Hastelloy®和Haynes®合金的家园金宝搏app188bet金宝搏手机客户端下载

冶金

冶金底漆

在讨论镍和钴合金的冶金之前,重要的是,必须了解某些冶金术语。188bet金宝搏手机客户端下载首先,应该理解的是合金是金属的混合物,可能含有少量的非金属,如碳。合金中的主要金属是称为根据.

A.实在的方法是具有单个原子结构的固态的合金或阶段.第二阶段当合金化的组合水平增加到基部超过它们的溶解度限制时是可能的。因此,与液体溶液一样,可以溶解在给定原子结构的金属材料中的天然限制,与液体溶液一样,温度越高,越多,可以溶解。幸运的是,可以通过在高温下热处理材料来产生超饱和固溶体,然后在溶解度更高,然后将材料快速冷却至室温,或至少在500℃下,其中原子扩散(主要催化剂微观结构变化不再可观。在高温下持有合金188bet金宝搏手机客户端下载,以溶解其微观结构的不需要的第二阶段,称为解决方案退火. 快速冷却,锁定高温微观结构,称为淬火, and is best performed in cool water.

这种过饱和材料的问题是,它们容易形成第二相降水during excursions above 500°C, when diffusion becomes appreciable. Such excursions are common during welding, for example.

不幸的是,沉淀物倾向于成核,并在微观结构缺陷中生长,例如晶界。然后这些易于腐蚀攻击。

并非所有的第二相沉淀都是有害的。均匀沉淀的材料(即整个微观结构,而不仅仅是晶界)可用于强化材料。这被称为沉淀硬化or年龄硬化. 用于诱导此类沉淀的热处理通常涉及500℃范围内的多个步骤°C至800°C

这个microstructures of wrought and cast alloys comprise numerousgrains,晶体结构在某个方向上对齐。然而,这些晶粒可以通过称为的方法在机械应力或温度的作用下分开太瓦inning,使颗粒内的物质带可以重新排列。

晶界(指不规则的几何形状)和孪晶界(直链和平行)是非常重要的微观结构特征,因为它们是第二相沉淀物的优选成核位点。

这个重大的合金ing elements determine the general behavior of a material. However,minor合金元素也很重要。有些次要元素在那里确保成功的熔化和加工;有些人用于在特定环境中进行微调性能。其他人被添加以诱导硬化沉淀物。

Except in the case of the few precipitation-hardenable nickel alloys designed to resist aqueous corrosion, strengths are determined largely by the major alloying elements. These provide solid solution strengthening. Large atoms such as molybdenum are particularly effective strengtheners.

为了使镍合金的耐腐蚀性最大化,许多人故意一体化并依赖于先前提到的溶液退火和淬火过程以优化其微观结构。188bet金宝搏手机客户端下载即使那些未溶解的那些不溶于第二阶段,由于存在不溶性残留物,例如碳。

镍合金冶金

本手册本部分的目的是提供与Haynes International相关的四组锻造耐腐蚀镍合金(即Ni-Cr、Ni-Mo、Ni-Cr-Mo和Ni-Cr-Fe组)的物理冶金信息。然而,为了完整起见,其他三组材料的微观结构将被展示和评论。金宝搏app

如已经讨论过的,纯镍的原子结构是以核心为中心的立方(FCC),在镍合金冶金领域内被称为伽马相。其中有几种等级和镍 - 铜(Ni-Cu)合金的商业纯镍(Ni)通常表现出稳定的FCC微结构,但由于(由于来自这两组的锻造产品中的杂质碳的不溶性),188bet金宝搏手机客户端下载可以在晶界中观察到碳化物,甚至是游离碳,或者在整个这些材料中分散。在下列镍200和Monel®合金400的下式微观结构中,碳化物的存在是显而易见的:

Ni-200纸张的微观结构(具有晶界碳化物降水的证据)

微观结构-Ni-200薄板

蒙乃尔合金的显微结构® 400合金板(有游离碳分散体迹象)

微观结构 -  Monel 400张

Incidentally, unless otherwise stated, the optical photomicrographs exhibited in this manual involved the following metallographic procedures:

  1. 将安装的样品抛光至0.5 mm氧化铝。
  2. 在自来水下用棉签拭子。
  3. 仍然湿润,浸入95ml试剂级(37重量%)盐酸+ 5g草酸的溶液中(以结晶形式加入)。
  4. 在5 V时电解蚀刻,使样品成为阳极。
  5. 在目视检测到反射率变化时断开接触。
  6. 搅拌在蚀刻剂中剧烈样品,以除去多余的薄膜。
  7. 在自来水下移除。
  8. Clean with methanol.
  9. 在热空气下干燥。

这种蚀刻剂被称为Haynes International的“所有目的蚀刻”。金宝搏app

It is appropriate to combine the discussions of alloys from the Ni-Cr and Ni-Cr-Mo groups, since some of the commercially-important, wrought, corrosion-resistant Ni-Cr alloys contain significant levels of molybdenum, so that the same phase diagrams are relevant.

