鎳合金具有不可替代性，包括國(guó)防、能源、船舶、航空工業(yè)和其他需要高性能和可靠材料的應(yīng)用領(lǐng)域，并且其一般用于極端高溫的承載應(yīng)用中，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了任何其他合金的適用性。
今天從定義到制造再到熱處理，深度的來(lái)了解一下這個(gè)不可替代的合金。
鎳的定義
純鎳是銀白色的金屬，熔點(diǎn)高(1455度)，力學(xué)功能和冷、熱壓力加工功能好，耐腐蝕性，是耐熱濃堿溶液腐蝕的好材料，耐中性和微酸性溶液以及有機(jī)溶劑，在大氣、淡水和海水中化學(xué)性安穩(wěn)，但不耐氧化性酸和高溫含硫氣體的腐蝕。一般用作機(jī)械、化工設(shè)備的耐腐蝕構(gòu)建，精密儀器結(jié)構(gòu)件，電子管和無(wú)線電設(shè)備零件，器械及食品工業(yè)餐具器皿等。
鎳合金
鎳合金又稱為鎳基合金 是以鎳為基加入其他元素組成的合金。1905年前后制出的含銅約30%的蒙乃爾（Monel）合金，是較早的鎳合金。鎳具有良好的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蝕性、高溫強(qiáng)度和改善某些物理性能，在化工、電子、醫(yī)療、航空航天等部門有著廣泛的用途。
鎳合金按用途可分為：
（1）鎳基高溫合金：主要合金元素有鉻、鎢、鉬、鈷、鋁、鈦、硼、鋯等。其中鉻起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素起強(qiáng)化作用。在650～1000℃高溫下有較高的強(qiáng)度和抗氧化、抗燃?xì)飧g能力，是高溫合金中應(yīng)用最廣、高溫強(qiáng)度最高的一類合金。用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆、能源轉(zhuǎn)換設(shè)備上的高溫零部件。
（2）鎳基耐蝕合金：主要合金元素是銅、鉻、鉬。具有良好的綜合性能，可耐各種酸腐蝕和應(yīng)力腐蝕。最早應(yīng)用的是鎳銅合金，又稱蒙乃爾合金；此外還有鎳鉻合金、鎳鉬合金、鎳鉻鉬合金等。用于制造各種耐腐蝕零部件。
（3）鎳基耐磨合金：主要合金元素是鉻、鉬、鎢，還含有少量的鈮、鉭和銦。除具有耐磨性能外，其抗氧化、耐腐蝕、焊接性能也好?？芍圃炷湍チ悴考?，也可作為包覆材料，通過堆焊和噴涂工藝將其包覆在其他基體材料表面。
（4）鎳基精密合金：包括鎳基軟磁合金、鎳基精密電阻合金和鎳基電熱合金等。最常用的軟磁合金是含鎳80%左右的坡莫合金，其最大磁導(dǎo)率和起始磁導(dǎo)率高，矯頑力低，是電子工業(yè)中重要的鐵芯材料。鎳基精密電阻合金的主要合金元素是鉻、鋁、銅，這種合金具有較高的電阻率、較低的電阻率溫度系數(shù)和良好的耐蝕性，用于制作電阻器。鎳基電熱合金是含鉻20%的鎳合金，具有良好的抗氧化、抗腐蝕性能，可在1000～1100℃溫度下長(zhǎng)期使用。
（5）鎳基形狀記憶合金：含鈦的鎳合金。其回復(fù)溫度是70℃，形狀記憶效果好。少量改變鎳鈦成分比例，可使回復(fù)溫度在30～100℃范圍內(nèi)變化。多用于制造航天器上使用的自動(dòng)張開結(jié)構(gòu)件、宇航工業(yè)用的自激勵(lì)緊固件、生物醫(yī)學(xué)上使用的人造心臟馬達(dá)等。
鎳合金的成型工藝
金屬常見的鑄造工藝、沖壓工藝等都是鎳合金加工的常用方式。
（1）鍛造：鍛造是最普遍的金屬加工工藝，通過反復(fù)將金屬加熱錘擊淬火，直到得到想要的形狀。適合單件和小批量生產(chǎn)。
