Udimet® / Waspaloy® – 用於極端載重的超合金
Udimet® 和 Waspaloy® 合金的特性
Udimet® 和 Waspaloy® 屬於一類高溫超合金，專為傳統耐熱耐蠕變鋼無法提供足夠耐久性的工況而設計。這些材料主要用於航空、發電、燃氣渦輪機、航太工業等同時暴露於高溫、機械負荷、蠕變、氧化和高溫腐蝕等環境的設備。
Udimet系列包含多種材料，它們具有不同的化學成分和強化機制。因此，所有Udimet和Waspaloy合金不應被視為具有相同性能的單一鎳合金系列。
瓦斯帕洛伊 – UNS N07001 是一種沉澱強化型鎳基高溫合金，其中γ′相扮演著非常重要的角色。 Udimet 188 – UNS R30188 oraz Udimet L-605 – UNS R30605 它們是高溫鈷基合金。它們獲得高強度和熱穩定性的機制與經典的鎳沉澱硬化高溫合金不同。
Waspaloy®－一種沉澱強化鎳基高溫合金
Waspaloy – UNS N07001，W.No. 2.4654 是一種鎳鉻鈷高溫合金，添加了鉬、鈦和鋁。它的研發目的是為了在高溫下承受高機械負荷。
其組織結構以奧氏體鎳基γ相基為基礎。適當的熱處理可形成細小、共格的相析出物。 γ′ – 鎳3（鋁，鈦）這一相是 Waspaloy 的基本強化機制之一，即使在傳統結構合金性能顯著下降的溫度下，它也能保持高強度。
鋁和鈦的添加主要負責γ′相的形成，而鉻則提高了材料的抗氧化性和抗高溫腐蝕性。鈷影響基材穩定性和高溫性能等，鉬則提供了額外的固溶強化作用。
由於其精心挑選的化學成分和多階段熱處理，Waspaloy 具有高抗拉強度、抗蠕變性和在高溫下抵抗長期負荷的特性。
Waspaloy 蠕變阻力
Waspaloy最重要的特色之一是 高蠕變和蠕變斷裂阻力蠕變是指材料在高溫下長時間受力時所發生的緩慢且永久的變形過程。
在燃氣渦輪機部件中，這個過程尤其重要，因為該部件可以在高溫和高機械應力的作用下連續運行數千小時。
穩定的鎳基體和γ′相析出物限制了位錯運動，使材料在高溫下保持高強度。正因如此，Waspaloy被用於飛機發動機和燃氣渦輪機的關鍵部件中。
Waspaloy 的抗氧化性
Waspaloy 中大量的鉻含量使其表面能夠形成一層保護性氧化層，從而限製材料的進一步氧化。
抗氧化性在渦輪引擎零件和電力設備中尤其重要，因為這些材料會長時間與高溫氣體接觸。
然而，必須加以區分。 合金表現出抗氧化性的最高溫度，即合金能夠安全地承受高機械負荷數千小時的溫度。允許的設計溫度取決於應力、所需的耐久性、熱處理以及特定的產品形狀。
Waspaloy熱處理
Waspaloy合金的性能很大程度取決於所採用的熱處理過程。典型的製程包括固溶熱處理和後續時效處理，以控制γ′相析出物的尺寸、分佈和比例。
改變熱處理參數可以改變強度、延展性、抗蠕變性和疲勞壽命之間的平衡。因此，Waspaloy 的機械性質不應以獨立於材料狀態的單一數值來表示。
焊接和機械加工 Waspaloy
Waspaloy 是一種技術要求遠高於普通不銹鋼和許多標準鎳合金的材料。由於其 γ′ 相形成元素含量高，因此在焊接過程中必須格外注意材料的狀態、熱輸入以及後續的熱處理。
該合金在焊接和熱處理過程中可能容易開裂。對於承受高負荷的部件，焊接接頭的設計需要格外謹慎。焊縫的高溫性能可能不如經過適當熱處理的母材。
由於材料強度高、加工過程中容易硬化、刀具承受的負荷大，機械加工也極具挑戰性。
Udimet® 188－一種高溫鈷基合金
Udimet 188 – UNS R30188 是一種鈷鎳鉻鎢合金，設計用於極高溫環境。與 Waspaloy 不同，它並非傳統的透過 γ′ 析出強化的鎳基高溫合金。
該合金含有約 含20-24%的鉻、20-24%的鎳和大量的鎢該材料以鈷為主要成分。少量鑭的添加有助於形成一層持久且具有保護作用的氧化層。
Udimet 188 兼具高溫下的高強度、優異的抗氧化性、耐高溫腐蝕性以及在長期熱暴露下良好的冶金穩定性。
該材料在長時間暴露於高溫下後仍保持良好的延展性，並具有良好的成形性和焊接性能。
Udimet 188 具有優異的抗氧化性和耐高溫腐蝕性
Udimet 188 最重要的特性之一是其能夠在極高的溫度下運作。該合金在長期暴露於高達約 1000 攝氏度的溫度下時，表現出極佳的抗氧化性。 1095°C.
