Inconel介绍:
合金具有优良的耐腐蚀和抗氧化性能，从低温到℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，并且耐盐雾气氛下的应力腐蚀。因此，可广泛用于制造航空发动机零部件、宇航结构部件和化工设备和接触海水并承受高机械应力的场合。
外对应牌号
供货规格
圆钢、棒材、带材、板材、线材、管材供应
化学成分
C：≤0.10，Mn：≤0.50，Si：≤0.50，P：≤0.，S：≤0.，Cr：20.0~23.0，Ni：54.0~60.0，Mo：8.0~10.0，Ti：≤0.40，Al：≤0.40，Fe：≤5.0，Nb：3.15~4.15
物理性能
常温下合金的机械性能的MIX
特性
A.对氧化和还原环境的各种腐蚀介质都具有非常出色的抗腐蚀能力
B.优秀的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力，并且不会产生由于氯化物引起的应力腐蚀开裂
C.优秀的耐无机酸腐蚀能力，如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸以及硫酸和盐酸的混合酸等
D.优秀的耐各种无机酸混合溶液腐蚀的能力
E.温度达40℃时，在各种浓度的盐酸溶液中均能表现出很好的耐蚀性能
F.良好的加工性和焊接性，无焊后开裂敏感性
G.具有壁温在-～℃的压力容器的制造认证
H.经美国腐蚀工程师协会NACE标准认证（MR-01-75）符合酸性气体环境使用的标准等级VII
金相结构
为面心立方晶格结构。当在约℃保温足够长时间后，将析出碳颗粒和不稳定的四元相并将转化为稳定的Ni3(Nb,Ti)斜方晶格相。固溶强化后镍铬矩阵中的钼、铌成分将提高材料的机械性能，但塑性会有所降低。
耐腐蚀性
合金在很多介质中都表现出好的耐腐蚀性。在氯化物介质中具有出色的抗点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和侵蚀的性能。具有很好的耐无机酸腐蚀性，如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸等，同时在氧化和还原环境中也具有耐碱和有机酸腐蚀的性能。有效的抗氯离子还原性应力腐蚀开裂。在海水和工业气体环境中几乎不产生腐蚀，对海水和盐溶液具有很高的耐腐蚀性，在高温时也一样。焊接过程中无敏感性。在静态或循环环境中都具有抗碳化和氧化性，并且耐含氯的气体腐蚀。
工艺性能与要求
热加工
A.热加工温度范围℃～℃，冷却方式为水淬或其他快速冷却方式。
B.为得到性能和耐腐蚀性，热加工后要进行退火处理。
C.加热时，材料可以直接送入已升温顶点工作温度的炉子中，保温足够的时间后(每mm的厚度需要60分钟保温时间)迅速出炉，在规定的温度范围的高温段进行热加工。当材料温度降到低于热加工温度时，需重新加热.
冷加工
A.冷加工材料应为退火态，加工硬化率比奥氏体铬镍不锈钢大。
B.冷加工时，需进行中间退火。
C.当加工量大于15%时，热加工后要进行退火处理。
焊接工艺
A.适合采用任何传统焊接工艺焊接.
