Hastelloy N合金是一種用于熔鹽堆的鎳基高溫合金材料， 具有優(yōu)異的耐腐蝕、抗中子輻照和較好的高溫力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)。但反應(yīng)堆出口溫度到達(dá)750 ℃ ，超過(guò)了Hastelloy N合金許用溫度704 ℃ ， 即該合金不能長(zhǎng)期安穩(wěn)執(zhí)役于750 ℃ 熔鹽環(huán)境中。因此急需優(yōu)化Hastelloy N合金， 使之滿(mǎn)意更高溫度熔鹽堆的要求。

由于Mn元素在高溫合金中具有安穩(wěn)奧氏體，改善抗氧化性等優(yōu)點(diǎn)，本文以Hastelloy N合金為研究目標(biāo)， 通過(guò)規(guī)劃并制備不同Mn含量的Hastelloy N合金，并憑借光學(xué)顯微鏡(OM) 、掃描電鏡(SEM+EDS+EBSD) 、萬(wàn)能拉伸機(jī)、X射線衍射儀(XRD) 以及電子探針(EPMA) 等試驗(yàn)剖析手段， 研究了Mn含量對(duì)HastelloyN合金微觀安排、力學(xué)性能以及氧化性能的影響。取得以下研究成果：

(1) Mn元素的添加可促使Hastelly N合金晶粒細(xì)化， 分出碳化物數(shù)量添加，且碳化物逐步凝結(jié)成塊狀、長(zhǎng)鏈狀，并在晶界處聚集。

(2)室溫拉伸時(shí)，0.5Mn合金的抗拉強(qiáng)度較差，Mn含量超越1wt%時(shí)抗拉強(qiáng)度得到進(jìn)步，斷口出現(xiàn)韌窩和臺(tái)階狀紋路組織，開(kāi)裂方法為解理開(kāi)裂與耐性開(kāi)裂組成的混合開(kāi)裂。850 ℃ 高溫拉伸時(shí)，Mn對(duì)合金的抗拉強(qiáng)度無(wú)明顯影響，斷口出現(xiàn)潤(rùn)滑的晶面，開(kāi)裂方法為沿晶脆性開(kāi)裂。

(3)跟著Mn含量的添加，合金抗氧化功能得到進(jìn)步。在700 ℃ 下，1wt%Mn含量合金的抗氧化性，氧化速率較0Mn合金降低了25.9%。在850 ℃ 下，0.75wt%Mn含量合金的抗氧化性，氧化速率較0Mn合金降低了52.1%。

(4)氧化膜具有分層結(jié)構(gòu)，700 ℃ /200h氧化后一切合金氧化膜均分為兩層，外層為NiO，F(xiàn)e2O3等氧化物， 內(nèi)層為Cr2O3， MoOz和NiMn2O4等氧化物，合金外表無(wú)明顯掉落， NiO層完好致密。跟著Mn含量的添加合金的氧化層逐步變薄。850 ℃ /100h氧化后，Mn含量為0~0.2wt%的合金，氧化膜分為三層，外層主要為NiO， 中間層為NiO， NiMn2O4等復(fù)合氧化物， 內(nèi)層為Cr2O3、MoO2等氧化物； 而Mn含量為0~0.2wt%的合金， 氧化膜分為兩層， 外層為NiO和少量的NiFeO4、NiMn2O4， 內(nèi)層為Cr2O3、MoO2等氧化物。跟著Mn含量的添加合金的內(nèi)氧化現(xiàn)象逐步削弱。

(5) Mn的添加可促進(jìn)NiO與基體間構(gòu)成NiMn2O4尖晶石保護(hù)層， 有效阻止了外界○的侵入與合金元素的向外擴(kuò)散，進(jìn)步了合金的抗氧化功能。

Hastelloy N 在704-871℃下具有的抗熱氟化鹽氧化的才能，在空氣中的抗氧化才能也。對(duì)時(shí)效和脆化有很好的反抗才能，一起具有良好的加工功能。

使用：熔融氟化鹽容器

HastelloyN化學(xué)成分

物理功能

密度

8.78g/cm3

熔點(diǎn)

1300-1400 ℃

高溫合金分為三類(lèi)材料：760 ℃ 高溫材料、1200 ℃ 高溫材料和1500 ℃ 高溫材料，抗拉強(qiáng)度800MPa?；蛘哒f(shuō)是指在760--1500 ℃ 以上及一定應(yīng)力條件下長(zhǎng)期工作的高溫金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，已成為軍民用燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件不可替代的關(guān)鍵材料。

