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英高鎳合金

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英高鎳718圓棒

英高鎳合金（Inconel）（又稱因康鎳合金、因科鎳合金等）是SMC（Special Metals Corporation）國際超合金集團生產的奧氏體鎳鉻基高溫合金系列商標。[1]

英高鎳合金耐氧化、耐腐蝕的特性使其適用於高溫高壓的嚴苛環境。英高鎳合金受熱時，合金表面會鈍化出一層又厚又穩定的氧化層，保護合金內部不受腐蝕。英高鎳合金在很廣的溫度範圍內能維持良好的機械性質，這點是常見的工程金屬如鋼、鋁等所做不到的，這些常見工程金屬只要遇上高溫，往往晶體內就開始產生缺陷，進而導致嚴重蠕變。英高鎳合金視型號不同，利用固溶強化或析出硬化的機制在高溫下維持良好機械性質。[2][3]

因上段所述原因，英高鎳合金普遍用於高溫用途。而工程上有時簡稱英高鎳合金為"Inco"。常見的英高鎳625商標名包含： Inconel 625（英語：Inconel 625）, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 及 Nicrofer 6020等。[4]

歷史

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英高鎳合金系列最早於1940年代由英國赫里福德的威金斯合金廠（Wiggin Alloys）開發，以支持惠特爾噴射引擎的相關研究[5]，該廠後來被SMC國際超合金集團（英語：Special Metals Corporation）收購。[6]

化學組成

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不同型號的英高鎳合金有著大不相同的化學組成，然而皆由鎳為主成分，而鉻占比第二。

Inconel 元素 (以重量百分比計，%)
鎳 鉻 鐵 鉬 鈮 鈷 錳 銅 鋁 鈦 矽 碳 硫 磷 硼
600[7] 72.0 14.0–17.0 6.0–10.0 1.0 0.5 0.5 0.15 0.015
617[8] 44.2–56.0 20.0–24.0 3.0 8.0–10.0 10.0–15.0 0.5 0.5 0.8–1.5 0.6 0.5 0.15 0.015 0.015 0.006
625[9] 58.0 20.0–23.0 5.0 8.0–10.0 3.15–4.15 1.0 0.5 0.4 0.4 0.5 0.1 0.015 0.015
690[10] 59.5 30 9.2 0.35 0.01 0.02 0.35 0.019 0.003
718[2] 50.0–55.0 17.0–21.0 餘量 2.8–3.3 4.75–5.5 1.0 0.35 0.2–0.8 0.65–1.15 0.3 0.35 0.08 0.015 0.015 0.006
X-750[11] 70.0 14.0–17.0 5.0–9.0 0.7–1.2 1.0 1.0 0.5 0.4–1.0 2.25–2.75 0.5 0.08 0.01

性質

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英高鎳合金耐氧化、耐蝕，適於高壓高動能的環境。英高鎳合金受熱時表面鈍化出厚而穩定的氧化層，保護合金內部使之不會氧化。英高鎳不容易屈服於高溫潛變或在高溫下產生缺陷，能夠在較廣的溫度範圍下維持運作，相關的運算可以阿瑞尼斯方程式計算。視不同的英高鎳合金型號，採取固溶強化或析出強化的策略在高溫下維持機械強度。對採取析出強化或時效強化作為強化機制的這些英高鎳合金而言，通常會加入少量的鈮，以產生鈮鎳介金屬γ"相（英語：Superalloy#Metallurgy of superalloys）Ni3Nb。γ"相會長成細小的正方晶，在高溫下有效限縮滑移跟潛變的進行。[12]γ"相會隨時間成長，尤其是暴露於850℃的熱環境三小時後，並在暴露於熱環境72小時後持續成長。[13]

英高鎳合金各型號

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常見的英高鎳合金合金型號如下:

  • Inconel 600: 固溶強化的材料設計概念。
  • Inconel 625: 耐酸，焊接性能良好。低週期疲勞（英語：Low-cycle fatigue）版本的Inconel 625通常用於波紋管。
  • Inconel 690: 鈷含量較低，適於核能相關應用，而且電阻率較低[14]
  • Inconel 713C: 析出硬化的鎳鉻基鑄造用合金[3]
  • Inconel 718: 帶有γ"相強化相，焊接性能也不錯[15]
  • Inconel 751: 添加較多鋁含量，使其在870℃附近的高溫範圍有較好的破斷強度。[16]
  • Inconel 792: 添加較多鋁含量，使其在高溫下有更加耐蝕，特別適於製造燃氣渦輪
  • Inconel 939: 以γ'相強化增加焊接性能

以析出強化或時效強化為設計概念的英高鎳合金種類，加鋁或鈦通常是為了產生面心立方的介金屬γ'相Ni3Ti或Ni3Al。細小的γ'相在高溫下會阻障滑移與潛變的進行。

參見

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參考文獻

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  1. ^ High-Performance Alloys. Special Metals Corporation. [2010-04-26]. （原始內容存檔於2012-12-08）. 
  2. ^ 2.0 2.1 INCONEL alloy 718 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Special Metals Corporation
  3. ^ 3.0 3.1 Alloy713C 337. [2017-03-23]. （原始內容存檔於2015-09-02）. 
  4. ^ Special Alloys: Inconel 625. [2010-04-26]. （原始內容存檔於2009-06-05）. 
  5. ^ Jones, T.L. Frank Whittle's W2B Turbojet: United Kingdom versus United States Development. EngineHistory.org. Aircraft Engine Historical Society, Inc. [27 March 2016]. （原始內容存檔於30 March 2016）. 
  6. ^ Special Metals Corporation: History. [2012-05-18]. （原始內容存檔於April 21, 2008）. 
  7. ^ INCONEL alloy 600 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Special Metals Corporation
  8. ^ hightempmetals.com （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, High Temp Metals
  9. ^ INCONEL alloy 625 Archive-It的存檔，存檔日期2009-02-26, Special Metals Corporation
  10. ^ Sui, G.; Titchmarsh, J.M.; Heys, G.B.; Congleton, J. Stress corrosion cracking of alloy 600 and alloy 690 in hydrogen/steam at 380 °C. Corrosion Science. 1997-03, 39 (3): 565–587 [2021-09-17]. doi:10.1016/S0010-938X(97)86103-3. （原始內容存檔於2022-06-15） （英語）. 
  11. ^ INCONEL alloy X-750 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Special Metals Corporation
  12. ^ Inconel. www.chemeurope.com. [2021-09-17]. （原始內容存檔於2022-06-11）. 
  13. ^ DoITPoMS - Full Record. www.doitpoms.ac.uk. [2021-09-17]. （原始內容存檔於2022-06-11）. 
  14. ^ INCONEL alloy 690 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, NDT Resource Center
  15. ^ ICOMold ICOMold Site – Your SUPER-powered WP Engine Site. gpiprototype.com. [2021-09-17]. （原始內容存檔於2022-06-11）. 
  16. ^ INCONEL alloy 751 Archive-It的存檔，存檔日期2009-02-26, Special Metals Corporation
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