GH2132高溫合金鋼硬度多少度(鎳基高溫合金介紹)
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本文導讀目錄：
2、鎳基高溫合金介紹
GH2132高溫合金鋼硬度多少度
晶粒度控制在標準要求之內，熱處理參數是GH2132合金冷拉棒材晶粒控制的關鍵因素，對棒材的晶粒度有很大影響。
各狀態下GH2132合金的晶粒度等級見表2。
從表2可以看出，GH2132合金從熱軋鋼坯到成品冷拉棒材。
固溶溫度對GH2132合金棒材晶粒尺寸的影響。
對于熱軋棒材，在900940℃溫度范圍內固溶得到的晶粒尺寸比較均勻，固溶溫度≥960℃后開始。
當晶粒長到4.55級時，容易不合格(標準要求晶粒度一般應小于5級)。
在920960℃固溶后，原始的9級細晶仍然存在，但一些晶粒開始迅速長大到5級，95級混晶出現，粒度分布不均勻。
固溶溫度≥980℃2小時后，原始細晶完全消失，晶粒長到5級左右就容易不合格(標準要求晶粒度一般要小于5級)。
然而，通過本文的對比研究發現，在相同的固溶溫度下，熱軋棒材和冷拔棒材的晶粒長大趨勢是不同的。
在熱軋鋼坯和冷拉棒材相同的保溫時間下，隨著溫度的升高，冷拉棒材的晶粒長大趨勢明顯大于熱軋棒材。
因此，GH2132合金冷拉棒材的熱處理工藝應不同于熱軋棒材。
對于GH2132合金冷拉棒材，實心固溶處理宜采用900℃/1h水冷或980℃/0.25h水冷。
鎳基高溫合金介紹
鎳基合金一般以Ni含量超過30wt%之合金稱之，常見產品之Ni含量都超過50wt%，由于具有超群的高溫機械強度與耐蝕性質，與鐵基和鈷基合金合稱為超合金(Superalloy)，一般是應用在540℃以上的高溫環境，并依其使用場合，選用不同合金設計，多用于特殊耐蝕環境、高溫腐蝕環境、需具備高溫機械強度之設備。
常應用于航天、能源、石化工業或特殊電子/光電等領域。
如50年代初，真空熔煉技術的發展，為煉制含高Al和Ti的鎳基合金創造了條件，而帶動了合金強度與使用溫度的大幅提高。
50年代后期，由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強度，但是合金的強度高了，就難以變形，甚至不能變形，于是采用精密鑄造技術，發展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。
60年代中期發展出性能更好的方向性結晶和單晶高溫合金，以及粉末冶金高溫合金。
(1)性能超優異：高溫下可維持高強度，且具有優異的抗潛變、抗疲勞等機械性質，以及抗氧化和耐蝕特性與良好的塑性和焊接性。
(3)工作環境超惡劣：鎳基合金被廣泛用于各種嚴苛之使用條件，如航天飛行引擎燃氣室的高溫高壓部份、核能、石油、海洋工業之結構件，耐蝕管線等。
鎳基合金的晶體結構主要為高溫穩定之面心立方體(FCC)沃斯田鐵結構，為了提高其耐熱性質，添加了大量的合金元素，這些元素會形成各種二次相，提升了鎳基合金之高溫強度。
二次相的種類包含各種形式之MC、M23C6、M6C、M7C3碳化物，主要分布在晶界，以及如γ'或γ''等結構上為整合性(Coherent)之有序(Ordering)介金屬化合物。
γ'與γ''相之其化學組成大致是Ni3(Al,Ti)或Ni3Nb，此類有序相在高溫下非常穩定，經由它們的強化可得到優良的潛變破壞強度。
隨著合金化程度的提高，其顯微組織的變化有如下趨勢：γ'相數量逐漸增多，尺寸逐漸增大，并由球狀變成立方體，同一合金中出現尺寸和形態不相同的γ'相。
此外，在鑄造合金中還出現在凝固過程中形成的γ+γ'共晶，晶界析出不連續的顆粒狀碳化物并被γ'相薄膜所包圍，這些微組織的變化改善了合金的性能。
此外，現代鎳基合金的化學成份十分復雜，合金的飽和度很高，因此要求對每個合金元素(尤其是主要強化元素)的含量嚴加控制，否則會在使用過程中容易析出其他有害的介金屬相，如σ、Laves相等，將損害合金的強度和韌性。
鎳基合金是高溫合金中應用廣、強度高的一類合金。
其中添加較大量的Ni為沃斯田鐵相穩定元素，使得鎳基合金維持FCC結構而可以溶解較多其它合金元素，還能保持較好的組織穩定性與材料的塑性；而Cr、Mo和Al則具有抗氧化和抗腐蝕作用，并具有一定的強化作用。
(2)析出強化元素則如Al、Ti、Nb和Ta等，可以形成整合性有序的A3B型金屬間化合物，如Ni3(Al,Ti)等強化相(γ’)，使合金得到有效的強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基合金更高的高溫強度；。
圖3鎳基合金中強硬之析出相與具延性之基地所形成之復合概念。
