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中外镍及镍合金材料对照表、各种元素对镍基合金的作用

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一、镍基合金定义
镍基合金一般以Ni含量超过30wt%之合金称之，常见产品之Ni含量都超过50wt% ，由于具有超群的高温机械强度与耐蚀性质，与铁基和钴基合金合称为超合金(Superalloy) ，一般是应用在540℃以上的高温环境，并依其使用场合，选用不同合金设计，多用于特殊耐蚀环境、高温腐蚀环境、需具备高温机械强度之设备。常应用于航天、能源、石化工业或特殊电子/光电等领域。
二、起源与发展
镍基合金是30年代后期开始研制的，英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高潜变强度又添加Al ，研制出Nimonic80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)；而美国于40年代中期，俄罗斯于40年代后期，中国于50年代中期也先后开发出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面，即合金成分的改良和生产技术的革新。
如50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高Al和Ti的镍基合金创造了条件，而带动了合金强度与使用温度的大幅提高。 50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用精密铸造技术，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。 60年代中期发展出性能更好的方向性结晶和单晶高温合金，以及粉末冶金高温合金。
为了满足舰船和工业燃气轮机的需要， 60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高Cr镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700提高1,100℃ ，平均每年提高10℃左右。时至今日，镍基合金之使用温度已可超过1,100℃ ，从前述最初成份简单之Nimonic75合金，到近期发展出之MA6000合金，在1,100℃时拉伸强度可达2,220MPa、屈服强度为192MPa；其1,100℃/137MPa条件下之持久强度约达1,000小时，可用于航空发动机叶片。
三、镍基合金之特色
镍基合金是超合金中应用最广、强度最高的材料。超合金之名称即源自于材料特色。
【中外镍及镍合金材料对照表、各种元素对镍基合金的作用一、镍基合金定义镍基合金一般以Ni含量...|中外镍及镍合金材料对照表、各种元素对镍基合金的作用】包括：
(1)性能超优异：高温下可维持高强度，且具有优异的抗潜变、抗疲劳等机械性质，以及抗氧化和耐蚀特性与良好的塑性和焊接性。
(2)合金添加超繁杂：镍基合金常添加十种以上之合金元素，用以增进不同环境之耐蚀性；以及固溶强化或析出强化等作用。
(3)工作环境超恶劣：镍基合金被广泛用于各种严苛之使用条件，如航天飞行引擎燃气室的高温高压部份、核能、石油、海洋工业之结构件，耐蚀管线等。
四、各种元素对镍基合金的作用
金属镍直到达到熔点之前一直保持着奥氏体，面心立方结构。这就给韧脆转变提供了自由度，同时也大大减小了因其他金属一起并存而出现的制造问题。在电化序上，镍比铁惰性而比铜活波。因此，在还原性环境中，镍比铁要耐腐蚀，但没有铜耐腐蚀。在镍的基础上，加上铬之后，使合金具备了抗氧化性能，由此可以产生很多种应用范围非常广泛的合金，使他们可以对还原性环境和氧化性环境都有最佳的抵抗力。