工藝流程：開合模具鍛造：加熱的金屬塊通過上下模具錘壓成型，用于延長(zhǎng)金屬形狀，必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工手工操作；閉合模具鍛造：加熱的金屬塊（黃色部分）通過上下模具錘壓成型，用于金屬的快速成型
（2）沖壓成型：是一種金屬冷處理加工方法，又被稱之為冷沖壓或板料沖壓，借助沖壓設(shè)備的動(dòng)力，使金屬板材在模具內(nèi)直接受力成型，沖壓的零件廣泛應(yīng)用于汽車零件制造和家用電器的制造。適合大批量生產(chǎn)。
工藝流程：將金屬板材固定在模具臺(tái)面上 → 沖頭垂直下落，使金屬板材在模具內(nèi)部受力成型 → 沖頭上升，零件被取出等待下一步修邊打磨工序，整個(gè)過程在1s-1min左右
（3）失蠟成型：是一種少切削或無(wú)切削的精密鑄造工藝，生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其它精密鑄造方法要高。
工藝流程：
步驟1：將熔化的液態(tài)蠟注入到事先準(zhǔn)備好的金屬模具中，冷卻凝固后形成多個(gè)蠟制部件
步驟2：利用蠟熔點(diǎn)低的特點(diǎn)，將單個(gè)蠟制部件組合連接成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)
步驟3：將組合好的蠟制樹狀結(jié)構(gòu)浸泡在陶瓷漿料中
步驟4：在陶瓷表面噴上耐高溫防火粒子
步驟5：在500°-1095°的高溫烤箱中，內(nèi)部的蠟將熔化并且流失殆盡，形成一個(gè)空心的陶瓷樹狀結(jié)構(gòu)
步驟6：將熔化的液態(tài)金屬（灰色部分）注入，并且填滿陶瓷的空心腔體內(nèi)
步驟7：等待腔體內(nèi)的液態(tài)金屬完全冷卻固化后，將外表面的陶瓷硬殼敲碎，最后將單個(gè)金屬零件從樹狀結(jié)構(gòu)中切割分離
鎳基合金的熱處理
熱處理作為材料科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)鎳基合金的性能具有重要影響。在熱處理過程中主要通過調(diào)整材料的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鎳基合金性能的優(yōu)化。該過程通常包括固溶處理、淬火和時(shí)效處理幾個(gè)階段。
固溶處理
固溶處理是將鎳基合金加熱到高溫并保持一段時(shí)間，以便合金中的各種元素完全溶解形成均勻的固溶體，然后快速冷卻以獲得過冷的單相固溶體。此過程可以增大晶粒從而提高合金的塑性和韌性。
淬火過程
隨后是淬火過程，該過程中合金被迅速冷卻通常是在水或其他冷卻介質(zhì)中以抑制晶體缺陷的形成，從而提高合金的硬度和強(qiáng)度。此外淬火也有助于防止組織中的不均勻性，保持材料的穩(wěn)定。
最后時(shí)效處理
最后時(shí)效處理是在比固溶處理低的溫度下保持一定時(shí)間，使超飽和固溶體中的溶質(zhì)原子逐漸析出形成細(xì)小的第二相粒子。這些粒子通常均勻地分布在基體上，這種微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整使得鎳基合金的硬度和強(qiáng)度得到進(jìn)一步提升同時(shí)保持一定的塑性和韌性。
需要注意的是鎳基合金熱處理過程的具體參數(shù)，如溫度、時(shí)間和冷卻速率等要根據(jù)合金的具體成分和所需的性能來(lái)確定。不當(dāng)?shù)臒崽幚砜赡軙?huì)導(dǎo)致材料性能的不良改變，如晶粒長(zhǎng)大過度可能會(huì)降低合金的強(qiáng)度，析出相的過量增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致韌性下降。