850°下图所示的Ni-Cr-Mo相图的C部分提供了在没有其他合金元素的情况下,铬和钼在镍中的溶解度的一些指示。结果表明,在此温度下,当铬含量为30 wt.%时,钼含量必须小于10 wt.%,以保持单相(FCC)结构。相反,如果钼含量为25 wt.%,则铬含量应小于10 wt.%。

850°C Section of the Ni-Cr-Mo Ternary System

(Raghavan等人,1984年)
Nicrmo三元系统850C部分

几种镍铬和镍铬钼材料(例如哈氏合金® C-4、C-22HS®, 混合BC1®, 合金59和G-35® 合金)是有效的三元体系。除了C-4合金(它在伽马相场内很好,因此相对稳定)之外,所有的合金都接近伽马相场边界。这是188bet金宝搏手机客户端下载由于这样一种趋势,即此类材料的设计者选择最大限度地增加铬和钼的含量,以增强耐腐蚀性,同时使用固溶退火和淬火来保持(尽管是亚稳态的)单相(FCC)微观结构。

这种方法受到需要避免在随后的热循环期间晶界中的第二阶段(例如μ相)连续沉淀(例如,在焊接期间)。

为了使物质复杂化,在Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金中可以进行其他第二阶段。188bet金宝搏手机客户端下载它们可以在低于850°C的温度范围内或(不太可能)。它们可能是由于存在残留元素(特别是碳)。或者,它们可以由其他合金化添加剂触发。

对于与不同温度有关的第二相,A2B型有序相,或在这种情况下为Ni2.(CR,MO),可以在300°C范围至650°C范围内,通过远程排序(Raghavan等人,1982年)。该订购反应的驱动力取决于各种合金元素的原子比。沉淀反应是均匀的,在晶界或双界中没有优先沉淀。在范围内的低温下,通过低扩散速率阻抗反应;然而,在更接近650℃的温度下,反应可能足够强以用作强化过程(Pike等,2003). 事实上,这是用来加强C-22HS的反应® 合金。

由残留(不需要的)元件产生的最重要的第二阶段是M6C碳化物,其在高钼合金中普遍存在,即使在非常低的残留碳水平(0.005重量%或更低)。188bet金宝搏手机客户端下载Hodge, 1973表明M.6.C在650℃至1038℃的温度范围内形成C-276合金(与760℃的范围为1093℃,μ相)。相同的参考表明碳化物形成的动力学比M阶段更快。

这个microstructure of G-35® alloy, a representative of the Ni-Cr group (containing 33.2 wt.% chromium and 8.1 wt.% molybdenum) is shown in the following figure. It is generally free of second phase precipitates, although some are evident in selected grain boundaries. These are likely carbide precipitates, since the maximum carbon content in G-35® alloy is high (0.05 wt.%), relative to the wrought Ni-Cr-Mo alloys, for which the maximum carbon content is typically 0.01 wt.%.

轧机的微观结构退火G-35®薄片

显微结构-轧制退火G-35薄板

To evaluate the propensity for second phase precipitation (i.e. thermal stability) in alloys of this kind, it is usual to subject them to long-term aging treatments, at different elevated temperatures (normally above 500°C, where diffusion of elements becomes appreciable). Such temperatures are well beyond the use temperatures of the corrosion-resistant nickel alloys, and the exposure times infinitely higher than those experienced during welding; nevertheless, they provide a glimpse of the “true” stability of the material. Below are microstructures (photographed using an optical microscope) of G-35® alloy, after aging for 8,000 hours at 538°C (1000°F), 649°C (1200°F), and 760°C (1400°F). Higher magnification, secondary electron images of the samples aged at 649°C and 760°C, taken on a scanning electron microscope, are also shown (Srivastava和Crook,2016)。

轧制退火G-35的显微组织® 板材在538老化8000小时后°C(1000)°(F)

