Alloy K - 500鎳合金材料概述

一、化學成分

Alloy K - 500是一種鎳基合金，其化學成分（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。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力條件下，對熱氫氟酸蒸汽引起的應力腐蝕開裂較敏感。

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。低磁導率、高強度和良好耐腐蝕性的組合使其在油井測量設備和電子元件等許多應用中發(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、應用領域

航空航天領域：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用。

化工領域：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。

能源領域：其性能可以滿足能源相關設備的需求。

在電子元件方面：低磁導率、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

（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，通常采用真空感應爐熔煉，甚至用真空感應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。