高鉻含量與鑭的添加相結合，促進了緻密且附著力良好的保護層的形成。 Udimet 188 也表現出良好的抗硫化性和對某些與硫酸鹽沉積物相關的高溫腐蝕的高抵抗力。
需要強調的是，此處提及的1095°C左右的溫度主要指的是抗氧化性能，並不代表在此溫度下能夠承受最大機械負荷。允許的結構應力會隨著溫度的升高而降低。
Udimet 188 在燃氣渦輪機的應用
Udimet 188 具有抗氧化性、高溫強度、冶金穩定性和良好的焊接性能，特別適用於燃氣渦輪機的熱端部件。
典型應用包括：
- 燃氣渦輪燃燒室
- 燃燒室襯裡，
- 火焰穩定劑
- 熱氣流系統的過渡通道和元件，
- 飛機引擎加力燃燒室部件
- 暴露於高溫氣體直接作用下的蓋板和零件。
在這些應用中，不僅機械強度特別重要，而且耐受加熱和冷卻循環以及在長時間運行中保持結構穩定性也很重要。
Udimet® L-605 – UNS R30605
Udimet L-605 – UNS R30605 是另一種高溫鈷基合金。這種材料還有其他商品名，包括 HAYNES® 25.
該合金含有大量的鉻、鎳和鎢。高鉻含量賦予其良好的抗氧化性，而鎢提供強大的固溶強化作用，並有助於在高溫下保持機械性能。
L-605 的特點是高溫下強度高、抗氧化性好、耐磨性和抗咬合性相對較好。
它主要用於燃氣渦輪機部件、燃燒室、飛機發動機部件、高溫運行部件以及需要高機械強度和耐熱性的特殊應用。
Waspaloy 和 Udimet 188 和 L-605 – 基本差異
這些材料之間最重要的區別在於基體類型和增強機制。
黃蜂合金 是一種鎳基高溫合金，其極高的機械性質主要透過控制γ′相的析出來來實現。它特別適用於在高溫下承受高機械應力的零件。
優迪美特 188 是一種鈷基合金，其最大的優點是具有很高的抗氧化性、熱穩定性，並且在長期暴露於高溫下仍能保持良好的性能。
Udimet L-605 它也是一種鈷基合金，主要採用固溶強化法。它兼具高溫高強度、良好的抗氧化性和耐磨性。
因此，這些材料不應被視為簡單的替代品。 Waspaloy合金尤其適用於承受高機械應力的渦輪機零件，而188合金和L-605合金則非常適用於對抗氧化性、高溫腐蝕性和熱穩定性要求極高的熱端零件。
機械性質
Waspaloy、Udimet 188 和 L-605 這三種材料不應具有單一的 Rp0,2、Rm、延伸率和硬度範圍。這些材料的基體、化學成分、強化機制和熱處理狀態均不相同。
在這種情況下 黃蜂合金 材料的機械性質與飽和度和老化程度密切相關。該材料可達到極高的屈服強度和抗拉強度，其主要優勢在於高溫下仍能維持高強度和抗蠕變性能。
在這種情況下 優迪美特 188 i 該605 比室溫下極高的屈服強度更重要的是熱穩定性、抗氧化性、高溫強度以及長期熱暴露後的性能保持能力。
機械性能的準確值應始終與特定牌號、產品形式、測試溫度和熱處理條件相關。
標準和標記
瓦斯帕洛伊： UNS N07001，W.Nr. 2.4654。它用於棒材、鍛造材料和其他鍛造產品，尤其適用於： ASTM B637此外，還有一些針對航空航太應用的AMS規格。
Udimet 188： UNS R30188。該材料主要符合AMS航空航天規範，包括： 美高梅 5608 適用於片材和條帶 美高梅 5772 適用於棒材、原料及鍛造品。
Udimet L-605： UNS R30605。該材料被列入眾多工業和航空航天規範中。合金 R30605 也用於符合相關材料要求的醫療應用，包括 ASTM F90。
標準的選擇必須始終針對特定的產品形式和應用。 UNS編號標識合金的成分，而性能、交付條件、尺寸和測試要求則源自相關的產品標準。
Waspaloy 和 Udimet 合金的典型應用
洛特尼克特夫 – 渦輪發動機部件、渦輪盤和環、軸、壓縮機部件、燃燒室、襯裡、過渡通道以及發動機熱端的其他部件。
熱力學 – 工業用燃氣渦輪機、高溫安裝零件、在長期熱負荷和機械負荷下運作的電力設備零件。
航太工業 – 驅動系統組件和在極端熱條件下運作的組件。
爐冶工業 – 高溫元件、外殼、把手和組件，容易氧化並長期暴露於高溫下。
