Inconel 706(簡寫為IN 706)是一種沉淀強(qiáng)化的Ni-Fe-Cr基合金。它具有合理的化學(xué)配比、冶金缺陷少、成分偏析低、加工性能優(yōu)異、成本低廉等特點(diǎn)，因而用它能夠生產(chǎn)出大尺寸及超大尺寸的高溫合金產(chǎn)品以滿足重工業(yè)的需要。另外，該合金在700℃具有較高的強(qiáng)度，而且在較寬的溫度及介質(zhì)范圍內(nèi)具有良好的抗氧化、耐腐蝕的能力，因此具有很大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。

隨著渦輪發(fā)動機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)及核工業(yè)等的迅速發(fā)展，越來越需要大尺寸的高溫合金產(chǎn)品。這引起了兩個(gè)問題，一是大尺寸鑄錠的元素偏析及各種冶金缺陷的控制，二是其加工成型技術(shù)。以往的鎳基高溫合金如IN 718很難滿足這種要求，因此70年代由美國國際鎳公司研制了一種新型的Ni-Fe基高溫合金IN 706,其基本物理性能列于表1。該合金被認(rèn)為是重工業(yè)高溫合金領(lǐng)域最有前景的材料之一[1],為此1994年在美國專門召開了一次關(guān)于該合金的國際會議，由此可看出人們對它的新的研究高潮正在形成，但這種材料目前在國內(nèi)研究得還較少。本文綜述該合金在國外的最新研究成果。

2合金的成分及相轉(zhuǎn)變

自70年代該合金創(chuàng)立以來，其成分變化很小，表2給出了該合金的標(biāo)準(zhǔn)成分范圍[2]。IN 706合金之所以受到人們的青睞，就是因?yàn)樗哂辛己玫囊苯鹦阅芎图庸ば阅埽@又直接與成分密不可分。與IN 718合金相比，其Nb、Ni含量有所降低。Mo元素被取消，同時(shí)增加了Ti的含量等，所有這些成分的改變都直接影響該合金的冶金、加工及力學(xué)性能等[4~6]。為此需要對合金成分進(jìn)行研究。

Nb、Ti元素：它們是臺金中主要的強(qiáng)化相形成元素，對合金的性能起著關(guān)鍵性的作用。試驗(yàn)證明，必須恰當(dāng)?shù)乜刂?Ti+Nb)含量及Ti/Nb的比值。當(dāng)(Ti+Nb)總量由3.99%增至4.77wt%時(shí)，合金硬度和強(qiáng)度增大，持久壽命及斷裂韌性也增加，但(Ti+Nb)總量超過4.81%時(shí)，室溫塑性降低，持久斷裂韌性也降低，這是因?yàn)門i/Nb比值小，它影響析出物的形狀、大小及分布，從而影響性能。為此，(Ti+Nb)總量應(yīng)控制在4.7%左右，并且Ti/Nb比值為0.68左右，這樣可獲得較好的綜合性能。之所以要降低IN 706合金中的Nb含量，是因?yàn)樗菑?qiáng)烈的點(diǎn)偏形成元素，這是基于點(diǎn)偏是由富Nb、Mo的laves相造成的。

Al元素：它是Ni?(Al、Ti、Nb)相(也稱為γ'相)的主要形成元素之一。在IN 706合金中，Al含量比IN 718減少了0.2%左右，其目的是提高機(jī)械加工性能和焊接性能。Al含量的降低導(dǎo)致不同熱處理時(shí)，Y相的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。如在Al含量低于0.2%情況下，當(dāng)合金處于輕微時(shí)效狀態(tài)時(shí)，Y結(jié)構(gòu)為體心四方，通常用Y"表示。它對位錯(cuò)的阻礙作用比面心立方的Y相強(qiáng)些，而且沉淀時(shí)臨界質(zhì)點(diǎn)尺寸小，所以室溫強(qiáng)度高。而隨合金中Al含量增加，面心立方的Y結(jié)構(gòu)就成為析出相的主要結(jié)構(gòu)，在這種情況下，Y的點(diǎn)陣常數(shù)、堆垛密排結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的同時(shí)，析出質(zhì)點(diǎn)的臨界尺寸增大，這降低了對位錯(cuò)運(yùn)動的阻礙作用，使強(qiáng)度下降。試驗(yàn)證明，Al含量在0.2～0.4%范圍內(nèi)，對IN 706合金是合適的。

Si元素：它直接影響著laves相，標(biāo)準(zhǔn)中給出的Si含量為0.35wt%以下，但在這個(gè)范圍的上限會有l(wèi)aves相形成，這時(shí)往往在晶界形成網(wǎng)狀的laves相，并導(dǎo)致夏比沖擊韌性大大降低。為此應(yīng)控制Si含量在0.1%以下，這會有效地阻止laves相的形成。

