Inconel 738LC 铸造高温合金综合指南

目录

什么是 Inconel 738LC？

Inconel 738LC 的特点

Inconel 738LC 的化学成分

Inconel 738LC 的物理特性

Inconel 738LC 的拉伸性能

Inconel 738LC 的蠕变断裂性能

Inconel 738LC 的应用

Inconel 738LC 的可加工性

IN738LC 固溶体冷却速率对合金组织和性能的影响

什么是 Inconel 738LC？

Inconel 738LC （UNS R30783），也称为铬镍铁合金 738LC，主要由镍组成，并含有大量的铬、铝和铌，以提高耐热性和抗氧化性。 同时，这种合金的膨胀率相对较小，因此能够更好地应对高温高压环境。

Inconel 738LC 是 Inconel 738 合金的低碳版本。 “LC”代表“低碳”，这意味着 Inconel 738LC 的碳含量低于原始 Inconel 738 合金的碳含量。 这种改性降低了碳含量，有助于改善极端温度下的抗氧化和热蠕变性能，使 Inconel 738LC 在高温环境中实现更好的抗氧化稳定性和抗蠕变性。 因此，Inconel 738LC 被广泛用于航空航天领域和其他领域的关键部件。

研究表明，铬镍铁合金 718LC 在 1300 华氏度（相当于 704 摄氏度）以上的温度下表现出优异的抗氧化性。 其对应力加速晶间氧化 （SGBO） 的抵抗力与 INCONEL 合金 718 相当，明显优于 INCOLOY 合金 909。 0.282 磅/英寸时的密度3 （或 7.81 克/厘米3），比 INCONEL 合金 5 和 INCOLOY 合金 718 的密度低 909%，后者显著提高了强度重量比。 Inconel 合金 718LC 的性能在制造和加工方面都与 Inconel 合金 718 相似，并且不像 Incoloy 合金 909 那样受到限制。 此外，特殊金属 Inconel 合金 783 可用作锻造坯料 （AMS 5940）。 它还可用于生产机加工棒材、挤压型材和线材。

Inconel 738LC 的特点

一般来说，Inconel 合金系列具有以下特点：

高温强度： 铬镍铁合金即使在高温环境中也能保持高强度，并具有出色的抗氧化和抗蠕变性。

耐腐蚀性：铬镍铁合金具有优异的耐腐蚀性和抗氧化性，包括耐酸、碱和盐腐蚀。

热膨胀：Inconel 合金具有较低的热膨胀系数，即使在高温环境中也能保持相对稳定的尺寸。

Inconel 738LC 的化学成分

元素

最小值

最大值

元素

最小值

最大值

C

0.09

0.13

CB

0.6

1.1

锰

–

0.2

钛

3.2

3.7

四

–

0.3

人工智能

3.2

3.7

W

2.4

2.8

B

0.007

0.012

S

–

0.015

锆

0.03

0.08

P

–

0.015

公司

8

9

铬

15.7

16.3

钽

1.4

2

莫

1.5

2

铁

–

0.35

眼睛 + T

6.5

7.2

镍

Inconel 738LC 的物理特性

沉淀硬化

固溶退火

温度

等

言论

1120°C

2 小时

小于 25~40°C/min~800°C

人口老龄化

温度

等

言论

845°C

24 小时

风冷

IN738LC 固溶处理

在不同温度和保温时间下进行固溶处理后，XOY 表面的粒度随着温度和保留时间的增加而增加，但 1230 °C 以上的粒度变化不大。 XOZ 表面的晶粒从粗柱状晶体变为等轴晶体。

研究发现，经过不同的固溶处理 + 中间处理 + 老化处理后，不同籽粒之间析出了不同形式的 γ' 相。 已经证实，经过中间处理后，γ' 期的形态出现差异，不规则的 γ 期和 M 期变得更大。23C6 经过中间处理后，碳化物在晶界处析出。

