哈氏合金是一种镍基耐腐蚀合金,主要分成镍-铬合金与镍铬钼合金两大类。哈氏合金具有良好的抗腐蚀性和热稳定性,多用于航空事业,化学领域等。哈氏合金(Hastelloy alloy)就是美国哈氏合金国际公司所生产的镍基耐蚀合金的商业牌号的统称。
(00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2)、Haynes 242 合金与前述镍钼耐蚀合金不同,是一种有优良耐蚀性且高温高强度、低热膨胀的沉淀硬化型耐蚀、耐热合金。
此合金在时效态(这是与固溶态使用的前述各种镍钼合金,包括成分相近的Hastelloy B10合金最主要的差别)其室温到650℃的强度约为固溶态 Hastelloy B和 Hastelloy C-276的2~3倍。在H2SO4、HCl、HF、H3PO4等酸中以及氟化物熔盐中均具有良好耐蚀性。
一、化学成分和组织特点
(00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2)、Haynes 242 合金的化学成分见表3-4-49。从化学成分中可看出,此合金与前述00Mo24Ni60Cr8Fe6 (Hastelloy B10)合金相较除镍、钼、铬近似外,不仅含铁量低而且还含有钴等元素。
(00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2)、Haynes 242 化学成分 | |||||||||||
合金名称 | Ni | Mo | Cr | Fe | Co | Mn | Si | Al | C | B | Cu |
(00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2) Haynes 242 | 65 | 24~28 | 7.0~9.0 | ≤2.00 | ≤2.5 | ≤0.8 | ≤0.8 | ≤0.5 | ≤0.03 | ≤0.006 | ≤0.5 |
此合金固溶态与镍钼型耐蚀合金相同,但时效后会有Ni2(Mo,Cr)型金属间相在基体上沉淀。由于此金属间相非常细小,只有用电子显微镜才能观察到(见图3-4-41中黑色突出的质点),此相是此合金的强化相。
二、耐腐蚀性能
1. 在酸溶液中
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金在各种酸溶液中的试验结果见表3-4-50和表3-4-51 以及图3-4-42和图 3-4-43。
2. 在高温氟化氢气和氯化物熔盐中的耐蚀性
由于00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2合金的高钼量并含有8%Cr,因而在高温HF气中和高温氟化物熔盐(KCl-KF-NaF)中的耐蚀性较其他一些耐蚀合金为优。在10℃,70%HF 气中试验136h后的结果见表3-4-52。可以看出,0Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金的耐蚀性优于含~15%Cr的简单的镍铬耐蚀合金Inconel 600 (0Cr15Ni75Fe),也优于高铬量而钼量较低的镍铬钼型合金 Inconel 625和 Hastelloy C-22。
3. 高温抗氮化性
表3-4-53列出了在980℃(流动的氨中)试验168小时后的合金的表面氮化情况。可以看出,在所试验的合金中,00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金的抗氮化性是最好的,这主要是由于242合金中的镍基和低铬量。
4. 高温抗氧化性
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金在≤815℃下具有良好的抗氧化性,因此在连续或断续工作条件下不需要采取任何表面防护措施。
采用图3-4-44 的金相法来评定的高温抗氧化性并得到表3-4-54 的结果。可以看出,在所试验条件下,00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2合金的抗氧化性要远比 Hastelloy B合金为优,显然这主要是与242合金含有8%Cr且钼量较低有关。
三、力学性能
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2合金的棒材(和环件)、热轧板、冷轧板材固溶+650℃时效48小时的拉伸性能见表3-4-55~表3-4-57。表3-4-58则系此合金冷轧板固溶态、固溶十冷加工、固溶十冷加工十时效态的拉伸性能。而图3-4-45 则系此合金的瞬时高温强度与 Hastelloy B和 Hastelloy C-2000 合金的对比试验结果。
表3-4-59指出了00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金经650℃长期加热后的抗拉性能和冲击性能,可以看出,随650℃加热时间的增长,合金的强度提高,塑性有所降低,而韧性下降最为明显,经650℃ 8000h加热后,韧性的损失达60%。
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金的高温持久性能见图3-4-46。可以看出,在所试验的条件下,00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2合金的高温持久强度低于高温(热强)合金Inconel 718 (0Cr20Ni53Mo3Nb5AlTi),但高于所试验的 Hastelloy B等合金。
研究表明,00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2合金时效态的强度约为固溶态的两倍,按此时效态的高温强度性能此合金可用到≤705℃。
四、冷加工和成型性
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金固溶态与 Hastelloy B10相似,具有良好的冷、热加工和成型性。热加工温度可在980~1230℃间的较高温度下进行。但若为了获得细晶粒结构,热加工终止温度可在热加工温度范围内的下限温度进行。由于此合金固溶态也具有良好的冷塑性,故也极易冷加工。但无论是热加工还是冷加工材,在时效前均需先进行固溶处理。
五、热处理工艺
除有特殊要求外,00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金均需进行最终热处理。热处理工艺为925~1120℃加热保温后空冷或水冷(高截面尺寸者)。此合金固溶处理后的时效温度为650℃x24~48小时保温后空冷。
六、焊接性能
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2合金具有良好的焊接性能,合金在固溶状态下可采用GTAW和GMAW工艺进行焊接,建议采用化学成分匹配的焊丝。由于埋弧焊和氧(乙)炔焊热输入高,不推荐用于焊接此合金。焊接时层间温度要≤95℃.由于00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2合金一般系在固溶十时效态使用,建议焊后时效前要进行固溶处理,以获得良好的焊接接头和母材整体的性能。
七、物理性能
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 合金的物理性能见表 3-4-60。
八、应用
00Mo26Ni60Cr8Fe2Co2 (Haynes 242)合金作为高温(耐热)合金使用经固溶+时效处理后可用于航空和航天工业中,若作为耐蚀合金使用则为固溶处理态,其用途基本上与前述00Mo24Ni60Cr8Fe6(Hastelloy B10)合金相似,可用于耐氢氟酸和耐氟化物熔盐的环境中。由于此合金具有的高强度,已用于既耐氟化物腐蚀又要求高强度的构件,效果良好。