Alloy K - 500鎳合金材料概述

一、化學(xué)成分

Alloy K - 500是一種鎳基合金，其化學(xué)成分（質(zhì)量百分比）如下:

Ni：63.0–70.0、Al：2.3–3.15、Fe：2.00max、Mn：1.5max、Ti：0.35–0.85、Si：0.5max、C：0.25max、S：0.01max。

二、性能特點

（一）機械性能

強度方面

Alloy K - 500的拉伸強度通常是Alloy400鎳銅合金的兩倍，屈服強度是Alloy400鎳銅合金的三倍。

對于棒料，屈服強度RP0.2MPA≥620，拉伸強度RMMPA≥900，伸長率[%]≥17，硬度[HB]≤250。

硬度方面：鐵的添加可以增加合金的硬度，合金中的其他元素配比也有助于其獲得合適的硬度值，滿足不同應(yīng)用場景需求。

（二）物理特性

密度為0.305lb/in3(8.44g/cm3)；彈性模量 (E) 在70°F(20°C)時為26x103 ksi(179GPa)；剛度模量 (G) 在70°F(20°C)時為9.5x103 ksi(65.5GPa)；膨脹系數(shù)在70華氏度至600華氏度為8.3µ英寸/英寸 - 華氏度，在20°C至300°C為14.9µm/m - °C；電阻率為25.2µΩ。英寸(64µΩ.cm)；導(dǎo)熱系數(shù)為121Btuin/ft2hr - °F(17.5W/m - K) 。

（三）耐腐蝕性

在一般條件下，其耐腐蝕性能與Alloy 400相當(dāng)。從純凈水到高濃度的鹽溶液和堿溶液，對許多介質(zhì)都有好的耐腐蝕性。幾乎對氯離子引起的應(yīng)力腐蝕開裂免疫，但在沉淀硬化狀態(tài)以及接近屈服強度的應(yīng)力條件下，對熱氫氟酸蒸汽引起的應(yīng)力腐蝕開裂較敏感。

在快速流動的海水和海洋大氣中，具有良好的耐蝕性，但在流動較少或幾乎靜止的海水中，可能發(fā)生點蝕，也具有很好的抗酸性氣體介質(zhì)的能力。

（四）低溫性能

低溫性能非常出色，拉伸和屈服強度隨著溫度的降低而增加，而延展性和韌性幾乎不受損害。即使在低至-200°C的溫度下也不會發(fā)生韌性 - 脆性轉(zhuǎn)變，在零下（包括低溫）溫度下表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

（五）磁性

該合金在低于-101°C的溫度下是非磁性的。低磁導(dǎo)率、高強度和良好耐腐蝕性的組合使其在油井測量設(shè)備和電子元件等許多應(yīng)用中發(fā)揮作用，不過在加工過程中可能在材料表面形成磁性層，例如鋁和銅在加熱過程中被選擇性氧化時，會在工件外部留下一層富磁性鎳膜，這種效果在細線或帶材上尤其明顯。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

航空航天領(lǐng)域：因其出色的耐高溫性能、良好的機械性能和好的抗腐蝕能力而被應(yīng)用。

化工領(lǐng)域：可用于處理腐蝕性介質(zhì)，例如在化工加工中的泵和閥組件等。

海洋領(lǐng)域：如在海洋中的油井鉆機軸環(huán)和儀表、泵軸和葉輪等方面使用，在快速流動的海水和海洋大氣中有良好耐蝕性。

能源領(lǐng)域：其性能可以滿足能源相關(guān)設(shè)備的需求。

在電子元件方面：低磁導(dǎo)率、高強度和良好耐腐蝕性的組合適合電子元件的制造。

四、生產(chǎn)加工相關(guān)

（一）冶煉

為了獲得更純凈化的鋼水，減低氣體含量與有害元素含量；同時由于部分合金中有易氧化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶煉難以控制；更是為了獲得更好的熱塑性，通常采用真空感應(yīng)爐熔煉，甚至用真空感應(yīng)冶煉加真空自耗爐或電渣爐重熔方式進行生產(chǎn)。

（二）變形

采用鍛造、軋制工藝，對于熱塑性差的合金甚至采用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝，目的是為了破碎鑄造組織，優(yōu)化微觀組織結(jié)構(gòu)。

（三）鑄造

通常用真空感應(yīng)爐熔煉母合金保證成分與控制氣體與雜質(zhì)含量，并用真空重熔 - 精密鑄造法制成零件。

（四）熱處理

變形合金和部分鑄造合金需進行熱處理，包括固溶處理、中間處理和時效處理。例如Udmet500合金的熱處理制度分為四段：固溶處理，1175℃，2小時，空冷；中間處理，1080℃，4小時，空冷；一次時效處理，843℃，24小時，空冷；二次時效處理，760℃，16小時，空冷，以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。Alloy K - 500的固溶退火為980 - 1040℃，時效硬化為540 - 600°C。