 磷 硼
600[7] 72.0 14.0–17.0 6.0–10.0 1.0 0.5 0.5 0.15 0.015
617[8] 44.2–56.0 20.0–24.0 3.0 8.0–10.0 10.0–15.0 0.5 0.5 0.8–1.5 0.6 0.5 0.15 0.015 0.015 0.006
625[9] 58.0 20.0–23.0 5.0 8.0–10.0 3.15–4.15 1.0 0.5 0.4 0.4 0.5 0.1 0.015 0.015
690[10] 59.5 30 9.2 0.35 0.01 0.02 0.35 0.019 0.003
718[2] 50.0–55.0 17.0–21.0 余量 2.8–3.3 4.75–5.5 1.0 0.35 0.2–0.8 0.65–1.15 0.3 0.35 0.08 0.015 0.015 0.006
X-750[11] 70.0 14.0–17.0 5.0–9.0 0.7–1.2 1.0 1.0 0.5 0.4–1.0 2.25–2.75 0.5 0.08 0.01

性质

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因科耐尔合金耐氧化、耐蚀，适于高压高动能的环境。因科耐尔合金受热时表面钝化出厚而稳定的氧化层，保护合金内部使之不会氧化。因科耐尔不容易屈服于高温潜变或在高温下产生缺陷，能够在较广的温度范围下维持运作，相关的运算可以阿瑞尼斯方程式计算。视不同的因科耐尔合金型号，采取固溶强化或析出强化的策略在高温下维持机械强度。对采取析出强化或时效强化作为强化机制的这些因科耐尔合金而言，通常会加入少量的铌，以产生铌镍介金属γ"相（英语：Superalloy#Metallurgy of superalloys）Ni3Nb。γ"相会长成细小的正方晶，在高温下有效限缩滑移跟潜变的进行。[12]γ"相会随时间成长，尤其是暴露于850℃的热环境三小时后，并在暴露于热环境72小时后持续成长。[13]

因科耐尔合金各型号

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常见的因科耐尔合金合金型号如下:

  • Inconel 600: 固溶强化的材料设计概念。
  • Inconel 625: 耐酸，焊接性能良好。低周期疲劳（英语：Low-cycle fatigue）版本的Inconel 625通常用于波纹管。
  • Inconel 690: 钴含量较低，适于核能相关应用，而且电阻率较低[14]
  • Inconel 713C: 析出硬化的镍铬基铸造用合金[3]
  • Inconel 718: 带有γ"相强化相，焊接性能也不错[15]
  • Inconel 751: 添加较多铝含量，使其在870℃附近的高温范围有较好的破断强度。[16]
  • Inconel 792: 添加较多铝含量，使其在高温下有更加耐蚀，特别适于制造燃气涡轮
  • Inconel 939: 以γ'相强化增加焊接性能

以析出强化或时效强化为设计概念的因科耐尔合金种类，加铝或钛通常是为了产生面心立方的介金属γ'相Ni3Ti或Ni3Al。细小的γ'相在高温下会阻障滑移与潜变的进行。

参见

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参考文献

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  1. ^ High-Performance Alloys. Special Metals Corporation. [2010-04-26]. （原始内容存档于2012-12-08）. 
  2. ^ 2.0 2.1 INCONEL alloy 718 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Special Metals Corporation
  3. ^ 3.0 3.1 Alloy713C 337. [2017-03-23]. （原始内容存档于2015-09-02）. 
  4. ^ Special Alloys: Inconel 625. [2010-04-26]. （原始内容存档于2009-06-05）. 
  5. ^ Jones, T.L. Frank Whittle's W2B Turbojet: United Kingdom versus United States Development. EngineHistory.org. Aircraft Engine Historical Society, Inc. [27 March 2016]. （原始内容存档于30 March 2016）. 
  6. ^ Special Metals Corporation: History. [2012-05-18]. （原始内容存档于April 21, 2008）. 
  7. ^ INCONEL alloy 600 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Special Metals Corporation
  8. ^ hightempmetals.com （页面存档备份，存于互联网档案馆）, High Temp Metals
  9. ^ INCONEL alloy 625 Archive-It的存档，存档日期2009-02-26, Special Metals Corporation
  10. ^ Sui, G.; Titchmarsh, J.M.; Heys, G.B.; Congleton, J. Stress corrosion cracking of alloy 600 and alloy 690 in hydrogen/steam at 380 °C. Corrosion Science. 1997-03, 39 (3): 565–587 [2021-09-17]. doi:10.1016/S0010-938X(97)86103-3. （原始内容存档于2022-06-15） （英语）. 
  11. ^ INCONEL alloy X-750 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Special Metals Corporation
  12. ^ Inconel. www.chemeurope.com. [2021-09-17]. （原始内容存档于2022-06-11）. 
  13. ^ DoITPoMS - Full Record. www.doitpoms.ac.uk. [2021-09-17]. （原始内容存档于2022-06-11）. 
  14. ^ INCONEL alloy 690 （页面存档备份，存于互联网档案馆）, NDT Resource Center
  15. ^ ICOMold ICOMold Site – Your SUPER-powered WP Engine Site. gpiprototype.com. [2021-09-17]. （原始内容存档于2022-06-11）. 
  16. ^ INCONEL alloy 751 Archive-It的存档，存档日期2009-02-26, Special Metals Corporation
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