圖4各類工程材料依機械強度所劃分之強度-應用溫度地圖。
潛變為材料在高溫(T/Tm>0.5)恒荷載作用下，緩慢地産生塑性變形的現象，為材料合金由于具有不錯的抗高溫潛變能力，而被廣泛的使用在各種高溫環境，作為承力件應用。
可分為三個階段，在初步潛變(PrimaryCreep)階段，變形速率相對較大，但是隨著應變的增加發生加工硬化而減慢。
當變形速率達到某一個最小值并接近常數，此時稱為第二階段潛變，或穩態階段潛變(SecondaryorSteady-StateCreep)，這是由于加工硬化和動態回復達到平衡的結果，在工程材料設計上所要求之潛變應變率就是指這一階段的應變率。
在第三階段(TertiaryCreep)，由于頸縮現象，應變率隨著應變增大而呈指數性的增長，最后達到破壞。
此外，合金元素能促使合金表面生成致密的腐蝕產物保護膜，如形成Cr2O3,Al2O3等氧化層，提供材料抵抗各類腐蝕環境的保護層，因此鎳基耐蝕合金通常含有Cr、Al這兩種元素之一或兩者都有，尤其是當強度不是合金主要要求時，要特別注意合金的抗高溫氧化性能和熱腐蝕性能，高溫合金的氧化性能隨合金元素含量的不同而有所差異，盡管高溫合金的高溫氧化行為很復雜，但通常仍以氧化動力學和氧化膜的組成變化來表示高溫合金的抗氧化能力，在此將純鎳及主要鎳基合金之耐蝕性質分述如下。
鎳基合金中再添加含Mo與Cu等元素，則可增進保護對抗層還原酸之抗腐蝕能力，如Ni-Mo合金主要在還原性介質腐蝕的條件下使用，是耐鹽酸腐蝕的一種合金，但在有氧和氧化劑存在時，耐腐性會顯著下降。
Ni-Cr-Mo(-W)合金則兼有上述Ni-Cr與Ni-Mo合金的性能，主要在氧化與還原混合介質條件下使用，這類合金在高溫氟化氫氣中、在含氧和氧化劑的鹽酸、氫氟酸溶液中以及在室溫下的濕氯氣中耐蝕性良好。
含Mo鎳基耐蝕合金之重要性在于可同時抵抗氧化酸與還原酸，如鈦及不銹鋼則只耐氧化酸，如哈氏C-276或C-2000合金就是一種含W的Ni-Cr-Mo合金圖8：。
含有極低的硅和碳，通常被認為是萬能的抗腐蝕合金，具有在氧化和還原兩氣氛狀態中，對大多數腐蝕介質具有優異的耐腐蝕性能，以及出色的耐孔蝕、縫隙腐蝕和應力開裂腐蝕性能，此類合金因減少了C、Si，所以可以控制碳化物的析出，而更提高其耐腐蝕性能。
因為此類之特性，所以廣泛作為化學設備等苛刻環境下的應用材料。
此外，Ni-Cr-Mo-Cu合金具有既耐硝酸又耐硫酸腐蝕的能力，在一些氧化-還原性混合酸中也有很好的耐蝕性。
主要之目的是精準命中7-12種合金成份，并去除雜質元素及有害氣體，再以鑄錠凝固控制技術維持結構致密無表面缺陷，因是在真空環境下進行合金熔煉，可限制非金屬氧化夾雜物的形成，以高蒸氣壓去除不需要的微量元素與溶解氣體，例如氧、氫和氮等，來得到精確且均勻的合金組成。
VIM完成熔煉之鑄錠可用做ESR之電極以進行精煉，ESR(圖10)制程之目的則是為了得到更純凈低雜質之鑄錠，即以渣性/精煉控制技術去除粗大介在物，再以鑄錠凝固控制技術，達到成份純凈、結構致密與微組織均勻的目標。
通常用真空感應爐熔煉以保證成份與控制氣體及雜質含量，并用真空重熔-精密鑄造技術制成零件。
以超合金加工件而言，熔煉方法的選擇會影響不純區(即成分發生異常偏析）一般而言，不純度與缺陷(如孔隙)則與合金成分與鑄造技術有關。
圖11鎳基合金Inconel601于不同溫度下之熱延性與變形阻抗之數據曲線，顯示于熱延性低于60%之溫度下行加工易造成裂縫之發生。
一般而言，固溶處理后機性受到晶粒尺寸與沿晶析出物之影響，需視合金成份與前制程狀況調整固溶處理溫度與時間，以達到所需之性質。
此外，含Cr鎳基合金經400800oC之熱履歷時，碳化鉻(M23C6)會析出于晶界，造成晶界周圍形成鉻缺乏區(Cr-depletionZone)，而導致此區耐蝕性降低，稱為敏化而容易導致沿晶侵蝕(IGA)及沿晶應力腐蝕破裂(IGSCC)的發生。
另一方面，沃斯田鐵系析出強化鎳基合金之熱處理則包括(1)升溫至析出物回溶之溫度之固溶階段以及(2)于γ/γ'兩相區持溫之時效階段。
其中固溶使得析出物回溶，基地中γ'析出所需元素增加，并達成各添加元素之均質化，且控制基材γ相之晶粒尺寸；而時效階段則可以持溫溫度、時間、冷速與多階段時效來控制γ'之體積分率、形貌、尺寸與分布，主要析出物之分布與形貌可影響潛變與耐蝕性質。
一般而言，強化相常為奈米尺度，以一般金相方法觀察不易。
常須藉助倍率較高之穿透式電子顯微鏡(TEM)來掌握析出物形貌。
K6 K6C K7鋼材高溫合金
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