比较高温拉伸力学性能可知，经过热等静压+固溶处理（738 °C × 1230h，炉冷）+中间热处理后，SLM形成的IN2LC合金具有最佳的综合高温力学性能。 （1120°C×2h，炉冷）+时效处理（900°C×24h，风冷）。 在 1000 °C 时，σb 水平方向为 375 MPa，垂直方向为 385 MPa，水平方向为 c 为 260 MPa，垂直方向为 259 MPa，水平方向为 δ 7%，垂直方向为 11.1%，水平方向为 5.5%，垂直方向为 13%。 在 1100°C 时，除纵向截面收缩率略有增加外，其他指标均明显下降。 其中，σb 水平为 149 MPa，垂直为 153 MPa，cs 水平为 84 MPa，垂直为 100 MPa，δ 水平为 5.5%，垂直为 9.91%，水平为 ψ 5%，垂直为 15%。

Inconel 738LC 的拉伸性能

温度 （°C）

屈服量 N/mm2 分钟

UTS、N/毫米2 分钟

伸长率，min A5 （％）

面积减少，最小 （%）

25

792

895

4

5

650

690

895

4

5

Inconel 738LC 的蠕变断裂性能

温度 （°C）

应力 （N/mm2)

使用寿命（小时）

伸长率 （A）4）（％）

面积缩减率 （Z） （%）

982

152

≥30

≥5

≥10

Inconel 738LC 的应用

Inconel 738LC 是一种高温合金，广泛用于各种极端环境下的设备。 以下是 Inconel 738LC 在各个领域的一些应用示例：

航空工业：由于其优异的高温和抗氧化性，Inconel 738LC 常用于制造航空发动机中的燃烧器、涡轮叶片、紧固件、泵和阀门等关键部件。 这对于提高航空发动机的效率和可靠性尤为重要。

燃气轮机：由于它们经常在高温高压环境中运行，因此使用 Inconel 738LC 制造的高温叶轮和整体式涡轮机等关键部件非常理想。

能源工业 ： 包括核工业、石油和石化工业。 这些环境需要耐高温、耐腐蚀和耐高压的材料，而 Inconel 738LC 的特性使其成为理想的选择。

化学和环境设备：Inconel 738LC 是制造此类设备的首选材料，因为这些设备必须耐腐蚀并防止化学品的长期损坏。

这只是 Inconel 738LC 应用的一个例子，但随着技术的发展，其应用领域正在扩大。

Inconel 738LC 的可加工性

Inconel 738LC 是一种难以加工的镍基高温合金，主要是由于其高硬度、强度和优异的耐热性。 Inconel 738LC 的加工注意事项包括：

切割：Inconel 738LC 会在切割过程中对切削工具造成严重磨损。 为了减轻这种影响，通常需要使用由高耐磨性材料制成的切削工具，例如硬质合金、金刚石和陶瓷切削工具。 此外，切削速度会相对较慢，这可能需要使用冷却液。

焊接：Inconel 738LC 可以使用多种常规方法进行焊接，例如钨极惰性气体保护焊和铠装金属电弧焊，但需要精确的焊接程序来控制热影响区，并且可能需要预热和后热处理。 焊接 Inconel 738LC 需要专业技能来减轻焊接裂纹和其他焊接缺陷。

IN738LC 固溶体冷却速率对合金组织和性能的影响

IN738LC合金是在IN738C合金的基础上改进的低碳合金，是一种镍基沉淀硬化铸造高温合金，含有900种主要难熔元素（W、Mo、Nb、Ta），具有良好的蠕变强度和耐热腐蚀性能。 其他低铬高强度高温合金。 广泛应用于船舶上和738°C以下地面的工业燃气轮机长寿命部件、飞机发动机的涡轮部件、耐腐蚀部件等。 在制造过程中，往往由于存在合金问题的制造商性能不稳定，γ'相是镍基高温合金最重要的增强相。 通过调整热处理工艺来改变 γ' 相的尺寸、形貌和分布，并改善合金性能的优化，合金的尺寸、形貌和分布对合金的机械性能（如拉伸、耐久性和蠕变）有重大影响。 稳定性。 本文主要讨论了各种固溶热处理冷却速率对 INXNUMXLC 合金组织和性能的影响，并选择最优的热处理工艺来指导实际生产。