文章來(lái)源： 51DESIGN我要設(shè)計(jì)，鋼鐵智者，七號(hào)記
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今天從定義到制造再到熱處理，深度的來(lái)了解一下這個(gè)不可替代的合金。
鎳的定義
純鎳是銀白色的金屬，熔點(diǎn)高(1455度)，力學(xué)功能和冷、熱壓力加工功能好，耐腐蝕性，是耐熱濃堿溶液腐蝕的好材料，耐中性和微酸性溶液以及有機(jī)溶劑，在大氣、淡水和海水中化學(xué)性安穩(wěn)，但不耐氧化性酸和高溫含硫氣體的腐蝕。一般用作機(jī)械、化工設(shè)備的耐腐蝕構(gòu)建，精密儀器結(jié)構(gòu)件，電子管和無(wú)線電設(shè)備零件，器械及食品工業(yè)餐具器皿等。
鎳合金
鎳合金又稱為鎳基合金 是以鎳為基加入其他元素組成的合金。1905年前后制出的含銅約30%的蒙乃爾（Monel）合金，是較早的鎳合金。鎳具有良好的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，添加適宜的元素可提高它的抗氧化性、耐蝕性、高溫強(qiáng)度和改善某些物理性能，在化工、電子、醫(yī)療、航空航天等部門有著廣泛的用途。
鎳合金按用途可分為：
（1）鎳基高溫合金：主要合金元素有鉻、鎢、鉬、鈷、鋁、鈦、硼、鋯等。其中鉻起抗氧化和抗腐蝕作用，其他元素起強(qiáng)化作用。在650～1000℃高溫下有較高的強(qiáng)度和抗氧化、抗燃?xì)飧g能力，是高溫合金中應(yīng)用最廣、高溫強(qiáng)度最高的一類合金。用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆、能源轉(zhuǎn)換設(shè)備上的高溫零部件。
（2）鎳基耐蝕合金：主要合金元素是銅、鉻、鉬。具有良好的綜合性能，可耐各種酸腐蝕和應(yīng)力腐蝕。最早應(yīng)用的是鎳銅合金，又稱蒙乃爾合金；此外還有鎳鉻合金、鎳鉬合金、鎳鉻鉬合金等。用于制造各種耐腐蝕零部件。
（3）鎳基耐磨合金：主要合金元素是鉻、鉬、鎢，還含有少量的鈮、鉭和銦。除具有耐磨性能外，其抗氧化、耐腐蝕、焊接性能也好?？芍圃炷湍チ悴考?，也可作為包覆材料，通過堆焊和噴涂工藝將其包覆在其他基體材料表面。
（4）鎳基精密合金：包括鎳基軟磁合金、鎳基精密電阻合金和鎳基電熱合金等。最常用的軟磁合金是含鎳80%左右的坡莫合金，其最大磁導(dǎo)率和起始磁導(dǎo)率高，矯頑力低，是電子工業(yè)中重要的鐵芯材料。鎳基精密電阻合金的主要合金元素是鉻、鋁、銅，這種合金具有較高的電阻率、較低的電阻率溫度系數(shù)和良好的耐蝕性，用于制作電阻器。鎳基電熱合金是含鉻20%的鎳合金，具有良好的抗氧化、抗腐蝕性能，可在1000～1100℃溫度下長(zhǎng)期使用。
（5）鎳基形狀記憶合金：含鈦的鎳合金。其回復(fù)溫度是70℃，形狀記憶效果好。少量改變鎳鈦成分比例，可使回復(fù)溫度在30～100℃范圍內(nèi)變化。多用于制造航天器上使用的自動(dòng)張開結(jié)構(gòu)件、宇航工業(yè)用的自激勵(lì)緊固件、生物醫(yī)學(xué)上使用的人造心臟馬達(dá)等。
鎳合金的成型工藝
金屬常見的鑄造工藝、沖壓工藝等都是鎳合金加工的常用方式。
（1）鍛造：鍛造是最普遍的金屬加工工藝，通過反復(fù)將金屬加熱錘擊淬火，直到得到想要的形狀。適合單件和小批量生產(chǎn)。
工藝流程：開合模具鍛造：加熱的金屬塊通過上下模具錘壓成型，用于延長(zhǎng)金屬形狀，必須由經(jīng)驗(yàn)豐富的操作工手工操作；閉合模具鍛造：加熱的金屬塊（黃色部分）通過上下模具錘壓成型，用于金屬的快速成型
