鎳(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)金(jin)由于具有(you)優異的(de)(de)(de)(de)(de)高溫性(xing)(xing)(xing)能和卓越(yue)的(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)能，已在(zai)航空航天、核(he)電、火電、石(shi)油(you)化(hua)工(gong)等領(ling)域獲得了(le)廣泛的(de)(de)(de)(de)(de)應用，但(dan)鎳(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)往往會帶來不少的(de)(de)(de)(de)(de)困(kun)難，主要(yao)表現在(zai)相的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)導致接(jie)(jie)頭(tou)性(xing)(xing)(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)改變，以及焊(han)接(jie)(jie)過程中產生的(de)(de)(de)(de)(de)各(ge)種裂紋(wen)等缺(que)陷造成(cheng)運行(xing)中的(de)(de)(de)(de)(de)早期失效。為此，眾多科(ke)技(ji)工(gong)作者長(chang)期以來對鎳(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)開展(zhan)了(le)大量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)試驗(yan)研究，力求在(zai)焊(han)接(jie)(jie)鎳(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)金(jin)時能獲得高質量(liang)(liang)和性(xing)(xing)(xing)能滿意的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)。
鎳(nie)(nie)基合(he)金(jin)是工程(cheng)材(cai)料(liao)最重要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)類別之(zhi)一，因為它(ta)們(men)能(neng)(neng)(neng)夠(gou)用(yong)(yong)于多種環(huan)境(jing)和(he)(he)(he)(he)(he)場合(he)。在(zai)含(han)水和(he)(he)(he)(he)(he)高(gao)(gao)溫(wen)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)耐蝕場合(he)、室溫(wen)和(he)(he)(he)(he)(he)高(gao)(gao)溫(wen)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)強(qiang)度場合(he)、低(di)溫(wen)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)延性(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)(he)(he)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)場合(he)、特殊(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)場合(he)以及與其他物理性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)有(you)關的(de)(de)(de)(de)(de)(de)場合(he)都選(xuan)用(yong)(yong)了(le)這(zhe)些(xie)(xie)(xie)合(he)金(jin)。鎳(nie)(nie)基合(he)金(jin)焊(han)(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)能(neng)(neng)(neng)提供(gong)某些(xie)(xie)(xie)焊(han)(han)(han)態下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，而這(zhe)些(xie)(xie)(xie)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)是其他類型(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)產品所不能(neng)(neng)(neng)提供(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如(ru)(ru)被許多各種不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)合(he)金(jin)元素稀釋(shi)后，還(huan)能(neng)(neng)(neng)保持(chi)從低(di)溫(wen)到接(jie)近(jin)固(gu)相線(xian)溫(wen)度強(qiang)度和(he)(he)(he)(he)(he)延性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力。它(ta)們(men)也是十分通用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)，例如(ru)(ru)，用(yong)(yong)于焊(han)(han)(han)接(jie)9%鎳(nie)(nie)鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系(xi)焊(han)(han)(han)接(jie)產品在(zai)液氮溫(wen)度下還(huan)具有(you)非常高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)態強(qiang)度和(he)(he)(he)(he)(he)沖(chong)擊(ji)韌(ren)性(xing)(xing)(xing)。