C元素：C元素的含量影響著材料的韌性和加工性能。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C含量從0.03%降至0.01wt%時(shí)，夏比沖擊韌性值會增大[1]。降低C含量也會因減少碳化物的形成而改善加工性能。

O、N元素：它們直接影響著合金中白點(diǎn)的形成，因?yàn)榘c(diǎn)是Nb、Ti的貧化區(qū)，而這些區(qū)域總是富集了大量的O、N元素。試驗(yàn)證明，降低O、N含量會降低白點(diǎn)的形成，從而使低周疲勞性能提高。另外，降低O、N含量也會限制氧化物和氮化物雜質(zhì)團(tuán)的形成。為了降低這些影響，其含量應(yīng)低于50wt ppm。

對IN 706合金而言，其主要的沉淀相如表3所列。而它們的轉(zhuǎn)變溫度一時(shí)間一轉(zhuǎn)變量關(guān)系曲線如圖1所示。其中MC的沉淀析出線與材料的退火處理工藝有關(guān)。

Y'相：它是一種L2型的有序面心立方結(jié)構(gòu)相(a=3.57A)。其基本成分為Ni?(Ti,

Nb),是IN 706合金最主要的時(shí)效強(qiáng)化相，析出溫度范圍為540～870℃,其中在760℃析出速度最快。它一般以顆粒狀形式存在于基體中。

γ"相：它是一種BCT有序結(jié)構(gòu)相?；境煞譃镹i?Nb,最佳的析出溫度范圍是760～816℃。一般在富Nb的部位以細(xì)小盤狀析出。它也是一種有效的強(qiáng)化相。

η相：它是一種DO24型的有序密排六方結(jié)構(gòu)相?；境煞譃镹i?(Ti,Nb),其析出溫度范圍是760～950℃。一般在晶界以細(xì)小片層狀析出，在晶內(nèi)以片層狀析出，如果觀察其橫切面則呈現(xiàn)桿狀。只有當(dāng)Y和Y"相溶解時(shí)，η相的片層才會增厚。如果在1120℃固溶處理則只有在晶內(nèi)才會有η相析出，如果在980℃固溶處理則在晶界和晶內(nèi)都會有η相析出。

δ相：它是一種正交相。其基本成分為Ni?(Nb,Al)。它在IN 706合金中的析出速率極慢，即使在沉淀速度最快的913℃也需要幾十小時(shí)才能形成。不論合金能量狀態(tài)如何，δ相總是在晶界以球狀或長軸平行于晶界的片狀析出。

MC型碳化物：它是一種立方結(jié)構(gòu)相(a=4.43A),其析出溫度范圍為580～1000℃,主要以細(xì)小彌散的顆粒狀分布在基體中。但如果是完全固溶態(tài)，則它有可能分布在晶界上。

3IN 706合金的基本性能

3.1力學(xué)性能

表4給出了IN 706、IN 718、A-286、Incoloy 901四種合金力學(xué)性能的對比。從該表可以看出，IN 706的性能高于A-286和Incoloy 901,而與IN 718合金相近。特別是它的650℃持久強(qiáng)度要明顯高于A-286和Incoloy 901,而與IN 718的一致。

由于IN 706合金主要用于制造大尺寸部件，因此有人測試了直徑為600mm的鍛件的力學(xué)性能[3]。表5給出了室溫下的拉伸和沖擊性能數(shù)據(jù)，并給出了專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。圖2給出了在不同溫度下的力學(xué)性能的變化情況。

由表5和圖2可以看出，該合金具有良好的室溫和高溫力學(xué)性能。還可看出邊緣部分的強(qiáng)度要比中心部位的低些，而拉伸塑性和沖擊吸收功則高些，但不是特別明顯，這可能與變形程度不均勻所造成的晶粒度不均勻有關(guān)。但從表5可以知道它們都大于AMS給出的數(shù)據(jù)。

3.2?波劣性能

圖3給出了鍛造態(tài)IN706合金徑向低周循環(huán)次數(shù)和總應(yīng)變量之間的關(guān)系曲線，其加載應(yīng)變速率為0.2%s-1。圖4給出了應(yīng)力和循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。試驗(yàn)是在室溫下利用循環(huán)彎曲方法進(jìn)行的[3]。

