上海雄鋼特種合金有限公司

Inconel718高溫合金是一種沉淀強(qiáng)化的鎳基高溫合金，在700℃具有較高的抗拉強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、蠕變強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，廣泛用于制備航空航天領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)零件以及渦輪葉片和輪盤。

Inconel718合金的基本相組成為:基體γ相、彌散γ″相、γ相、δ相以及少量的TiN和NbC。其中，γ”相是合金的主要強(qiáng)化相，γ”相是合金的輔助強(qiáng)化相。γ強(qiáng)化相的形成主要與Al和Ti的含量有關(guān)。用電渣重熔法冶煉Inconel718合金時(shí)，必須嚴(yán)格控制氧含量，以避免Al和Ti的燒損。

在Inconel718合金的鑄態(tài)組織中，Cr元素具有負(fù)偏析傾向，并富集在首先凝固的枝晶軸區(qū)域。Ti和Nb元素表現(xiàn)出強(qiáng)烈的正偏析傾向，凝固后富集在枝晶間區(qū)。而其他元素的偏析現(xiàn)象并不明顯，它們相對均勻地分布在整個(gè)晶體中。均勻化熱處理顯著降低了元素的偏析程度。隨著均勻化溫度和時(shí)間的提高，主要偏析元素的偏析程度進(jìn)一步降低，強(qiáng)化相形成元素Nb、Ti在合金中的分布更加均勻，更有利于后續(xù)時(shí)效熱處理過程中γ”強(qiáng)化相的析出。

Inconel718合金在980、1000和1020℃高溫保溫過程中δ相含量的變化。在高溫保溫過程中，隨著保溫時(shí)間的延長，δ相含量逐漸減少；隨著溫度的升高，δ相的溶解速度明顯加快，達(dá)到溶解平衡的時(shí)間縮短。當(dāng)溫度保持在980℃時(shí)，離δ相完全溶解溫度較遠(yuǎn)，溶解速度較慢。保溫30min后，δ相含量基本保持不變，約為3%，接近溶解平衡。保溫6小時(shí)后仍有一定量的δ相存在。當(dāng)溫度保持在1000℃時(shí)，δ相的溶解速度加快；保溫2小時(shí)后，δ相含量小于1%；保溫6小時(shí)后仍有少量δ相存在，約為0.6%，表明δ相的完全溶解溫度略高于1000℃。當(dāng)溫度為1020℃時(shí)，溶解速度較快，保溫30min后，δ相含量急劇下降。1小時(shí)后幾乎完全溶解。可以看出，δ相的溶解過程對溫度非常敏感，溫度不僅決定了溶解速度，也決定了溶解平衡時(shí)δ相的含量。

在Inconel718高溫合金氧化初期，Cr、Ni等合金元素會(huì)表現(xiàn)出明顯的快速氧化現(xiàn)象，在合金外層氧化層會(huì)形成富含Ni和Fe、Cr的Cr2O3、Fe2O3、NiO等復(fù)合氧化物。在氧化初期，Cr2O3和NiO會(huì)形成尖晶石結(jié)構(gòu)的氧化物，在氧化初期合金表面會(huì)形成致密的氧化層，使合金具有一定的抗氧化性。隨著氧化時(shí)間的增加，氧元素向內(nèi)擴(kuò)散，合金氧化加劇，Ni氧化物和Ti氧化物含量逐漸增加。由于高溫下Ti氧化物致密性差，合金表面的孔隙增多，氧活度高的Ti元素開始從合金基體內(nèi)部向外擴(kuò)散，在中間氧化層和外層氧化層發(fā)生氧化反應(yīng)，形成TiO2。TiO2的形成會(huì)使氧化層更加疏松，隨著TiO2的形成，會(huì)出現(xiàn)孔隙，更有利于氧通過合金氧化層的這些孔隙擴(kuò)散到合金中，加快合金的氧化速度，加劇合金的氧化。隨著時(shí)間的推移，氧向內(nèi)擴(kuò)散，沿晶界擴(kuò)散到基體中，并與Al結(jié)合，在合金基體上形成一些不規(guī)則的條狀A(yù)l2O3氧化物。這種氧化物的出現(xiàn)增加了合金基體表面和氧之間的接觸面積，這進(jìn)一步加快了合金的氧化速率。