1. 测试材料和测试方法

该测试使用相同的炉基合金锭。 合金成分如表 1 所示。 在 ZG-4 真空感应熔炼炉中，按照与常规铸造相同的工艺切割 4 段 25 公斤的材料段，从炉体合金到坯料试棒的 7 毫米规格形成。 、模壳烧成温度900°C，采用砂模成型法。 铸造后，对毛坯试棒进行固溶+时效热处理。 图 1 显示了不同固溶热处理体系中试件的曲线，固溶处理的冷却速率分别为 20、30、40 和 60 °C。 每个最高 850°C/min。 所有标本最终都受到了诉讼时效的约束。 工艺为 845°C×24h 风冷。

表 1 基础合金的化学成分（质量分数，%）

C

0.09-0.13

铬

15.70-16.30

公司

8.0-9

W

2.4-2.8

莫

1.5-2

铝

3.20-3.7

钛

3 20-3.7

铌

0.60-1.1

钽

1.50-2

B

0.005-0.015

锆

0.025-0.08

镍

巴尔。

图 1 固溶处理工艺曲线

将热处理试样分别加工成直径为 5 mm 的 5D 拉伸试样和耐久试样，进行室温拉伸试验和 982°C 耐久试验，采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察不同热处理体系试件的结构。

2. 测试结果

2.1 冷却速率对 γ' 相尺寸的影响

图 2 显示了石晶和 γ' 相在铸造状态和不同冷却速率下固溶处理后的形态。 从图 2 （a1）、（b1）、（c1）、（d1） 和 （e1） 可以看出，热处理后枝晶的形貌和铸造状态没有显着变化。 这主要与枝晶的形态和凝结过程有关，次生枝晶区间不随热处理而改变。 从不同维度的组织观察中可以看出，γ' 相类似于立方体或球体。 从图 2 （A2） 和 （A3） 中可以看出，铸造状态下的 γ' 截面主要是方形的，大小均匀，部分 γ' 的角略呈圆角。 在以 20、30 和 40 °C/min 的冷却速率溶解固体的样品中[图 2（b）、（c） 和 （d）]，γ' 相仍以立方体形式存在，并且随着冷却速率的增加γ“相变为立方体形状并变得更加规则，并且 γ 相的尺寸比铸造状态更大，并且分布在较小的 γ' 相周围。 在固溶体中冷却至 60 °C/min 的样品中，粗 γ' 相为球形，较细的 γ' 分布在粗 γ' 相周围，粗 γ' 相的数量减少，细γ的数量增加（见图 2（e2） 和 （e3））。 热处理后，具有不同冷却速率的试样具有共同特征。 γ' 大小增加，超过了转换状态的大小，并且 γ' 形状变得更加规则。 比较图 2 中的 （b3） 和 （b2）、（c3） 和 （c2） 以及 （d3） 和 （d2），可以看出即使在热处理后，树枝状晶体和树枝状晶体之间仍然存在偏析。 树枝状晶体之间的γ'比树枝状晶体的树干更粗糙、更不均匀，树枝状晶体树干的γ'三级角比较尖锐。 相比之下，树枝状晶体之间的 γ' 边缘与树枝状晶体的树干相比相对圆润。

2.2 不同冷却速率对拉伸和耐久性能的影响

从图 3（a） 中可以看出，在固溶体中以 60°C/min 冷却的试件的拉伸强度和屈服强度最高，伸长率 A5 和横截面收缩 Z 最低。 以 20 °C/min 冷却的试件强度指数最低，塑性指数 A5 和 Z 最高。 30°C/min冷却试件的强度和塑性指数处于中等水平，30°C/min冷却的试件塑性指数处于中等水平。 30°C/min冷却试件的强度和塑性指数处于中等水平，30°C/min冷却的试件的强度和塑性指数处于中等水平。 该指标处于中等水平，伸长率随冷却速率的增加而增加，γ' 粒径减小，拉伸强度和屈服强度增加，但伸长率呈下降趋势。 从图 3（b） 中，在耐久寿命中，冷却至 20°C/min 的试样的耐久寿命增加，伸长率最低，观察到冷却至 60°C/min 的试样的伸长率和横截面收缩率。 耐久寿命和伸长率是最好的。 以 20 °C/min 冷却的试样具有最低的耐久性和伸长率，而以 60 °C/min 冷却的试样具有最高的耐久性和横截面收缩率。 考虑到拉伸性能和耐久性，在 30°C 和 40°C/min 下冷却的试样具有中等强度和塑性。