專用設備 – 需要兼具高強度、抗蠕變性、結構穩定性和耐高溫腐蝕性的零件。
高溫超合金的選擇
在Waspaloy、Udimet 188和L-605之間進行選擇時，不僅應考慮最高工作溫度。機械應力、所需使用壽命、抗蠕變性、氧化環境、高溫氣體組成、溫度循環以及高溫腐蝕的可能性也是重要的考慮因素。
對於高應力渦輪機零件，合金經適當熱處理後的性能以及強化相的穩定性至關重要。而對於燃燒室和熱氣管道部件，抗氧化性、冶金穩定性、抗熱疲勞性以及焊接結構的可加工性可能更為重要。
因此，僅根據最高工作溫度來比較高溫合金可能會導致材料選擇錯誤。
配送方式
根據等級和規格的不同，Waspaloy 和 Udimet 高溫合金可提供以下產品：
- 鍛造用棒材和原料
- 鍛件，
- 戒指，
- 片狀和條狀，
- 電線，
- 焊接材料
- 擬進行進一步加工的半成品。
特定產品形式的可用性取決於等級、製造標準、尺寸和所需的熱處理條件。
Alfa-Tech 可提供的物種：
- Udimet 188 – 鎳鈷合金，耐熱耐腐蝕
- Udimet L-605—具有非常好的抗氧化性和抗蠕變性，即使在化學環境中也是如此。
- Waspaloy－一種經典的航空高溫合金，具有優異的抗蠕變性能，最高可達 800°C。
鎳合金的分類
鎳合金可分為幾個主要類別，這些類別在化學成分、性能和典型應用方面各不相同。以下是最重要的幾個類別，以及Alfa-Tech提供的部分牌號範例：
鎳合金
Inconel® – 鎳鉻高溫合金
具有極高抗氧化性和抗高溫蠕變性的合金。廣泛應用於能源、航空和化工產業。
牌號：Inconel 600、Inconel 601、Inconel 625、Inconel 686、Inconel 718、Inconel X-750、Inconel HX。
Incoloy®——鎳、鐵和鉻合金
它們兼具耐腐蝕性和良好的結構穩定性，在化學和石油化學產業尤其受到重視。
物種： Incoloy 800 H/HT，Incoloy 825，Incoloy 925，Incoloy DS，Incoloy 330，Incoloy A-286。
Nimonic® – 高溫超合金
航空和燃氣渦輪機中使用的沉澱強化材料具有很高的抗蠕變性和抗熱疲勞性。
型號：Nimonic 75、Nimonic 80A、Nimonic 90、Nimonic 263、Nimonic 901。
Udimet® / Waspaloy® – 用於極端載重的超合金
用於飛機引擎和能源產業，這些產業對抗蠕變性和抗熱疲勞性有極高的要求。
物種：Udimet 188、Udimet L-605、Waspaloy。
蒙乃爾合金®和純鎳－耐化學腐蝕和耐海洋腐蝕
蒙乃爾合金（鎳銅合金）和純鎳是耐海水、酸和鹼的材料。它們常用於船舶、化學和專用設備行業。
牌號：蒙乃爾合金 400、蒙乃爾合金 K-500、鎳 200、鎳 201。
特種合金－因瓦合金®、科瓦合金®、坡莫合金
具有獨特物理性能的材料－例如低熱膨脹係數、尺寸穩定性或可控磁導率。廣泛應用於電子、光學和精密儀器領域。
合金種類：因瓦合金 36、科瓦合金、坡莫合金、尼羅合金 77。
Hastelloy® / Haynes® – 耐腐蝕和耐高溫合金
具有高耐腐蝕性、抗氧化性和抗蠕變性的合金。廣泛應用於化工、能源和航空航太工業。
牌號：Hastelloy B-2、B-3、C-276、C-22、C-4、C-2000、G-30、G-35、X、N；Haynes 214、230、242、282、HR-160。
Inconel®、Incoloy®、Nimonic®、Monel® 和 Udimet® 是 Special Metals Corporation 的註冊商標。 Waspaloy® 是 ATI Allvac / Precision Castparts 的商標，Hastelloy® 是 Haynes International 的商標，Invar® 和 Kovar® 歸 Imphy / ArcelorMittal 所有。