英科耐尔INCONEL
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描述：Inconel738镍基合金是美国国际镍公司硏制的沉淀硬化型镍基铸造高温企金，组织稳定，在980℃以下具有很好的高温强度和耐热腐蚀性能，持久强度可与Incone]713C相当。由于含铬较高，抗热腐蚀和抗氧化性能优于713C合金，可与Udime500相当.在应用于制造航空发动机和燃气涡轮方面，它是一种综合性能比较好的合金，使用温度可达980℃,能满足现代发动机的妾求，目前在Inconel合金系统中
规格：板，棒，带，线，管，可定制
Inconel738镍基合金
—、名称
又名inconel738X
二、概述(由于图片数据表格较多，如有需要可与墨钜MOJU特殊钢客服人员联系索取)
inconel738是美国国际镍公司硏制的沉淀硬化型镍基铸造高温企金，组织稳定，在980℃以下具有很好的高温强度和耐热腐蚀性能，持久强度可与Incone]713C相当。由于含铬较高，抗热腐蚀和抗氧化性能优于713C合金，可与Udime500相当.在应用于制造航空发动机和燃气涡轮方面，它是一种综合性能比较好的合金，使用温度可达980℃,能满足现代发动机的妾求，目前在Inconel合金系统中，是引起大家重视的合金之一。
三、化学成分
表15.1化学成分，％
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、品种
精密铸造涡轮叶片，导向叶片，整体涡轮.
五、热处理制度
固溶处理：1120℃，2小时,空泠.
时效处理：845℃,24小时，空冷.
六、物理化学性能
1.密度：8.11克/厘米
2.溶化温度：1230—1315°C
3.热膨胀系数
*15.2热膨胀系数
试验温度，℃ | |
室温-95 | 11.61 |
室温-205 | 12.15 |
室温-315 | 12.87 |
室温-430 | 13.59 |
室温-540 | 13.95 |
室溫-650 | 14.49 |
室温-760 | 14.85 |
室温-870 | 15.39 |
室温-980 | 15.93 |
4.弹性模量
表15.3弹性模
试验温度,℃ | 弹性模量 | 试验温度 | 弹性模量 |
室温 | 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.抗氧化和抗腐蚀性能
（1）氧化
襄15.4静态（静止空气申）抗氧化数据
合 会 | 重量变化，毫克/立方厘米 | |
980℃ | 1095℃ | |
713C | +0.6 | +29 |
inconel738 | -16 | -102 |
Udimet500(铸造) | -22 | -328 |
Udimet700 | -8 | - |
表15.5循环氧化
（在870℃的空气中加热22小时，2小时冷却到室温）
合金 | 1000小时失重，毫克/立方厘米 |
713C | 0.7 |
inconel738 | 14 |
（2）热腐蚀
将inconel738合金在坩埚中、试验台和发动机上利用不同介质进行了大量热腐蚀试验，为了比较，同时列出几个合金的热腐蚀数据.
表15.6坩埚试验，10%NACL+90%NA1SO4 930℃
合金 | 时间，小时 | 备 注 |
713C | 2—4 | 破坏 |
Udirnet500铸造 | 40—100 | 严重腐蚀 |
inconel738 | 250—300 | 轻微腐蚀 |
表15.7坩埚试验
（在0.15%SO2，2.25%CO,其余为N2的气氛下，在790°C的NA2SO4+MgSO4熔盐中）
合 金 | 不同试验时间后的失重，毫克/平方厘米 | ||||
32小时 | 64小时 | 136小时 | 250小时 | 500小时 | |
IN738 | 0.32 | 0.56 | 0.97 | 1.4 | — |
Udimet500（铸造） | 0.35 | 0.51 | 0.71 | — | 3.3 |
713C | 8.3 | 23.0 | 90.0 | — | — |
表15.8坩埚试验（不同熔盐比例），900°C,300小时
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（铸态） | 6 | 16 |
INCONEL738 | 7 | 14 |
表15.9燃气腐蚀循环试验
合金 | 表面损失，毫克 | 最大穿透深度，毫米 | 试验条件 |
inconel738 | 3.3 | 0.48 | 柴油〈1%S）空气/燃料=30 /1,5ppm海盐，870°C,1000小时
|
713C | 38—130+* | 1.5—3.28+* | 柴油〈1%S）空气/燃料=30 /1,5ppm海盐，870°C,1000小时
|
Udimel500（变形） | 1.7—3.8 | 0.30-0.33 | 柴油〈1%S）空气/燃料=30 /1,5ppm海盐，870°C,1000小时
|
*试样被腐蚀完了.
表15.10燃气腐蚀循环试验
合金 | 表面损失，毫克 | 最大穿透深度，毫米 | 试验条件 |
inconel738 | 3.3 | 0.38 | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海盐，980°C,1000小时 |
713C | L30+* | 3.28+* | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海盐，980°C,1000小时 |
Udimet500（变形） | 3.5 | 0.53 | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海盐，980°C,1000小时 |
Udimet500（铸造） | 8.8 | 0.9.1 | 柴油（1%S）,空/燃料=30/1,5ppm的海盐，980°C,1000小时 |
*试样被腐蚀完了.