Microstructure -G-35 Mill Annealed Sheet Aging for 8000h

在649°C(1200°F)下老化8000小时后的磨机的微观结构(1200°F)

Microstructure - G-35 Mill Annealed Sheet 8000h 1200F

轧制退火G-35的二次电子像® 板材在649老化8000小时后°C(1200)°(F)

二次电子图像G-35 1200f

在760°C(1400°F)下老化8000小时后,磨材的微观结构(1400°F)

微观结构 -  G-35磨材退火板8000H 1400F

轧制退火G-35的二次电子像® 在760下老化8000小时后的板材°C(1400)°(F)

二次电子图像G-35 1400F

在538℃下老化后微观结构的光学显微照片表明晶界中的一些第二相沉淀。在649°C时老化G-35®合金的光学显微照片和二次电子图像表明更广泛的晶界沉淀,以及一些颗粒内的第二相沉淀物。在760℃的长期老化后,合金表现出大量和颗粒内沉淀,特别是晶粒内的针状颗粒阵列。

能量色散X射线(EDX)分析表明,G-35中存在第二相® 合金,长期暴露于649°C和760°C、 它们是:

  1. A.chromium-rich (about 90 wt.%), nickel-free phase (presumed to be alpha-chromium).
  2. 含有约45重量%的相。%铬,30重量%的镍和23重量%的钼。%钼。
  3. 四个阶段含有不同程度的碳(1,3,6,和11重量%),与不同程度的其他元素。

Hastelloy®C-276合金的退火微观结构如下光学光学照片所示。它具有“清洁”(即,无沉淀,或未透镜)的晶界,以及G-35®合金,退火双胞胎。在整个微观结构中分散的小的黑色颗粒最可能是氧化物杂质。尽管C-276合金的长期老化微观结构的照片不可用,但是已知M相和碳化物在C-276中发生,如已经讨论过的。

轧制退火C-276薄板的显微组织

微观结构 -  C-276轧机退火板

大多数Ni-Cr-Mo材料是微观的与C-276合金相似。然而,而C-276合金和其他人并不特别容易发生A.2.B ordering reaction in the temperature range 300°C to 650°C, C-22HS® alloy is very prone, as already discussed. HYBRID-BC1® alloy, which is strictly a Ni-Mo-Cr alloy, since its molybdenum content is higher than its chromium content, is also very prone. Fortunately, optical photomicrographs and secondary electron images for long-term aged HYBRID-BC1® alloy are available, and illustrate the effects of A2.B订购非常良好,如下所示。

轧机的微观结构退火Hybrid-BC1®

微观结构 -  Hybrid-BC1磨材退火板

磨损退火杂交BC1®板在538°C(1000°F)时老化8000小时后

微观结构 -  Hybrid-BC1磨材退火纸张老化8000 H 1000F

轧制退火混杂BC1的显微组织® 板材在649老化8000小时后°C(1200)°(F)

微观结构-HYBRID-BC1轧机退火板材时效8000 h 1200F

老化后研磨退火杂交BC1®薄膜的二次电子图像
for 8000 h at 649°C (1200°F)

二次电子图像Hybrid-BC1 1200

760°C(1400°F)时老化8000小时后的研磨机退火杂交-BC1®片材的微观结构(1400°F)

微观结构 -  Hybrid-BC1磨材退火纸老化8000 H 1400

老化后研磨退火杂交BC1®薄膜的二次电子图像
在760°C(1400°F)的8000小时

二次电子图像Hybrid-BC1 1400

存在2.B在649℃(1200°F)的长期老化后的Hybrid-BC1®合金中显示出在上述显微照片中的大效果,特别是在使用扫描电子显微镜(SEM)拍摄的二次电子图像中。在538℃(1000°F)和649℃(1200°F)下老化后取出的光学显微照片之间的差异非常引人注目,因为它们在相同条件下被蚀刻。显然,由于在该温度范围内的扩散速率的指数增加,顺序反应的驱动力非常依赖。

顺便提及,在磨机中明显的第二相粒子纵梁和538℃的杂交-BC1合金的杂交-BC1合金的微观结构是由于残留的偏析(带)效应。带状在高钼和/或钨合金中是常见的,因为这些元件由于其大原子尺寸而缓慢地扩散。188bet金宝搏手机客户端下载

关于在760℃(1400°F)的长期暴露后,在晶界中明显明显的晶界中明显的较大的二相沉淀物,这些杂交-BC1合金在760℃(1400°F)之后,通过EDX鉴定为:

