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高溫合金通常是指鎳基合金，盡管鈷基和鐵基高溫合金也已經開發(fā)出來，且在基體中添加了大量的其他合金元素。高溫合金系統(tǒng)非常復雜，通常在基體金屬中存在著大量的第二相顆粒。高溫合金之所以被稱為超級，是因為它們在關鍵應用中的服役條件一般要求在超過535℃（1000℉）的高溫下具有非常高的強度。在最終的應用中，高溫合金零件具有良好的蠕變斷裂強度和良好的抗氧化性，因此它們大多適用于高溫應用場合。它們的耐腐蝕性使之適用于惡劣的環(huán)境，包括石油化工零件。化學成分和等級。鎳基高溫合金是由50-78%的鎳組成。這些復雜系統(tǒng)中的其他主要合金元素包括：高溫合金冶金師在制造這些合金時使用了周期表中的大量金屬。合金等級的命名不像鐵合金或鋁合金那樣系統(tǒng)。編號方案確實有少量的信息可以從中提取。例如，6xx（其中x代表另一個數(shù)字）合金是由鎳加鉻加其他元素組成。7xx合金同樣是由鎳加鉻加其他元素組成，但通過沉淀硬化得到加強。C-xxx合金是由鎳、鉻、鉬和其他元素組成。最常見的高溫合金似乎是718合金，通常稱為Inconel 718或簡稱為Inconel（鉻鎳鐵合金）。之所以按后者命名是因為該合金是由國際鎳業(yè)公司首先開發(fā)的，而名稱Inconel是一個注冊商標。顯微組織。7xx系列高溫合金通過非常精細的稱為γ’的沉淀物來增加強度。由于基體鎳是面心立方體（fcc），通常把該結構稱作γ，有時則稱為奧氏體。在熱變形過程中，再結晶可以在先前的晶界開始，但如果沒有足夠的變形來引起完全的再結晶，那么就可能會出現(xiàn)雙相晶粒結構。雙相結構將具有概述先前晶粒的再結晶晶粒。這種輪廓結構被稱為頸帶式顯微組織，因為圍繞著較大的先前晶粒的新的小晶粒看起來像一條項鏈。雖然觀察起來很有趣，但這種結構的特性往往不是最好的。6xx系列基本上形成一個單相面心立方（fcc）相，通過固溶強化和在低于合金再結晶溫度下的變形，從其他元素中獲得強度。這些合金的顯微組織由具有晶界的單相材料組成。應該注意的是，這些高溫合金中的其他合金元素可以形成其他沉淀物，如各種不同的碳化物或金屬間化合物。這些沉淀物有時是有益的，但使用過程中，由于降低了抗蠕變性，有些往往又是有害的。應用。高溫合金應用于可暴露在650到980℃（1200到1800℉）溫度下的零件。渦輪盤、殼體、軸和葉片等零件需要高溫合金，因為需要更高的溫度來提高飛機的性能和燃料效率。高溫合金配件、管道和閥門在高溫腐蝕環(huán)境中使用。由于其耐腐蝕性，高溫合金還用作醫(yī)療器械中的銷釘和置換關節(jié)。由于一些人對鎳有過敏反應，用于醫(yī)療零件的高溫合金通常是鈷基合金，而不是鎳基合金。與本文討論的任何其他合金系統(tǒng)相比，高溫合金的工作范圍要大得多。同樣值得注意的是，在熱加工區(qū)域，工作范圍的高端開始對低端產生影響。高溫合金的熱變形。在大多數(shù)合金系統(tǒng)中，鍛造車間負責生產外形，通過熱處理獲得機械性能。相反，高溫合金從它們的基本化學成分、次級粒子（由熱處理控制）和晶粒度來獲得強度。要求細小的晶粒以滿足大多數(shù)工業(yè)和軍事技術規(guī)范。不幸的是，在加熱環(huán)境中，如預熱鍛造或熱處理時，晶?？偸遣粩嘣鲩L。因此，成形過程中的溫度控制對于確保在重結晶可能發(fā)生但晶粒生長受限的溫度下進行適量的變形是至關重要的。相對于任何其他常見的熱加工金屬來說，高溫合金的流變應力較高。緊固件和銷子的冷成形在合金鋼和不銹鋼中非常常見。在對高溫合金進行精密冷成形時，幾乎總是在變形前要求在150 °C (300℉)的溫度下進行預熱。高溫合金的熱加工非常復雜。鍛造某種特定的合金通常有一個極其有限的溫度范圍。高流動強度也使其具有抗移動性，因此，在沒有極端鍛造壓力的情況下，很難在封閉的模具中填充精細的模腔。用于生產鋼制零件的壓力機和鍛錘的定型規(guī)則是不充分的。在尺寸不足的鍛造設備上鍛造高溫合金會帶來難以克服的困難。較小的設備又會導致錘子的打擊次數(shù)增多，或在壓力機上的最終鍛造操作中變形量不足。這種加工方式通常會導致不完全的再結晶，因此強度不足。提高溫度有助于模具填充和再結晶，但加熱爐中的晶粒增長會抵消任何收益。由于它們在高溫下的流動強度很高，鍛造師傅在鍛造高溫合金時應預估到模具的壽命會很短。有許多例子表明，經過少數(shù)幾個鍛造循環(huán)之后，模具會發(fā)生災難性的斷裂。即使模具足夠結實，可以避免短周期的疲勞失效，但相對于鍛造其他金屬來說，模具的磨損也異常嚴重。因此，在許多應用場合，把高溫合金用作模具材料。有些公司還經常在工件上涂抹涂層，以補充現(xiàn)有的潤滑工藝，這在所需的鍛造壓力下很容易發(fā)生失效。熱處理。對于可沉淀硬化的高溫合金，鍛造后需要進行三步熱處理。第一步是高溫固溶處理，然后淬火。第二步是在低于固溶溫度下進行沉淀處理。這一步驟產生γ'沉淀物。第三步是在比第一步更低的溫度下進行第二次沉淀處理。在這第三步中，會形成更多更細的沉淀物。因此，不僅合金成分復雜，而且鍛造后的熱處理工藝也比大多數(shù)其他合金系統(tǒng)更復雜。特別注意事項。應該注意的是，這些合金不僅對熱加工具有挑戰(zhàn)性，而且往往難以進行機械加工和焊接。因此，加工后的操作需要仔細遵守適當?shù)某绦颉?/span>像某些不銹鋼一樣，一些高溫合金系統(tǒng)也容易發(fā)生敏化現(xiàn)象。當某些晶界沉淀物在冷卻時形成，搶走了鄰近區(qū)域的合金含量（主要是鉻），就會發(fā)生敏化。這些靠近晶界的合金耗盡區(qū)域容易受到腐蝕侵蝕或氧化。為了避免零件的這些不良特性，合金需要在敏化溫度范圍內快速冷卻。對于非沉淀硬化合金，其強度是通過變形獲得的。對于這些系統(tǒng)，在熱加工期間必須嚴格遵循加熱和變形工藝規(guī)程。摘譯自《ASM Handbook Volume 04C - Induction Heating and Heat Treatment》
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