C.待焊接的材料应为固溶处理态，去除氧化皮、油污和各种标记印痕。
D.焊接前后不再需要热处理。
应用领域
软化退火后的低碳合金广泛的应用于化工流程工业，好的耐腐蚀性和高强度使之能作为较薄的结构部件。合金可以应用于接触海水并承受高机械应力的场合。
A.含氯化物的有机化学流程工艺的部件，尤其是在使用酸性氯化物催化剂的场合
B.用于制造纸浆和造纸工业的蒸煮器和漂白池
C.烟气脱硫系统中的吸收塔、再加热器、烟气进口挡板、风扇（潮湿）、搅拌器、导流板以及烟道等
D.用于制造应用于酸性气体环境的设备和部件
E.乙酸和乙酐反应发生器
F.硫酸冷凝器
本文通过一系列实验研究了mmInconel合金铸锭的组织，以及均匀化热处理对其组织性能的影响。结果表明，除了基体相外，铸态合金由于凝固偏析还会依次形成NbC、Laves、δ-Ni3Nb以及γ"等第二相。
γ"相在铸锭中的完全固溶温度为0℃，δ相的析出峰值温度为℃，其完全固溶温度为1℃，Laves相的初熔温度约为℃。合金铸锭的一种合金均匀化热处理工艺为：℃保温24h后，升温至℃保温26h。
Inconel合金是一种在一系列氧化性和还原性气氛中都具有优异耐蚀性的镍铬钼合金，它被广泛应用于海洋、石化以及核能等工业中。该合金为固溶强化型耐蚀合金，通过冷加工可获得超过0MPa的屈服强度。
国外对于该合金的研究较多，大部分研究主要集中在材料焊接性[1,2]、耐蚀性[3]以及冷热加工过程中的组织转变[4~7]上面。国内李亚敏等对长期时效后合金的析出相进行了研究[8]，张谦等研究了固溶处理对热等静压Inconel合金组织与拉伸性能的影响[9]，邓德伟等则研究了脉冲电流对Inconel合金裂纹尖端组织及性能的影响[10]。
随着我国高端装备制造业的发展，对于大锭型的合金需求日趋迫切。国内各个相关生产厂家均开始了大锭型的合金试制工作。由于该合金中存在大量易偏析的Nb、Mo等元素，在大型锭的凝固过程中不可避免地会产生元素的偏析，从而严重影响合金的热加工性以及产品的最终性能。
因此，掌握大锭型合金的凝固规律就显得日益迫切，而目前对于该合金大锭型冶炼凝固方面的研究报导还相对较少。
鉴于此，本文研究了mm大锭型Inconel合金的凝固组织及其在加热过程中的变化，以期对实际生产提供参考。
1实验方法
实验用Inconel合金为经真空感应冶炼加电渣重熔（VIM+ESR）得到的mm铸锭，其成分如表1所示。从铸锭补缩端上切取横向及纵向低倍试样，采用1：1盐酸水溶液+5%硝酸热腐蚀获得试样的低倍组织。采用日立S-冷场发射扫描电子显微镜(SEM)观察不同热处理状态下试样的显微组织。
采用电解方法萃取析出相粉末，然后利用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析。电解双喷制备薄片试样，然后利用日立H-透射电子显微镜(TEM)观察合金中的析出相并进行选区电子衍射分析。通过NetzschSTAC测得样品的DSC曲线，并采用共聚焦激光扫描显微显微镜（CLSM）观察试样在加热过程中的组织转变。
图1~3显示了Inconel合金铸锭不同部位的组织。由于Inconel合金中含有大量的Mo、Nb等易偏析元素，其大锭型的铸锭中必然会存在树枝状偏析，对Ni-Cr-Mo-Nb合金Inconel的研究[11,12]表明，这类合金的偏析规律为在树枝间富Mo、Nb等元素，而枝干部位则贫Mo、Nb等元素。由图1~3可知，Inconel铸锭由边缘往心部其偏析程度明显增加。
物理化学相分析表明，在铸锭边缘试样中的第二相主要是Ti(C,N)夹杂以及由于枝晶偏析形成的NbC相，其中部分Ti(C,N)相以镁铝尖晶石为核心形核长大，如图4所示；而在铸锭R/2和铸锭中心处的主要第二相为NbC相和Laves相。EDS分析显示三种相的成分如表2所示。
