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“只要發動機牛，綁上一塊木板也能飛起來?！?/b>

俄羅斯航空發動機領域大伽 法沃爾斯基 的這句名言廣為人知，這一理念也在米高揚設計的米格-25戰斗機上得到完美體現。和常規設計使用鋁合金不同，米格25機身大量使用了超重的不銹鋼材料。盡管空載重量已經接近20噸，但它仍能輕易突破3倍音速，這不得不歸功于它搭載的強大發動機—— R-15-300。

ps：米格25之所以使用不銹鋼，主要是因為飛行速度突破“熱障”后導致機身溫度過高，鋁合金無法承受。

航空發動機上的“超級合金”

超級合金（superalloy），又叫高溫合金，熱強合金，被大量應用在航空發動機制造中，如渦扇、燃燒室部件等。

鑒于超級合金目前的市場需求主要都是軍用產品，由于其軍工價值所以也被視為戰略物資，買賣這種材料被視為與武器貿易相同等級來加以管制，而配方與制造方法、加工使用都是重要機密，各航空大國都在極其保密的條件下研制。

超級合金有什么特點？

卓越的力學性能，耐高溫蠕變性能，出色的表面穩定性和耐腐蝕（氧化）性能。通俗地表達就是：強壯、耐高溫、耐腐蝕。

高溫合金其典型的晶體結構為面心立方奧氏體。

常見的超級合金有哪些

1) 哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金（Hastelloy）

2) 因科鎳合金（Inconel）

3) 沃斯帕洛伊合金（Waspaloy）

4) 海恩斯合金（Haynes alloy)

5) 因科洛伊合金(Incoloy)

6) 雷內鎳基高溫耐蝕合金（Rene alloys）

7) MP98T（由美國SPS技術公司開發，可以承受高壓氫環境，如使用氫作為燃料的火箭發動機，防止變脆）

8) TMS合金(TMS alloy，日本國家金屬材料研究所開發的單晶高溫合金）

9) CMSX單晶合金（美國Cannon-Muskegon公司開發的單晶高溫合金）。

超級合金的研發思路

超級合金的這些特點來源與化學成分和制造工藝的創新。

卓越的力學性能和高溫強度主要是通過固溶強化和析出強化達到，如γ相析出和碳化物的析出。

其耐蝕性或耐氧化性的貢獻主要來自于組成超級合金的化學元素的貢獻，例如鋁和鉻。

超級合金的分類

按基體組織分類：鐵基、鎳基和鈷基。

按生產方式分類：鑄造高溫合金、變形高溫合金和粉末高溫合金。

按強化機理分類：碳化物強化、固溶強化、時效強化和彌散強化。

超級合金的用途

這種材料一般用于航空和航海用發動機耐高溫材料的制造，特別是噴氣發動機最后兩級壓氣機和最初兩級渦輪葉片、燃燒室、加力燃燒室、渦輪盤、渦輪葉片及緊固件的制造。

中國高溫合金自成系列

變形高溫合金

用GH后面跟4位阿拉伯數字表示。

第一位是1，表示鐵基固溶強化高溫合金。

第一位是2，表示鐵基時效強化高溫合金。

第一位是3，表示鎳基固溶強化高溫合金。

第一位是4，表示鎳基時效強化高溫合金。

變形高溫合金如果用作焊絲，在GH前添加H表示。

鑄造高溫合金

用K后面跟3位阿拉伯數字表示。

第一位是2，表示鐵基時效強化高溫合金。

第一位是4，表示鎳基時效強化高溫合金。

常見的超級合金詳情大解析

1) 哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金（Hastelloy）

哈氏合金的分類

我們常說的哈氏合金，其實分為兩類產品，分別是耐高溫的海恩斯合金（Haynes alloy)和耐腐蝕的哈斯特洛伊耐蝕鎳基合金（Hastelloy）。

耐腐蝕

哈斯特洛伊合金HASTELLOY?

Hastelloy alloy是Haynes International,Inc.所生產的鎳基耐蝕合金的商業牌號的統稱。

1922年，HASTELLOY? 商標正式注冊，該名稱取自Haynes Stellite Alloy，即“HAYNES STELLITE ALLOY” = HASTELLOY?。

HASTELLOY?包括鎳鉬系HASTELLOY? B-3?合金，鎳鉻鉬系HASTELLOY? C-4 合金，鉻鎳鐵系HASTELLOY? G-30?合金等。

HASTELLOY? 的屬性包括高耐持續侵蝕特性，突出的耐局部腐蝕性, 卓越的耐應力腐蝕開裂性能，和易于焊接和加工的特性。（鹽酸、硫酸、磷酸等各種酸都hold的住。）

除軍事用途外，目前該系列合金已廣泛應用于化工行業，也越來越多應用于能源，健康和環境，石油天然氣，制藥和廢氣脫硫工業等領域。

哈氏合金典型牌號及應用特點

2) 因科鎳合金（Inconel）

因科鎳合金是英文Inconel的中文音譯，它本質上是一組 奧氏體 鎳-鉻基 超級合金的統稱。

Inconel系列最早開發于1940年代，是英國赫里福德 (Hereford, England)的威金斯合金廠（Wiggin Alloys）研發的產品，以支持惠特爾噴射引擎（Whittle jet engine）的相關研究。