3.3斷裂韌性

表6給出大型鍛件的邊緣、中心及1/2半徑處的斷裂韌性值。

4材料的冶煉及加工

4.1材料的冶煉

一種材料的發(fā)展是與冶煉手段和工藝方法密切相關(guān)的。早期的IN 706合金主要采用真空感應(yīng)(VIM)和電渣重熔(ESR)以及真空感應(yīng)和真空自耗(VAR)重熔兩種工藝冶煉(稱為二段工藝)。利用二段工藝可以得到直徑為610mm、長為2286mm,總重達(dá)5310kg的鑄錠。但經(jīng)常在頭部和尾部出現(xiàn)冶金缺陷。為了生產(chǎn)更大而且無冶金缺陷的鑄錠，采用了三段冶煉工藝，即VIM+ESR+VAR,采用該工藝可以得到直徑為1016mm,重量達(dá)14850kg的鑄錠，而且冶金質(zhì)量良好，消除了在二段工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的白斑等[1]。在該三段冶煉工藝中，VIM工藝給出了雜質(zhì)含量少.成分控制精確的一次錠。通過ESR工藝可以進(jìn)行材料的精煉，并且能得到一個(gè)更大直徑的電極。通過VAR工藝可消除各種冶金缺陷，這是由于VAR的熔池淺，能避免形成與偏聚有關(guān)的缺陷。

4.2材料的鍛造

IN 706合金由于合金元素的合理配置，因而具有良好的鍛造性能。圖5給出了IN706合金在不同溫度下的最大變形量。由該圖可以看出，在850～1150℃材料具有良好的鍛造性能。由于材料的性能直接受鍛造工藝的影響，因此，IN 706合金的鍛造溫度宜選在1000～1100℃范圍內(nèi)，終鍛溫度應(yīng)低于再結(jié)晶溫度(950℃),這樣可使δ/η相在晶界析出，強(qiáng)化晶界，而又不發(fā)生再結(jié)晶。最后一火的熱變形量應(yīng)大于臨界變形度(15%),這可得到細(xì)小均勻的晶粒。

4.3?材料的熱處理

對于IN 706合金有兩種商用熱處理工藝。一種是提高室溫強(qiáng)度和延伸率的工藝，包括：980℃/1h,AC+718℃/8h,FC(55℃/h)至620℃/8h,AC。采用這種工藝，在高溫下得到細(xì)小均勻的γ"/γ'沉淀相，而在爐冷和較低的溫度保持時(shí)，會使這些相變得更加穩(wěn)定，同時(shí)出現(xiàn)一些新相。另一種工藝是提高高溫性能和蠕變性能的工藝，它包括：980℃/1h,AC+843℃/3h,AC+718℃/8h,FC(55℃/h)至621℃/8h,AC。這個(gè)工藝與上一種工藝相比，增加了843℃/3h,AC穩(wěn)定化處理，這個(gè)溫度處于Y'/γ"溶解度曲線附近，使合金在晶界上產(chǎn)生不連續(xù)的η相，正是這種相增強(qiáng)了高溫缺口韌性。

4.4加工性能

IN 706合金具有優(yōu)異的冷加工及機(jī)械加工性能，這也是它與同類性能高溫合金相比所具有的最突出的特點(diǎn)之一，這與它的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)密不可分。對比IN 706合金與304L不銹鋼、IN718合金的冷加工硬化特征曲線得知，IN706合金的加工硬化率高于304L型不銹鋼，但低于IN 718合金。

就機(jī)械加工性能而言，IN 706合金和IN718合金在同樣處理狀態(tài)下，前者可以用更高的切削速度和更小的功率進(jìn)行切削。

5應(yīng)用

隨著對大功率渦輪發(fā)動機(jī)的需要越來越強(qiáng)烈，人們非常希望生產(chǎn)出更大尺寸的渦輪盤及其零部件。90年代中期，美國GE公司率先研制一種稱為"F"級的新型發(fā)動機(jī)，其燃燒室溫度達(dá)1260℃,這就對其中最關(guān)鍵的渦輪盤材料提出了新的要求，即不僅要求材料具有良好的高溫性能，而且應(yīng)具有較大尺寸產(chǎn)品的生產(chǎn)可行性。商業(yè)上能夠滿足這種條件的最適合的材料是IN 718和IN 706。盡管IN 718比IN 706的高溫性能要好些，但同時(shí)還應(yīng)考慮到加工性能。由于渦輪盤尺寸較大，因而要求鑄錠直徑尺寸應(yīng)大于760mm,否則在鐓粗時(shí)會發(fā)生皺折。IN 718合金最大鑄錠直徑若超過610mm,則無法控制斑點(diǎn)的形成。據(jù)Suarez等[報(bào)道，通過電渣重熔IN706可得到直徑為760mm無冶金缺陷的鑄錠，另據(jù)美國國際鎳公司報(bào)道，IN706合金比IN 718合金具有更優(yōu)異的加工性能[8],因此GE公司選擇了IN 706合金作為渦輪盤材料。

隨著人們對IN 706合金認(rèn)識的加深，其應(yīng)用也逐漸擴(kuò)大，例如美國一種"F"級戰(zhàn)斗機(jī)中用它制作延伸機(jī)匣，許多核反應(yīng)堆的防輻射層也采用了該材料。由此可見IN 706合金是一種非常有前景的高溫合金。