  1. 含有约55重量%的相。%钼,33重量%的镍和12重量%的铬。
  2. 含有约43重量%的钼,33重量%镍和22重量%铬。%铬。

总之,含有大量铬和钼(无论是镍铬还是镍铬钼)的商用锻造镍合金在其正常工作温度188bet金宝搏手机客户端下载范围内(即R.T.至427℃)通常是亚稳的°C) 是的。通过固溶退火和快速冷却,尽管晶界可能存在少量沉淀,但它们呈现出主要为γ(FCC)相的微观结构,并且可以看到少量氧化物颗粒,稀疏地分布在整个材料中。

大多数这些材料的设计使得短期热漂移超过500°C(焊接过程中遇到的)不会导致晶界中第二相(碳化物或金属间化合物)的连续析出。然而,长期暴露揭示了它们的平衡,多阶段的性质。

现在转向镍 - 钼(Ni-Mo)合金,它们是冶金复杂的,并且易于第二阶段严重损害其机械性能188bet金宝搏手机客户端下载和抗应力腐蚀开裂的抗性。钼含量在28和31.5重量%之间。%,它们可以表现出三相,如下面的二进制相图所示,如果没有完全溶液退火并快速淬火以在900°C以上温度下锁定FCC相稳定(其在该图令人困惑地指定了α相位,而不是通常的伽马相位)。Beta是有序的身体中心的四方金属间金属化,Ni4MO和伽玛是有序的正反晶间金属间金属间金属化合物,Ni3Mo。β和γ阶段既是非常有害的,如果它们形成,导致延展性丧失和对氢脆化和氯化物应力腐蚀裂缝的易感性。β相的形成比形成伽马相的形成要快得多。

Ni-Mo二元系的富镍部分

(参考古瑟里和斯坦斯伯里,1961年)
镍钼二元系富镍部分

这个microstructure of HASTELLOY® B-3® alloy is shown below. The straight parallel lines are twin boundaries (caused by realignment of the atomic structures within individual grains, during annealing) and the random lines are the alloy grain boundaries. The grey streaks that run across the photograph are etching effects due to remnant segregation from the cast ingot, and the fine black particles are oxide inclusions. Though not very evident, a few second phase particles (probably carbides that did not dissolve during the annealing process) are present. Preparation of the sample involved sectioning, mounting, and polishing, followed by etching in a mixture of chromic and hydrochloric acids.

轧机的微观结构退火B-3®薄片

显微结构-轧制退火B-3薄板

关于诱发有害NI所需的时间3.莫和尼..4.Mo precipitates in the Ni-Mo alloys, the figure below shows the Time-Temperature-Transformation Chart for B-2 and B-3® alloys (Klarstrom,1993)。它证明了Ni-Mo合金组合物的少量变化对各种可能的转化产生显着影响。188bet金宝搏手机客户端下载B-2和B-3®合金之间的主要成分差异是刻意的1.5重量%。将铬和铁的%添加到B-3 +合金,以及0.5重量%。188bet金宝搏手机客户端下载钼含量的增加。有趣的是,原来的Hastelloy®B合金不太容易受到有害Ni的快速降水3.莫和尼..4.莫沉淀出来,显然是其刻意的5重量%。%铁添加,其目的是允许在其制造中使用铁钼。However, HASTELLOY® B alloy was more prone to carbide precipitation in the grain boundaries due to its higher carbon allowance, since it pre-dated the advent of the argon-oxygen decarburization process in the mid-1960’s, which enabled the attainment of very low carbon contents in the nickel-based corrosion-resistant alloys.

B-2和B-3®合金的时间温度变换图表188bet金宝搏手机客户端下载

(参考文献:克拉斯特罗姆,1993年)
时间温度变换图B-2和B-3合金

关于NI-CR-FE和NI-FE-CR材料,最相关的相图是由Raynor和RIVLIN构建的NI-CR-FE三元系统的800°C部分(如下所示)。

NI-CR-FE三元系统的800°C部分

(Raynor和Rivlin,1981年)
NiCrFe三元系800C段

然而,应该注意的是,Ni-Cr-Fe腐蚀合金通常含有大量的钼,也较少相关。188bet金宝搏手机客户端下载可以说的是铁限制了钼在锻漆的基础合金中的溶解度,并促进了σ中的σ中的存在。188bet金宝搏手机客户端下载