其中Ti（C,N）的组成式大致为（Nb0.18Ti0.77Cr0.03Ni0.02）（C,N），而NbC的组成式为（Nb0.84Ti0.08Cr0.03Ni0.05）C。Ti(C,N)和NbC两相都是面心立方结构，其中Ti(C,N)形成温度较高，一般在液态合金中就形成了；而NbC则是在凝固过程中由于偏析而形成的非平衡相。从组成上来看，Ti(C,N)中Ti含量的原子分数超过3/4，Nb含量仅占1/5；而在NbC中Nb的金属原子分数约为4/5，Ti原子则占不到1/10。
二者在微观形态上也具有较明显区别，其中Ti(C,N)的形状为较规则的方块字形状，而NbC在偏析过程中呈现深色条状或块状，如图5所示。Laves相主要由Ni，Cr，Mo，Nb等元素组成，在光学显微镜下，它呈白色块状。
在扫描电镜下还可以看到在Laves相附近有大量针状相和球状相，如图6所示。经透射电镜分析表明，针状相为有序正交结构的δ-Ni3Nb相，而球状相为有序体心四方结构γ″-Ni3Nb相，如图6所示。由于Inconel合金中Nb、Mo含量较高，在凝固后期的液相中除发生L→（γ+Laves）反应外，在剩余液体中由于Ni、Mo、Nb等元素高浓度富集，有利于δ-Ni3Nb和γ″-Ni3Nb相的形核与长大，从而形成δ相和γ″相。这与Inconel合金铸锭中所观察到的结果是一致的[9]。
2.2均匀化热处理铸锭组织性能的影响
对Inconel合金铸锭试样的DSC分析表明，合金的熔化温度范围为℃~℃，除了合金的熔化峰外，在DSC曲线上还有一个相对较小的峰，其放热峰对应温度为℃，根据合金的铸态组织可推测该峰为Laves相或NbC相的熔化峰。
为确定该峰对所应的相，另取铸态合金金相试样进行℃，4h的固溶处理实验，结果表明，合金中出现了新的Laves+γ的共晶组织，而NbC未发生变化，如图9所示。这说明Laves相在此温度下已经初熔，因此DSC曲线中℃所对应的是Laves相的熔化峰温度。而NbC峰不明显的原因可能是由于该相含量相对较小。
对合金铸锭进行不同温度下保温1h时的热处理后，其组织如图10所示。从图中可以看到，相对于铸态组织，经℃保温1小时后，组织中δ相析出明显增加，但Laves相附近的γ″相未见明显溶解；℃时，δ相析出量达到最大值，且呈针状大片地析出，γ″相大量溶解；0℃时，δ相析出较多，呈分散细长的
针状，γ″相完全溶解于基体中；℃时，δ相析出量较铸态组织明显减少；1℃时，δ相基本溶解于基体中。上述结果表明，γ″相在铸锭中的完全固溶温度为0℃，δ相的析出峰值温度为℃，其完全固溶温度为1℃。
Laves相从1℃开始出现明显的溶解，随着固溶温度的升高，其溶解程度增加。当固溶温度为℃，经1h保温后，其组织中Laves含量已经很小。进一步升高温度至℃，合金中Laves相出现了初熔现象，经快冷后形成了Laves+γ两相共晶组织，表明合金铸锭中Laves相的初熔温度在℃左右，这与DSC测试结果是相符合的。
为了设计Inconel合金铸锭的均匀化热处理工艺，必须保证温度足够高、时间足够长，才能使得偏析元素原子能够充分扩散均匀；但是初始均匀化温度又不能高于偏析相的初熔温度，因为高于该温度后偏析相熔化成液相，原子在固液两相中扩散速率较慢，不利于偏析元素均匀化。
因此，结合上述实验实结果，对于Inconel合金铸锭，可以采用两阶段的均匀化热处理工艺：在℃保温24h后，升温至℃保温26h。经此工艺均匀化后的组织如图11所示，可以看到经均匀处理后，合金中的Laves相已完全溶解，组织中均有一次MC相Ti(C,N)，以及少量NbC相。
均匀化前后合金的力学性能如图12所示，由图中可以看到，经均匀化后合金的强度较铸态组织出现了显著下降，而塑性和韧性出现了大幅的提高。其延伸率达到63%，而冲击功达到J。表3为均匀化前后合金中第二相的元素组成，从图中可以看到心部试样经均匀化后，其组成元素中的Ni、Cr、Mo、Nb等元素含量与铸锭边缘试样相当，这表明经均匀化后合金元素得到了充分扩散，因此所设计的热处理工艺可以使合金铸锭充分的均匀化。
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