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表15.11硫化腐蚀循环试验
合金 | 重量损失、克 | 试验条件 |
B1900 | 6.8 | jp-5R燃油，空气/燃料=17/1, 3.5ppm海盐，173小时 |
inconel738 | 2.5 | jp-5R燃油，空气/燃料=17/1, 3.5ppm海盐，173小时 |
Mar-M421 | 4.2 | jp-5R燃油，空气/燃料=17/1, 3.5ppm海盐，173小时 |
*一次循环：845℃加热3分钟,升温到1010℃，加热2分钟，冷却2分钟.
表15.12燃烧室试验
合 金 | 重畳损失,％ | 试验条倍 |
inconel738 | 0.183 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小时 |
X-45 | 0.206 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小时 |
Udimet500（变形） | 0.143 | 燃油+5℃pmNa,0.5℃ppmMG,1%S,790℃,50小时 |
表15.13体腐蚀读验
（试验温度为980℃，介质为流动的富H,S和SO,的气体）
合金 | 失重，毫克/平方厘米'100小时 |
inconel738 | 310 |
713C | 770 |
Udimet700 | 1440 |
表15.14发动机试验*
（试验温度为970℃，试验时间45小时，介质中含0.75ppm海盐）
合 金 | 等级** |
713C | 1 |
Mar-M246 | 1.1 |
TRWVIA | 1.4 |
235D | 1.9 |
inconel738 | 6.2 |
Udimet710 | 5.8 |
*循环一次为40分钟（970℃，30分钟，冲压冷空气10分钟）
**713C抗腐蚀性为1,数字表示抗腐蚀性比713C髙出的倍数.
七、机械性能
1.不同温度下的机械性能
（1）拉伸性能
表15.15铸态试棒经热处理
（1120℃,2小时，空冷+845℃,24小时，空冷）后的拉伸性能
试验温度，℃ | 拉伸强度，公斤/平方毫米 | 屈服强度（0.2%）,公斤/平方毫米 | 延伸率,％ | 面缩率,％ |
室温 | 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 |
图15.2合金的典型拉伸性能
（2）室温冲击性能
表15.16无缺口夏比冲击值，公斤•米/平方厘米
加热前 | 长期加热后 | ||||||
650℃ | 815℃ | 930℃ | |||||
500小时 | 1000小时 | 500小时 | 1000小时 | 500小时 | 1000小时 | ||
细（3.175毫米或更细） | 7.7 | 6.0 | 4.1 | 2.8 | 1.8 | 1.9 | 1.4 |
粗（6.350毫米或更细） | 5.1 | 7.5 | 5.3 | 2.8 | 2.2 | 2.4 | 1.9 |
2.持久性能(表15.17;图15.3-15.6)
（不同符号系引用不同文献)
图15.4 inconel738合金的米勒曲线
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图15.5不同热处理制度对合金持久性能的影响
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表15.6 inconel738合金的铸造试样和热等静压处理后的坯料持久性能分-散度的比较
由图15.6看出inconel738合金的大型精密铸件的平均持久性能和铸造试样的持久性能相当，但是穏定性提高了，分散度减小了.
3.冷热现劳性能（表15.18）
合金的冷热疲劳性能列于表15.18.为了便于比较，表中还列出了Inconel713C和IN・100的冷热疲劳数据（试样为直径16-25.4基米带斜边的盘，盘缘半径为0,25臺米）.
合 金 | 到开始开裂的冷热疲劳周期数 | ||
温度，℃ | |||
800 | 900 | 1000 | |
713C | >1462 | 107 | 27 |
IN-100 | >1372 | 107 | 29 |
IN-738 | 1790 | 150 | 13 |
表15.18含金的冷热取劳性能
4.低循环疲劳性能
低循环轴向疲劳试验是在经热处理的试样上进行的.光滑试样是采取控制应变的方法，缺口（Kt=2.5）试样是采取控制应力的方法,试验结果见图15-7.
合金经热等静压处理可显著改善精密铸件低循环疲劳性能（对高循环疲劳性能的影响很小）,致密化处理对1N-738合金铸坯疲劳寿命的影响见表15.19.
表15.19致密化对1N-738含金披劳寿命的影响
状 态 | 试验温度,℃ | 试验类型 | 应力范围，公斤/平方毫米 | 到破断循环数 |
铸态 | 705 | 低循环 | 1.26—56.2 | 6,443 |
热等静压 | 705 | 低循环 | 1.26—56.2 | 48,813 |
铸态 | 705 | 低循环 | 1.26—54.5 | 16,186 |
热等静圧 | 705 | 低循环 | 1.26—54.5 | 42,900 |
铸志 | 705 | 低循环 | 1.26—52.7 | 15,496 |
热等静压 | 705 | 低循环 | 1.26—52.7 | 164,405 |
铸态 | 705 | 髙循环 | 31.6±10.5 | 58,000 |
热等静压 | 705 | 高循环 | 31・6±10.5 | 28,000 |
铸态 | 705 | 高循环 | 31.6±5.3 | - |
热等静压 | 705 | 高循环 | 31.6±5.3 | - |
铸态 | 705 | 高循环 | 31.6±4.2 | - |
热等静压 | 705 | 高循环 | 31.6±4.2 | - |
八、工艺
通常采用真空熔炼和真空铸造，浇铸温度应超过合金熔化温度95—205℃，铸模应预热到815—980℃.根据零件的尺寸和几何形状,某些零件还要求其他条件.