該廠后來被美國的特殊金屬公司（Special Metals Corporation）收購。

因科鎳合金（Inconel）的特點

Inconel的特點和哈氏合金類似，或者說這是超級合金之所以被冠以“超級”兩字的原因：和其他金屬材料比更加耐氧化、耐腐蝕。

常見工程金屬材料（如鋼、鋁等）只要遇上高溫，往往晶體內部就開始產生晶格空穴缺陷，進而導致嚴重蠕變現象。通俗地說，就是會在高溫下結構強度下降，使制造出來的產品失去原來的功能。

舉個典型應用的例子

大家都知道航天飛機發射前必須固定在發射平臺上。怎么固定呢？用8個大型雙頭螺栓，通過機械連接來支撐整個待發射航天飛機系統的重量。

發射場通常建設在荒漠中，環境惡劣，發射時溫度也相當高，所以這8個雙頭螺栓用的可不是普通材料。它不但要有一定的強度，還要耐高溫、耐腐蝕、適應高壓高動能要求，只能使用因科鎳合金制造。

8個巨大的因科鎳螺栓用易碎螺母固定，在發射時通過爆炸物分離螺母，就能釋放發射平臺上的航天飛機了。

因科鎳合金的特性和原理

耐蝕性：

Inconel受熱時，合金表面會鈍化出一層又厚又穩定的鈍化氧化層，保護合金內部不受腐蝕。

耐高溫：

不同類別的Inconel，利用固溶強化或析出硬化的機制在高溫下維持良好機械性質。Inconel在很廣的溫度范圍內，能維持良好的力學性能。

這使得因科鎳合金適用于各種高溫、高壓的嚴苛環境。這是常見的工程金屬材料如鋼、鋁等所做不到的。

小知識

1、工程上有時簡稱Inconel為"Inco"（或誤拼為"iconel"）。常見的因科鎳625合金商標名包含：

Inconel 625, Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 及 Nicrofer 6020等。

2、不同型號的Inconel有著大不相同的化學成分，然而皆由鎳為主成分，而鉻占比第二。

3、對采取析出強化或時效強化作為強化機制的這些Inconel而言，少量鈮和鎳結合，形成金屬間化合物Ni3Nb或稱為γ’相。

γ’相會長成細小的立方晶胞，在高溫下有效阻止滑移和蠕變的進行。γ’相會隨時間長大，特別是暴露于850℃的熱環境3小時后，并在暴露于72小時后繼續長大。

這是因科鎳耐高溫的主要原理。

因科鎳合金的應用主要介紹4個方面：用途（典型應用）、連接（比如焊接）、加工（比如削切）、典型牌號及其特點。

因科鎳合金通常使用在各種極端環境中

例如：

燃氣渦輪機：葉片，密封和燃燒室，渦輪增壓機的轉子和密封，

電動潛水深井泵：馬達軸，高溫緊固件；

化工和承壓容器熱交換器：管道系統；

蒸汽發生器和核電站：壓水反應堆的核心部件。

各種含H2S and CO2天然氣的處理裝置。

以及

槍炮消聲器導流板；

F1賽車, NASCAR, NHRA和APR, LLC的排氣系統；

第三代馬自達Mazda RX7的渦輪增壓系統；

配置高功率旋缸發動機的Norton摩托車排氣系統（尾氣溫度高達 1000℃）。

甚至

在垃圾焚化爐鍋爐系統中的用量也在不斷增加。

歐洲環流器和通用原子能公司DIII-D（聚變反應堆）托卡馬克真空容器也是用Inconel制造的。

Inconel 718通常用于低溫儲罐，井底軸桿和井口部件。

因科鎳合金很難進行機械加工

因為其“快速的加工硬化特性”

由于因科鎳合金具有快速加工硬化的特點，采用傳統的技術首道次機加工后，加工硬化常常會使工件或第二道次加工工具發生塑性變形。

我們常說的因科鎳合金難切削，就是因為這個原因。

但這并不是不能優化規避的

使用先進的刀具或其他加工工藝：

1、新型的晶須增強陶瓷刀具可用于加工鎳合金，其切割速率是常規硬質合金刀具的8倍。

2、Inconel板材通常采用水切割方法來完成。

3、Inconel制作的零件也可采用選擇性激光融化的方法來實現。

合理安排工藝流程：

1、可將大部分機加工工作在工件固溶處理后完成，僅將最后加工道次放在時效硬化后進行。

2、對于時效硬化的Inconel，例如對于718合金，機加工時使用硬質合金刀具，應采用重進刀，低切削速度，盡可能減少加工道次。

3、在固溶處理狀態下（對時效硬化合金），如外螺紋的加工可采用車削螺紋或輥壓螺紋的方式。

4、因科鎳718合金通過采用感應加熱到1300℉(704℃)，晶粒尺寸不長大并完全時效后，也可采用輥壓螺紋。

帶內螺紋的孔可采用銑削螺紋，內螺紋也可采用電火花加工來實現。

PS：與機加工方法相比，鎳合金零部件成形和表面處理的方法更多選擇水射流，激光和研磨，因為這些方法更經濟。通過選擇合適的磨料硬度，磨削輪通常不受材料加工硬化的影響，并保持銳利和持久度。

因科鎳合金如何連接

部分Inconel的焊接會很困難（特別是γ’相析出硬化類合金，包括X-750和我們稍后會介紹的Waspalloy)。

這是由于焊縫熱影響區的開裂和合金元素顯微偏析造成的，當然，如625和718等合金，在設計時就已經考慮了這些并解決了焊接問題。

最常用的焊接方法是氣體保護鎢極氬弧焊和電子束焊接。近幾年來，脈沖微功率激光焊越來越多地被用于某些特定用途。