英高鎳合金（Inconel）（又稱因康鎳合金、因科鎳合金等）是SMC（Special Metals Corporation）國際超合金集團生產的奧氏體鎳鉻基高溫合金系列商標。[1]
英高鎳合金耐氧化、耐腐蝕的特性使其適用於高溫高壓的嚴苛環境。英高鎳合金受熱時，合金表面會鈍化出一層又厚又穩定的氧化層，保護合金內部不受腐蝕。英高鎳合金在很廣的溫度範圍內能維持良好的機械性質，這點是常見的工程金屬如鋼、鋁等所做不到的，這些常見工程金屬只要遇上高溫，往往晶體內就開始產生缺陷，進而導致嚴重蠕變。英高鎳合金視型號不同，利用固溶強化或析出硬化的機制在高溫下維持良好機械性質。[2][3]
因上段所述原因，英高鎳合金普遍用於高溫用途。而工程上有時簡稱英高鎳合金為"Inco"。常見的英高鎳625商標名包含： Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 及 Nicrofer 6020等。[4]
歷史
英高鎳合金系列最早於1940年代由英國赫里福德的威金斯合金廠（Wiggin Alloys）開發，以支持惠特爾噴射引擎的相關研究[5]，該廠後來被SMC國際超合金集團收購。[6]
化學組成
不同型號的英高鎳合金有著大不相同的化學組成，然而皆由鎳為主成分，而鉻占比第二。
| Inconel | 元素 (以重量百分比計，%) | ||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 鎳 | 鉻 | 鐵 | 鉬 | 鈮 | 鈷 | 錳 | 銅 | 鋁 | 鈦 | 矽 | 碳 | 硫 | 磷 | 硼 | |
| 600[7] | 72.0 | 14.0–17.0 | 6.0–10.0 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | 0.15 | 0.015 | |||||||
| 617[8] | 44.2–56.0 | 20.0–24.0 | 3.0 | 8.0–10.0 | 10.0–15.0 | 0.5 | 0.5 | 0.8–1.5 | 0.6 | 0.5 | 0.15 | 0.015 | 0.015 | 0.006 | |
| 625[9] | 58.0 | 20.0–23.0 | 5.0 | 8.0–10.0 | 3.15–4.15 | 1.0 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.1 | 0.015 | 0.015 | ||
| 690[10] | 59.5 | 30 | 9.2 | 0.35 | 0.01 | 0.02 | 0.35 | 0.019 | 0.003 | ||||||
| 718[2] | 50.0–55.0 | 17.0–21.0 | 餘量 | 2.8–3.3 | 4.75–5.5 | 1.0 | 0.35 | 0.2–0.8 | 0.65–1.15 | 0.3 | 0.35 | 0.08 | 0.015 | 0.015 | 0.006 |
| X-750[11] | 70.0 | 14.0–17.0 | 5.0–9.0 | 0.7–1.2 | 1.0 | 1.0 | 0.5 | 0.4–1.0 | 2.25–2.75 | 0.5 | 0.08 | 0.01 | |||
性質
英高鎳合金耐氧化、耐蝕，適於高壓高動能的環境。英高鎳合金受熱時表面鈍化出厚而穩定的氧化層，保護合金內部使之不會氧化。英高鎳不容易屈服於高溫潛變或在高溫下產生缺陷，能夠在較廣的溫度範圍下維持運作，相關的運算可以阿瑞尼斯方程式計算。視不同的英高鎳合金型號，採取固溶強化或析出強化的策略在高溫下維持機械強度。對採取析出強化或時效強化作為強化機制的這些英高鎳合金而言，通常會加入少量的鈮，以產生鈮鎳介金屬γ"相Ni3Nb。γ"相會長成細小的正方晶，在高溫下有效限縮滑移跟潛變的進行。[12]γ"相會隨時間成長，尤其是暴露於850℃的熱環境三小時後，並在暴露於熱環境72小時後持續成長。[13]
英高鎳合金各型號
常見的英高鎳合金合金型號如下:
- Inconel 600: 固溶強化的材料設計概念。
- Inconel 625: 耐酸，焊接性能良好。低週期疲勞版本的Inconel 625通常用於波紋管。
- Inconel 690: 鈷含量較低，適於核能相關應用，而且電阻率較低[14]
- Inconel 713C: 析出硬化的鎳鉻基鑄造用合金[3]
- Inconel 718: 帶有γ"相強化相，焊接性能也不錯[15]
- Inconel 751: 添加較多鋁含量，使其在870℃附近的高溫範圍有較好的破斷強度。[16]
- Inconel 792: 添加較多鋁含量，使其在高溫下有更加耐蝕，特別適於製造燃氣渦輪
- Inconel 939: 以γ'相強化增加焊接性能
以析出強化或時效強化為設計概念的英高鎳合金種類，加鋁或鈦通常是為了產生面心立方的介金屬γ'相Ni3Ti或Ni3Al。細小的γ'相在高溫下會阻障滑移與潛變的進行。
參見
- 因科洛伊合金
- 蒙耐爾合金
- 哈氏合金
- 尼蒙尼克合金
- 司太立合金
參考文獻
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