一般来说,可锻、Ni-Cr-Fe和Ni-Fe-Cr材料可被认为与Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金相同。也就是说,它们可以稍微过度合金化(过饱和),以最大限度地提高其耐腐蚀性,但在固溶退火和快速冷却期间必须小心,以确保在使用温度范围内获188bet金宝搏手机客户端下载得最佳(主要是γ相,但可能是亚稳)微观结构。此外,焊接不应导致一个或多个第二相的连续晶界沉淀;否则,在某些溶液中会发生择优晶界侵蚀。用于腐蚀服务的Ni-Cr-Fe和Ni-Fe-Cr合金也受益于超低碳和硅含量,因为这些不溶的残余元素可分别导致有害碳化物和金属间化合物的沉淀。金宝搏app

在G-30之间进行微观结构比较® 合金(来自Ni-Cr-Fe组)和G-35® 合金(来自Ni-Cr组)、退火和时效前的显微组织如以下显微照片所示。

轧制退火G-30的显微组织® 工作表

微观结构-G-30轧机退火板

轧制退火G-30的显微组织® 板材在538老化8000小时后°C(1000)°(F)

微观结构 -  G-30磨材退火板老化8000 H 1000F

在649°C(1200°F)下老化8000小时后的研磨机退火G-30®纸张

微观结构-G-30轧机退火板A.ging 8000 h 1200F

二次电子图像的轧机退火G-30®Sheet After Aging for 8000 h at 649°C (1200°F)

二次电子图像G-30 1200F

在760°C(1400°F)下老化8000小时后的研磨机退火G-30®纸张

微观结构-G-30轧机退火板材时效8000 h 1400F

轧制退火G-30的二次电子像® 在760下老化8000小时后的板材°C(1400)°(F)

二次电子图像G-30 1400F

EDX分析表明G-30中存在三个第二相® 合金,在649长期时效后°C和760°C其中一种含有约80重量%的铬,被认为是α-铬。第二种含有约40 wt.%的铬、25 wt.%的镍、14 wt.%的钼、7 wt.%的钨和12 wt.%的铁。第三种很可能是碳化物,含有约4.5%(重量百分比)的碳、65%(重量百分比)的铬、10%(重量百分比)的钼和5%(重量百分比)的钨。

为了完成锻造、耐腐蚀、镍基合金的冶金学部分,可以适当地说明Ni-Fe-Cr合金的工厂退火微观结构。因此,825合金的显微照片如下所示。其细晶粒尺寸是特殊板材加工的结果,和/或存188bet金宝搏手机客户端下载在可观的碳含量,导致碳化钛分散,这将鼓励晶界钉扎。

Microstructure of Mill Annealed 825 alloy

Microstructure - 825 Mill Annealed

钴合金冶金

本手册前面概述了锻造、耐腐蚀(和耐磨)钴基合金的独特冶金特性,因此这里只提供一些额外的细节。首先考虑到含钨高碳合金,海恩斯的微观结构® 6B(钨铬钴合金)® 6B)合金如下所示。注意大的,不连续的碳化物颗粒188bet金宝搏手机客户端下载;它们的尺寸和形态不仅使锻造产品具有显著增强的延展性(与铸造等效物相比),而且还具有更高的抗低应力磨损能力(如果磨损颗粒大于碳化物,并且可以在其上“滑动”)。根据金宝搏appA.ntony and Silence, 19796B合金中碳化物的重量百分比约为12.5,其中M约占90%7.C3.大约10%是m23C6..

锻造Haynes®6B板的微观结构金宝搏app

显微结构-6B锻造板

关于铸件等同物,这些焊缝覆盖形式更频繁地使用它们。这种焊接覆盖层的微观结构如下所示。注意,碳化物更细,并以低植物的方式分散。

Microstructure of Weld Overlay STELLITE® 6 alloy as Applied by
等离子体转移电弧焊接

钨铬钴合金等离子弧堆焊层的显微组织

这个microstructure of wrought ULTIMET® alloy (a representative of the molybdenum-bearing, low-carbon cobalt alloys) is very similar to that of the Ni-Cr and Ni-Cr-Mo alloys, in the solution annealed and quenched condition, as shown below. This is by design, to provide optimum resistance to corrosion. Its outstanding wear characteristics derive not from the presence of hard particulates in the material, but to microstructural changes (under stress) at the atomic level (twinning and the formation of HCP platelets); these induce high work hardening rates, and provide high resistance to sub-surface fracture.

ULTIMET锻造板的显微组织® 合金

微观结构 -  Ultimet锻造板

最佳