该合金是一种钴基固溶强化型高温合金,以其出色的高温强度和卓越的抗氧化性能而著称。
概述
Alloy 188 是一种由 Haynes International 公司开发的钴镍铬钨合金。它主要通过碳化物和固溶强化,在高达1095°C(2000°F)的温度下仍能保持优异的强度和良好的抗氧化性。此外,它还具有良好的成型、焊接等加工性能,被广泛应用于航空航天、石油化工及工业热处理领域。
Alloy 188 的成分设计旨在平衡高温强度与耐腐蚀性能,主要元素如下:
钴 (Co): 余量 (约39-41%)
镍 (Ni): 20.0 - 24.0%
铬 (Cr): 21.0 - 23.0% (提供抗氧化和耐腐蚀性)
钨 (W): 13.0 - 15.0% (固溶强化元素)
铁 (Fe): ≤ 3.0%
镧 (La): 0.02 - 0.12% (微量添加以显著改善抗氧化性)
碳 (C): 0.05 - 0.15%
硅 (Si): 0.20 - 0.50%
锰 (Mn): ≤ 1.25%
磷 (P): ≤ 0.020%
硫 (S): ≤ 0.015%
硼 (B): ≤ 0.015%
密度: 9.13 g/cm³ (0.330 lb/in³)
熔点范围: 1300°C 至 1430°C (2370°F 至 2600°F)
居里温度: 约 -196°C (-320°F),表明其在室温及高温下均为非磁性材料。
比热容 (20°C): 0.444 J/g-°C
热导率:
室温: 10.9 W/m-K
1000°C: 25.3 W/m-K
电阻率 (室温): 0.99 μΩ-m
Alloy 188 在高温下表现出极高的强度和良好的塑性。
典型室温拉伸性能(固溶退火态):
抗拉强度: ≥ 965 MPa (140 ksi)
屈服强度 (0.2%): ≥ 485 MPa (70 ksi)
延伸率: ≥ 45%
高温拉伸强度(典型值):
在 815°C (1500°F):抗拉强度约为 585 MPa
在 980°C (1800°F):抗拉强度约为 315 MPa
持久强度(蠕变断裂):
在 980°C (1800°F) 下,100小时断裂应力约为 90 MPa
弹性模量:
室温拉伸弹性模量: 234 GPa (34 x 10³ ksi)
热处理:
固溶热处理: 通常加热至 1175°C 至 1230°C (2150°F 至 2250°F),随后快速水淬或快速冷却,以获得最佳的耐腐蚀性和高温塑性。合金通常以固溶退火状态供应。
去应力处理: 对于冷加工后的零件,可在 800°C (1475°F) 左右进行去应力退火,但需注意这可能影响材料的力学性能。
热加工:
热加工温度范围通常控制在 980°C 至 1205°C (1800°F 至 2200°F)。建议在加热炉中均匀预热,加工后根据需要进行快速冷却。
冷加工:
Alloy 188 具有较好的延展性,便于进行冷轧、冷拔等成型操作。但由于其高强度,需要比不锈钢更大的设备功率。中间退火可能需要多次进行以消除加工硬化。
焊接:
具有优异的焊接特性,可采用氩弧焊(TIG)、金属极惰性气体保护焊(MIG)、等离子弧焊(PAW)和电阻焊等方法。
通常使用同质填充金属(如ERNiCrCoMo-1,对应Alloy 188焊丝)进行焊接。焊后通常无需进行热处理,但若在苛刻腐蚀环境下使用,建议进行焊后退火。
抗氧化性: 由于含有较高比例的铬和镧元素的微量添加,Alloy 188 在高温循环氧化条件下表现极为出色,优于许多其他高温合金。它能形成致密的氧化铬保护层,有效阻止进一步氧化,最高使用温度可达1150°C左右。
耐腐蚀性: 在多种腐蚀性介质中表现良好,特别是在石油化工环境、燃烧废气环境及多种弱酸和盐溶液中具有优异的耐蚀性。
航空航天: 用于制造燃气轮机的燃烧室、火焰稳定器、加力燃烧室部件、涡轮机匣、喷气发动机尾喷管以及各种隔热罩。
工业炉: 热处理炉的炉辊、马弗罩、传送带、料筐及各种耐热夹具。
石油化工: 用于制备高温裂解管、转化炉管及催化重整设备中的构件。
核电与化工: 在高温高压且需要材料具有高强度的环境中使用的零部件。
总结来说,Alloy 188 是一款结合了高强度、卓越抗氧化性和良好加工性能的钴基高温合金,尤其适用于需要在980°C以上温度长期稳定工作的关键部件。