UNS N07718镍铬铁基高温合金的化学性能综述

引言

UNS N07718，俗称Inconel 718，是一种镍铬铁基高温合金，广泛应用于航空航天、能源、化工等行业。其显著的特性在于其出色的高温强度、耐腐蚀性和良好的焊接性。该合金尤其适用于高温、高压和腐蚀环境下的应用，能够在较大温度范围内保持优异的力学性能。这种合金的化学成分和微观结构决定了它的特殊性能，尤其在抗氧化和耐高温腐蚀方面，展现出卓越的化学性能。本文将详细综述UNS N07718镍铬铁基高温合金的化学性能，包括其化学成分、抗氧化性、耐腐蚀性和稳定性。

化学成分

UNS N07718的化学成分决定了它的性能，尤其是在高温和腐蚀环境下的表现。主要元素及其典型含量如下：

• 镍（Ni）：50-55%
  镍作为该合金的基体元素，赋予其高温下的强度和抗氧化性，同时也是耐腐蚀性能的重要贡献者。镍的高含量使合金在极端环境下保持结构稳定，尤其是抗氧化和抗腐蚀。

• 铬（Cr）：17-21%
  铬的主要功能是提供抗氧化和耐腐蚀性能，尤其是在高温下形成保护性氧化膜，防止进一步的氧化和腐蚀。铬含量的控制对合金的整体抗氧化性能有重要影响。

• 铁（Fe）：17%
  铁是UNS N07718中的另一主要元素，尽管它并不像镍和铬那样对高温强度和抗氧化性有直接的贡献，但作为基体的强化元素之一，铁有助于提高合金的可加工性和整体强度。

• 钼（Mo）：2.8-3.3%
  钼的作用在于增强合金的耐腐蚀性能，特别是在氯化物介质中，钼能显著提高合金的抗点蚀和抗缝隙腐蚀能力。

• 铌（Nb）：4.75-5.5% 和 钛（Ti）：0.65-1.15%
  铌和钛的添加有助于通过形成γ''相（Ni3Nb）来增强合金的沉淀硬化效果，这种相是UNS N07718在高温下保持高强度的重要原因。

• 其他元素
  UNS N07718还含有小量的铝（0.2-0.8%）、铜（0.2-0.8%）和少量碳、钴、硼等微量元素，这些元素对合金的微观组织、焊接性以及抗裂纹性能具有重要作用。

抗氧化性

UNS N07718在高温下具有优异的抗氧化性能，这是其在航空航天发动机和燃气轮机部件中广泛应用的原因之一。铬和铝的含量使该合金在暴露于氧化环境时能形成致密的氧化物膜。这层膜可以有效阻止氧气的扩散，防止进一步的氧化。实验数据显示，UNS N07718在温度达到980°C时，仍能保持良好的抗氧化性。

钛和铌的加入进一步增强了合金的抗氧化能力，这些元素通过形成稳定的氧化物相，阻止了氧原子的内扩散。因此，UNS N07718在高温氧化环境下具有良好的耐久性和稳定性。

耐腐蚀性

UNS N07718的耐腐蚀性极为出色，特别是在苛刻的化学环境中。其对氯化物引发的点蚀和缝隙腐蚀具有很强的抵抗力。铬、镍和钼的协同作用使得该合金在氯化物介质中的抗腐蚀能力远远优于其他常规不锈钢和镍基合金。例如，在海水或含有氯化物的化学介质中，UNS N07718表现出优异的耐腐蚀性，特别是在温度较高的情况下。

值得一提的是，钼在提高合金抗点蚀和缝隙腐蚀方面具有不可替代的作用。它能抑制点蚀的形成和扩展，尤其在具有高氯化物浓度的环境中。铬的作用则主要在于提供抗氧化性，同时增强了合金的耐应力腐蚀开裂能力。

稳定性

UNS N07718在广泛的温度范围内保持了化学和相结构的稳定性，尤其是在650°C至750°C的工作温度下，合金中的γ''相和γ'相（Ni3(Al, Ti)）的沉淀强化显著增强了其高温性能。这种结构上的稳定性使其在长时间的高温工作中不会发生明显的性能退化，避免了晶粒粗化和相变引起的强度损失。

合金的沉淀硬化机制依赖于铌和钛等元素的加入，它们在高温下与镍基体发生反应，形成强化相。这些强化相的分布均匀且稳定，能够显著提高材料的高温屈服强度和持久强度。

结论

UNS N07718镍铬铁基高温合金凭借其独特的化学组成和微观结构，在高温和腐蚀环境下展现出卓越的性能。镍、铬、钼等元素的协同作用赋予了该合金优异的抗氧化性和耐腐蚀性，尤其是在极端条件下表现突出。铌和钛的加入通过沉淀硬化机制进一步提升了其高温强度，使其在航空航天、燃气轮机和能源工业中获得广泛应用。总体而言，UNS N07718不仅具备优异的化学性能，而且在长期高温使用中保持结构和性能的稳定性，是高温合金领域中的一项重要技术突破。