高温合金精密铸件在燃气涡轮发动机生产中已广泛应用，但是精密铸件的质量对铸造工艺的变化十分敏感，如果控制不当，会造成铸件内部和表面缺陷，如宏观缩孔，显微疏松和热裂等.为了获得高质量的铸件，近年来精密铸造技术方面有一个很大发展，就是热等静压（hot-isostatic prossure）技术在高温合金精密铸件上的应用，即将铸件放入充惰性气体（氩和氦）的高压容器炉中，由加热器将部件加热，以氩和氦气传递压力，在高温高压下处理一定时间，以消除铸件的内部和表面缺陷，使部件致密化.这种处理法包括温度、时间和压力三个参数，其中温度、时间的影响较大.对于inconel738铸造叶片，温度采用1180-1200℃,压力釆用21公斤/平方毫米处理后的致密度和性能最好.
合金一般不进行焊接.
九、组织
合金的铸态组织中有γ，MC型碳化物和少量共晶γ′经1120℃,2小时,空冷加845℃小时，空冷标准热处理后，组织中有粗大的γ′（0.5-1微米），细小的γ′（0.1-0.15微米）,共晶γ′.MC碳化物和晶界M23C6碳化物（图15.8）.粗大的γ′是铸造时析出的，在1120℃固溶处理时没有完全溶解，但发生聚化和长大.细小的℃是在845℃时效时析出的.除上述组分外，H.F.Merrick发现在该合金的粗大γ′的中心区域还析出一种细小弥散的未知相.以前Radavich等人在研究热处理对复杂镍基高温合金的显微组织的影响时曾发现某些合金的粗大γ′内也有这种类似的弥散相.他们认为这种相是C间隙在Ni3Al中而形成的一种碳化物-Ni3Al,称为Perovskite碳化物,H.F.Merrick分析了电子显微镜照片的暗影，并利用电子显微镜暗场观察薄膜旺明这种相不是碳化物而是γ′.
合金中γ′的含最约为40%.除Ni,Al,Ti外，γ′中还含有大量的Co,Ta和Nb .可以认为，Nb,Ta,Ti在γ′中能提高合金的反相畴界能，固溶体强度和失配度.Co能增加基体对Al和Ti的溶解度而强化合金.
图15.8标准热姓理后的电子显微组织。 (由于图片数据表格较多，如有需要可与墨钜MOJU特殊钢客服人员13472787990联系索取)
γ′的固溶温度为1150-1175℃，共晶γ′的固溶温度为1205℃.
合金经长时间加热后，γ′相聚化，加热温度愈高，时间愈长，这种现象愈明显.在850℃加热10,000小时后，γ′相最大达1.5微米.由于高温长时间加热，MC碳化物分解而晶界上的M23C6碳化物增多，同时在碳化物周围形成γ′薄膜.
经750,850,950℃长期加热（最长达10,000小时）均未发现σ相,这与按Woodyatt方法计算的电子空位数N值（2.18,2.19）所预测的结果是一致的.同时也未发现M6C碳化物，这与合金成分Mo+1/2/W＜6%而不产生M6C的经验公式也是相符的.不同温度下长期加热后的组织见图15.9.
根据试验认为，电子空位数N。值应控制在2.36以下，如果N。值超过2.4,则形成σ相.
由于inconel738合金含W,Mo等固溶强化元素较少（约4.4%）,而γ'沉淀硬化元索Al,Ti,Nb和Ta较多（约9.4%）,故γ'相的含量较多，但与含固溶强化元素较高的合金相比，γ'在高温长期时效过程中易发生过时效软化现象，所以，拉伸强度和屈服强度都下降得较多.例如,在950℃加热10,000小时后，屈服强度降低45公斤/平方毫米。拉伸强度降50公斤/平方毫米，长期加热后的室温和870℃的拉伸性能的变化见图15.10.长期加热后合金的夏比（U形缺口）冲击值的变化见图15.11.长期加热后持久强度的变化见表15.20,从表中可以看出,无论在850℃或950℃长期加热后，持久寿命均显著下降，在850℃加热10,000小时后，持久性能显著恶化. (由于图片数据表格较多，如有需要可与MOJU特殊钢墨钜人员13472787990联系索取)
图15.11长期加热后室温U形缺口夏比冲击值
表15.20高温长期加热居的持久性能*
加热条件 | 持久时间，小时 | 延伸率,％ | 面缩率，％ | |
温度，℃ | 时间,小时 | |||
加热 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 | |
*试验条件：应力35.2公斤/平方毫米、温度845℃.
十、用途
现代喷气发动机的燃气涡轮叶片，导向叶片和整体铸造涡轮等.
参考文献
略。