按照現(xiàn)有的理論，760 ℃ 高溫材料按基體元素主要可分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。按制備工藝可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末冶金高溫合金。按強(qiáng)化方式有固溶強(qiáng)化型、沉淀強(qiáng)化型、氧化物彌散強(qiáng)化型和纖維強(qiáng)化型等。高溫合金主要用于制造航空、艦艇和工業(yè)用燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、渦、高壓壓氣機(jī)盤(pán)和燃燒室等高溫部件，還用于制造航天飛行器、發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆、石油化工設(shè)備以及煤的轉(zhuǎn)化等能源轉(zhuǎn)換裝置。

760 ℃ 高溫材料變形高溫合金

變形高溫合金是指可以進(jìn)行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320 ℃ ，具有良好的力學(xué)性能和綜合的強(qiáng)、韌性指標(biāo)，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類(lèi)合金。按其熱處理工藝可分為固溶強(qiáng)化型合金和時(shí)效強(qiáng)化型合金。GH后位數(shù)字表示分類(lèi)號(hào)即1、固溶強(qiáng)化型鐵基合金 2、時(shí)效硬化型鐵基合金 3、固溶強(qiáng)化型鎳基合金 4、鈷基合金 GH后，二，三，四位數(shù)字表示順序號(hào)。

1、固溶強(qiáng)化型合金

使用溫度范圍為900～1300 ℃ ，高抗氧化溫度達(dá)1320 ℃ 。例如GH128合金，室溫拉伸強(qiáng)度為850MPa、屈服強(qiáng)度為350MPa；1000 ℃ 拉伸強(qiáng)度為140MPa、延伸率為85%,1000 ℃ 、30MPa應(yīng)力的持久壽命為200小時(shí)、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、機(jī)匣等部件。

2、時(shí)效強(qiáng)化型合金

使用溫度為-253～950 ℃ ，一般用于制作航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦的合金工作溫度為-253～700 ℃ ,要求具有良好的高低溫強(qiáng)度和抗疲勞性能。例如：GH4169合金，在650 ℃ 的高屈服強(qiáng)度達(dá)1000MPa；制作葉片的合金溫度可達(dá)950 ℃ ，例如：GH220合金，950 ℃ 的拉伸強(qiáng)度為490MPa，940 ℃ 、200MPa的持久壽命大于40小時(shí)。

變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。

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合號(hào)

國(guó)外同類(lèi)合金

材             料            特            點(diǎn)

GH3030

эи435

合金在800 ℃ 以下有滿(mǎn)意的熱強(qiáng)性和高的塑性，具有良好的抗氧化、熱疲勞、冷沖壓和焊接工藝性能。

GH4033

эи437

合金在700~750 ℃ 具有足夠的高溫強(qiáng)度，在900 ℃ 以下具有良好的抗氧化性，合金的冷熱加工性能良好。

GH33A

在GH33合金的基礎(chǔ)上進(jìn)一步合金化，使合金具有良好的綜合性能，晶粒均勻細(xì)小，屈服強(qiáng)度高，易于熱加工成型，使用溫度在750 ℃ 以下。

GH33B

在GH33A的基礎(chǔ)上添加微量元素，進(jìn)一步提高合金的塑性和持久壽命，了合金的缺口敏感性。

GH37

эи617

合金在850 ℃ 以下使用具有高的熱強(qiáng)性、良好的綜合性能和組織穩(wěn)定性。

GH3039

Эи602

合金在800 ℃ 以下有中等的熱強(qiáng)性和良好熱疲勞性能，1000 ℃ 以下抗氧化性能良好，長(zhǎng)期使用組織穩(wěn)定，還具有良好的冷成型和焊接性能。

GH3044

Эи868

固溶強(qiáng)化的抗氧化合金，在900 ℃ 以下具有高的塑性和中等熱強(qiáng)性，具有優(yōu)良的抗氧化性能和良好的沖壓、焊接工藝性能，長(zhǎng)期使用組織性能穩(wěn)定。

GH4049

Эи929

合金為高合金化的鎳基難變形高溫合金，在1000 ℃ 以下具有良好的抗氧化性能，950 ℃ 以下具有較高的高溫強(qiáng)度

GH80A

Nimonic80A

合金成分簡(jiǎn)單，性能與GH33合金相當(dāng)，組織細(xì)小，熱加工溫度范圍寬，熱加工塑性好。

GH98

Эп99

是一種高合金化、高熱強(qiáng)性的彌散強(qiáng)化合金，使用溫度高達(dá)1000 ℃ ，用于渦輪導(dǎo)向葉片，加力燃燒室材料。900 ℃ 以下有好的抗氧化性能、冷熱疲勞性能及焊接性能。。。

GH99

эп693

高合金化的鎳基時(shí)效合金，有較高的熱強(qiáng)性，900 ℃ 以下可以長(zhǎng)期使用，高工作溫度可達(dá)1000 ℃ ，合金的組織穩(wěn)定，具有滿(mǎn)意的冷熱加工成型和焊接工藝性能。