（2）沖壓成型：是一種金屬冷處理加工方法，又被稱之為冷沖壓或板料沖壓，借助沖壓設(shè)備的動(dòng)力，使金屬板材在模具內(nèi)直接受力成型，沖壓的零件廣泛應(yīng)用于汽車零件制造和家用電器的制造。適合大批量生產(chǎn)。
工藝流程：將金屬板材固定在模具臺(tái)面上 → 沖頭垂直下落，使金屬板材在模具內(nèi)部受力成型 → 沖頭上升，零件被取出等待下一步修邊打磨工序，整個(gè)過程在1s-1min左右
（3）失蠟成型：是一種少切削或無(wú)切削的精密鑄造工藝，生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其它精密鑄造方法要高。
工藝流程：
步驟1：將熔化的液態(tài)蠟注入到事先準(zhǔn)備好的金屬模具中，冷卻凝固后形成多個(gè)蠟制部件
步驟2：利用蠟熔點(diǎn)低的特點(diǎn)，將單個(gè)蠟制部件組合連接成一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)
步驟3：將組合好的蠟制樹狀結(jié)構(gòu)浸泡在陶瓷漿料中
步驟4：在陶瓷表面噴上耐高溫防火粒子
步驟5：在500°-1095°的高溫烤箱中，內(nèi)部的蠟將熔化并且流失殆盡，形成一個(gè)空心的陶瓷樹狀結(jié)構(gòu)
步驟6：將熔化的液態(tài)金屬（灰色部分）注入，并且填滿陶瓷的空心腔體內(nèi)
步驟7：等待腔體內(nèi)的液態(tài)金屬完全冷卻固化后，將外表面的陶瓷硬殼敲碎，最后將單個(gè)金屬零件從樹狀結(jié)構(gòu)中切割分離
鎳基合金的熱處理
熱處理作為材料科學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)鎳基合金的性能具有重要影響。在熱處理過程中主要通過調(diào)整材料的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鎳基合金性能的優(yōu)化。該過程通常包括固溶處理、淬火和時(shí)效處理幾個(gè)階段。
固溶處理
固溶處理是將鎳基合金加熱到高溫并保持一段時(shí)間，以便合金中的各種元素完全溶解形成均勻的固溶體，然后快速冷卻以獲得過冷的單相固溶體。此過程可以增大晶粒從而提高合金的塑性和韌性。
淬火過程
隨后是淬火過程，該過程中合金被迅速冷卻通常是在水或其他冷卻介質(zhì)中以抑制晶體缺陷的形成，從而提高合金的硬度和強(qiáng)度。此外淬火也有助于防止組織中的不均勻性，保持材料的穩(wěn)定。
最后時(shí)效處理
最后時(shí)效處理是在比固溶處理低的溫度下保持一定時(shí)間，使超飽和固溶體中的溶質(zhì)原子逐漸析出形成細(xì)小的第二相粒子。這些粒子通常均勻地分布在基體上，這種微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整使得鎳基合金的硬度和強(qiáng)度得到進(jìn)一步提升同時(shí)保持一定的塑性和韌性。
需要注意的是鎳基合金熱處理過程的具體參數(shù)，如溫度、時(shí)間和冷卻速率等要根據(jù)合金的具體成分和所需的性能來(lái)確定。不當(dāng)?shù)臒崽幚砜赡軙?huì)導(dǎo)致材料性能的不良改變，如晶粒長(zhǎng)大過度可能會(huì)降低合金的強(qiáng)度，析出相的過量增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致韌性下降。
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