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Incoloy 合金903、gh907、gh2909低膨胀高温合金

概述

Incoloy 903、Incoloy 907 和 Incoloy 909 都是低膨胀高温合金。他们的Coefficient of Linear Expansion （线性膨胀系数）.同时，它们具有较高的高温强度.

本文将全面解释这三种合金的起源及其异同。

Invar 和 Kovar

在 19 世纪末，研究发现，当镍内容铁-镍合金约为 36%，合金的线膨胀系数非常低。基于这一特性，开发了一系列具有低线膨胀系数的合金。其中，因瓦合金最为著名。它在某些特定应用中发挥着不可替代的作用。

然而，Invar 合金在应用方面存在很大的局限性。其低膨胀性能仅存在于 200°C 以下。当温度升至 200°C 以上时，材料达到居里温度，合金的磁性发生变化，从而失去低膨胀特性。

为了解决上述问题，人们添加了钴到镍铁合金。钴的加入使合金的居里温度更高，从而降低了合金的高温线膨胀系数。这种铁镍钴合金称为可伐合金。它在 20 ~ 450°C 范围内具有低膨胀性。

英科洛伊 903

在 1970 年代，国际油价急剧上涨。人们开始开发更高效的发动机。发动机部件之间的间距对发动机的运行效率影响相对较大。如果零件材料使用低膨胀合金，则可以控制零件间距。

虽然可伐合金可以在高温下实现低膨胀性能，但这种合金的强度并不高。在发动机中，零件会长时间承受高温下的循环应力。而可伐合金显然无法胜任这项工作。因此，提高低膨胀合金的强度成为关键。

沉淀强化是提高合金强度的有效方法。因此，人们尝试添加铝,钛,铌和钽到铁镍钴合金。后老化治疗，合金达到降水加固。这大大提高了低膨胀合金在高温下的强度。Incoloy 903 就是在这种背景下开发的。它被称为第一代低膨胀高温合金。Incoloy 903 的高温强度可以达到 Inconel 718 的水平，线膨胀系数仅为 Inconel 718 的一半。

英科洛伊 907

Incoloy 903 具有优异的高温强度和低线性膨胀系数。但是由于它不包含铬， Incoloy 903 的 poor氧化电阻。另一方面，氧化会降低耐用特性并增加缺口敏感性。为避免这种情况，Incoloy 903 必须使用特殊的加工技术生产，以减少氧化扩散的机会。但是，在长期高温使用下，它仍然无法完全解决耐用性能的问题。

合金研究人员一直在寻找解决这个问题的方法。同时，他们先后开发了 Incoloy 904、Incoloy 905 和 Incoloy 906 合金。最终，Incoloy 907 问世。它解决了 Incoloy 903 的持久性能问题。

研究发现，铝含量对 Incoloy 903 合金的耐用性能有不利影响。因此，Incoloy 907 合金严格控制铝含量（低于 0.2%）。铝在沉淀强化中也起着作用。为了平衡减少在铝含量方面，Incoloy 907 通过添加更多的铌而不是铝来强化。Incoloy 907 也被称为第二代低膨胀高温合金。

英科洛伊 909

使用优化的化学成分，Incoloy 907 不再需要像 Incoloy 903 那样进行特殊处理。但是，它需要比普通人更长的老化处理时间沉淀强化合金以确保持久的性能。这种过时效处理降低了合金的瞬态性能。

在 Incoloy 907 合金推出后不久，研究人员偶然发现，增加硅含量可以进一步改善低膨胀合金的耐久性能。这成为解决问题的关键。研究人员利用这一特性为 Incoloy 907 增加了更多的硅含量并更好地控制了铝含量，并开发了第三代低膨胀高温合金：Incoloy 909。

Incoloy 909 将硅含量控制在 0.4% 左右，铝含量控制在 0.15% 以下。这最大限度地提高了 Incoloy 909 的耐用性能。同时，通过控制晶粒尺寸，Incoloy 909 获得了更好的综合性能。

三种材料之间的关系

Incoloy 903 具有优异的高温强度和低线性膨胀系数。它是专门加工的，以满足控制发动机中零件间距的需要。

Incoloy 907 对铝含量的控制更好，添加了更多的铌，解决了 Incoloy 903 耐久性不足的问题。

Incoloy 909 在 Incoloy 907 的基础上添加了更多的硅，从而提高了合金的整体性能。

相似之处

这三种合金都是沉淀强化合金。在 Incoloy 903 中，铝和铌都有助于沉淀增强。在 Incoloy 907 和 Incoloy 909 中，铝含量受到控制，铌主要负责析出强化。沉淀强化保证了合金的高温强度。

这三种合金都是铁镍钴合金。镍含量确保了合金的低线性膨胀系数。钴含量提高了合金的居里温度，使合金在高温下具有低膨胀性能。

Incoloy 907 的铝含量低于 Incoloy 903，铌含量高于 Incoloy 903。这既保证了合金的高温强度，又提高了合金的耐久性能。Incoloy 909 的铝含量低于 Incoloy 907，硅含量高于 Incoloy 907。这进一步提高了持久性能。