GH105

Nimonic105

可制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫渦輪葉片，對(duì)振動(dòng)、燃?xì)飧g、應(yīng)力扭曲、彎曲等復(fù)雜應(yīng)力的耐受能力好。

GH128

合金具有高的塑性，較高的持久蠕變強(qiáng)度以及良好的抗氧化性和沖壓、焊接性能。其綜合性能*，可在950 ℃ 以下長(zhǎng)期使用。

GH141

Rene41

合金在650~900范圍內(nèi)，具有高的拉伸和持久蠕變強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，

GH145

InconelX-750

合金在980 ℃ 以下具有良好的強(qiáng)度，良好的抗腐蝕和抗氧化性能，而且也有較好的低溫性能，成型性能也好，主要用作航空和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)部件。

GH163

C263

合金在800 ℃ 以下使用時(shí)具有較高的屈服強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，良好的冷熱疲勞性能，應(yīng)變時(shí)效裂紋傾向性小。合金的塑性及冷熱加工成型性能、焊接性能好，在540~870溫度范圍內(nèi)有的強(qiáng)度。用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒筒、安裝邊及其他承力部件。

GH182

HastelloyC4

合金在650~1040溫度范圍內(nèi)具有好的高溫穩(wěn)定性，好的韌性和耐蝕性，其基本耐蝕性能與NS334相同

GH199

эп199

該合金具有較高的高溫強(qiáng)度，優(yōu)良的抗氧化性能和一定的可焊性能，可在950 ℃ 下長(zhǎng)期使用。

GH202

эп202

合金具有較高的強(qiáng)度和塑性，滿(mǎn)意的成型性能和焊接性能，以及良好的耐腐蝕抗氧化性能，合金在-253~850 ℃ 范圍內(nèi)組織性能穩(wěn)定，是深冷和高溫條件使用的多用途合金。

GH220

эп220

高合金化、高性能的鎳基難變形合金

GH230

固溶強(qiáng)化的抗氧化合金，在1200 ℃ 以下具有高的熱強(qiáng)性，具有優(yōu)良的抗氧化性能和良好的沖壓、焊接工藝性能，長(zhǎng)期使用組織性能穩(wěn)定。是我國(guó)使用溫度高的合金之一。

GH500

Udimet500

合金采用高Al高Ti沉淀強(qiáng)化的時(shí)效合金，具有高的屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度，應(yīng)用于直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)渦部分。

GH520

Udimet520

該合金是一種合金化程度較高的沉淀強(qiáng)化鎳基合金，可在980 ℃ 以下長(zhǎng)期使用，在高溫下具有良好的抗拉強(qiáng)度、較高的高溫硬度和好的抗氧化性能。

GH536

HastelloyX

合金性能水平與GH3044合金相當(dāng)，適用于制作在900 ℃ 以下長(zhǎng)期使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及其它高溫部件。

GH586

為我國(guó)自行研制的難變形鎳基高溫合金，合金在-196 ℃ ~800 ℃ 范圍內(nèi)，具有高的屈服強(qiáng)度和持久蠕變強(qiáng)度和良好的抗氧化性能，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)綜合性能好的渦材料。在1050 ℃ 以上對(duì)鈉鹽的耐蝕能力稍差。

GH600

Inconel600

固溶強(qiáng)化的耐熱耐蝕合金，具有良好的抗高溫腐蝕性能、抗氧化性能、冷熱加工性能、低溫機(jī)械性能、冷熱疲勞性能。650 ℃ 下具有較高的強(qiáng)度，成型性好，易于焊接。

GH625

Inconel625

合金具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能，從低溫到980 ℃ 具有良好的拉伸性能和疲勞性能，以及耐鹽霧氣氛下的應(yīng)力腐蝕。

GH648

эп648

高鉻合金，在高溫條件下具有良好的耐蝕性能和綜合力學(xué)性能。

GH698

эи698

>在550~800 ℃ 范圍內(nèi)具有高的持久強(qiáng)度和良好的綜合性能，與Waspaloy合金性能水平相當(dāng)。

GH708

эп708

新型鎳基時(shí)效合金，該合金具有較高的高溫強(qiáng)度，優(yōu)良的抗氧化性能和一定的可焊性能，可在900 ℃ 下長(zhǎng)期使用。

GH864

Waspalloy

合金在540~815 ℃ 溫度范圍內(nèi)具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能，工藝塑性良好，組織穩(wěn)定。

GH742

эп742ид

合金在750~950 ℃ 具有良好的高溫性能，是目前變形高溫合金中合金化程度高的渦材料，在大推力航空發(fā)動(dòng)機(jī)上廣泛應(yīng)用。