3。 争论

IN738LC合金是通过普通高温合金铸造而成的地面内燃机的涡轮部件。 为了获得一定的高温强度和良好的塑性，一般采用合金进行不完全固溶处理。 铸造高温合金在铸造状态下的组织通常表现为树枝状主干和树枝状晶体的凝结性能介于成分的异质性和结构的异质性之间。 由于固体熔化温度和时间的延长，这些元素彼此显着扩散。 即去除偏析是好的，但在不完全固溶处理中很难去除这种铸细偏析。 本文也对此进行了说明。 由于微分割原因，1120°C 热处理后的样品仍然存在。

图 2 仍以不同冷却速率铸造的试样的树枝状晶体和 γ' 相形貌和用固溶体处理的试样 （a） 仍然铸造。 （b） 20°C/分钟 （c） 30°C/分钟 （d） 40°C/分钟 （e） 60°C/分钟 （1） 树突形态。 （2） γ' 树干上的树突。 （3） γ' 之间的枝晶

图 3 冷速差异对室温拉伸特性 （a） 和 982°C/151MPa 耐久性 （b） 的影响

经不同冷热处理进行固溶热处理后，显微组织的变化明显，主要是镍基铸件尺寸和形状的γ组织差异很大，力学性能得到改善，观察到细小均匀的γ组织。 的有益力量。 本文阐明了在 1120°C 不完全固溶热处理、固溶处理过程中，大部分 γ' 相返回基体并在随后的冷却过程中析出，但不同 γ' 相沉淀形式的冷却速率具有显着影响。 冷却速率大，γ'相的成核速率大，γ'相的形成越来越小。 当冷却速率较小时，γ' 相的成核速率较小，并产生较大尺寸的 γ' 相。 γ' 相的形态取决于键合作用的应变和界面能。 在低温下，1120 相之间的不一致性更大，γ' 相的形貌主要取决于应变能的影响。 立方体形状在几种形式中具有最低的应变能，应变能的降低导致 γ' 相长成规则的立方体形状。 随着温度的升高，XNUMX 相之间的差异减小，界面能起着重要作用。 球形的界面能比立方体小。 因此，γ' 相角钝化有助于降低界面能。 在本文中，以 XNUMX °C 的高热处理温度进行固溶温度热处理，并将冷却速率设置为 XNUMX °C，以降低冷却速率，降低界面能量，降低冷却过程中的界面能量。 γ' 角度遮挡越小，越严重，随着冷却速率的增加，界面能增加，导致 γ' 相以立方晶体的形式沉淀。

位错围绕 γ' 期移动。 规则的 γ' 相有利于完整筏组织的快速形成，更有效地组织 γ' 相周围的位错有助于提高强度性能，当 γ' 和 γ 之间的界面在非共晶格界面处失去位错的共晶格的性质时，就会发生 γ' 角钝化，这容易产生位错源并导致合金性能下降。 具有较高 γ' 体积分数的 PWA1480 合金的 CT Sims PWA1480具有较高 γ' 体积分数的高温合金的 CT Sims 得出结论，低于 760°C 的屈服强度与 γ' 相尺寸成反比。 在本文中，随着冷却速率的增加，γ' 相尺寸减小，拉伸强度和耐久寿命增加。 这与 CT Sims 的结论一致。

4. 结论

随着固溶过程冷却速率的增加，拉伸强度、耐用寿命和耐久性可塑性增加，但拉伸塑性降低。

在 850°C 下固溶处理后，以 30~40°C/min 的冷却速度冷却至 1120°C，然后风冷至室温，可赋予IN738LC合金强度和塑性的最佳匹配。