用(yong)(yong)來焊(han)(han)(han)接(jie)鑄鐵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)和(he)(he)(he)(he)(he)鎳(nie)(nie)－鐵合(he)金(jin)能(neng)(neng)(neng)被鐵和(he)(he)(he)(he)(he)碳稀釋(shi)后而保持(chi)延性(xing)(xing)(xing)，并(bing)提供(gong)良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)機加(jia)工特性(xing)(xing)(xing)。鎳(nie)(nie)基合(he)金(jin)焊(han)(han)(han)接(jie)材(cai)料(liao)亦廣(guang)泛(fan)用(yong)(yong)于電力工業，可在(zai)碳鋼(gang)和(he)(he)(he)(he)(he)不銹鋼(gang)之(zhi)間進行異種焊(han)(han)(han)接(jie)，作為在(zai)高(gao)(gao)溫(wen)下使用(yong)(yong)時熱膨脹(zhang)系(xi)數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)過渡材(cai)料(liao)。
相對于(yu)鋼而(er)言，鎳基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)能夠在低溫下使用，又能在接(jie)近1200℃的(de)高溫下使用，因為固溶合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)基體(ti)從固態到(dao)絕對零度都保持奧氏體(ti)。這些(xie)加(jia)入適當添加(jia)劑(ji)的(de)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)提供(gong)了有用的(de)耐(nai)蝕性，并在包(bao)括電力、石化、化學(xue)加(jia)工、航天和控(kong)(kong)制(zhi)環境(jing)污染(ran)等的(de)廣大(da)工業領域中得(de)到(dao)了應用。對鎳基合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)來說(shuo)，焊(han)(han)接(jie)是一門(men)關鍵性的(de)制(zhi)造(zao)技術(shu)。最近50年來，已經(jing)進行(xing)了大(da)量(liang)的(de)研(yan)究(jiu)和開發(fa)工作，為更好地弄懂和控(kong)(kong)制(zhi)這些(xie)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)焊(han)(han)接(jie)性以(yi)及(ji)開發(fa)在焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭耐(nai)蝕性和力學(xue)性能方面能滿足(zu)更高要(yao)求的(de)焊(han)(han)接(jie)材料作出了不懈(xie)的(de)努力。
對鎳基合金來說，沒有像鐵合金和鋁合金那樣的系統分類體系。因此，大多數鎳基合金是通過它們的商業名稱或最初由合金制造商給予的合金號而被知曉的。例如，INCONEL 600合金 和 HASTELLOY C-22 合金亦歸類于600合金和C-22合金。鎳基合金通常以成分分類，如圖1.1所示。以下列出這些類別的簡要匯總。
1. 商用純鎳合金
商用(yong)純鎳合(he)金(jin)是(shi)基本(ben)上(shang)含有(you)(you)鎳＞99%的(de)(de)那些合(he)金(jin)。這是(shi)一(yi)個(ge)商用(yong)純鎳合(he)金(jin)的(de)(de)完整族系(xi)，命名為(wei)200合(he)金(jin)和201合(he)金(jin)。這些材料(liao)具(ju)(ju)有(you)(you)低(di)(di)強度和低(di)(di)硬度，原則上(shang)由于它們具(ju)(ju)有(you)(you)良好(hao)的(de)(de)耐(nai)蝕(shi)性而(er)用(yong)于苛性腐(fu)蝕(shi)環境。201合(he)金(jin)具(ju)(ju)有(you)(you)最高值為(wei)0.02wt%的(de)(de)碳，所以它們能(neng)夠在高于315℃（600°F)的(de)(de)高溫下(xia)使用(yong)而(er)無被(bei)“石(shi)墨(mo)化”的(de)(de)危險。因為(wei)碳在高于315℃的(de)(de)鎳基體中是(shi)相(xiang)對易變(bian)的(de)(de)，添加超出(chu)溶解度極限（～0.02%)的(de)(de)碳會造成(cheng)石(shi)墨(mo)質(zhi)點的(de)(de)沉淀，使材料(liao)變(bian)脆和變(bian)弱。
還(huan)有(you)一些附加商用純鎳合(he)(he)金，它們(men)在(zai)電或磁(ci)致伸縮的(de)(de)(de)有(you)限場(chang)合(he)(he)使(shi)用。這(zhe)些合(he)(he)金具有(you)良好的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)性(xing)，但在(zai)焊(han)(han)接(jie)時對氣(qi)(qi)孔敏感。如果在(zai)焊(han)(han)前和(he)焊(han)(han)接(jie)中保持清潔(jie)，這(zhe)些合(he)(he)金會顯示(shi)良好的(de)(de)(de)抗裂性(xing)，但保護氣(qi)(qi)體(ti)或焊(han)(han)劑必(bi)須充足以(yi)避(bi)免氣(qi)(qi)孔的(de)(de)(de)形成。商用純鎳焊(han)(han)接(jie)材料含有(you)最高達1.5%鋁和(he)2.0%~3.5%鈦的(de)(de)(de)添加劑來抵消少量(liang)的(de)(de)(de)大氣(qi)(qi)污染。鈦和(he)鋁與氧結合(he)(he)形成氧化(hua)物，與氮結合(he)(he)形成氮化(hua)物，因(yin)而(er)控制了在(zai)焊(han)(han)縫熔敷金屬(shu)中的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)孔。
2. 固溶(rong)強化(hua)合金
鎳和(he)銅是(shi)同一(yi)形態的(de)元(yuan)素（完全固溶性(xing)(xing)(xing)(xing)），能(neng)在整個成(cheng)分范圍內生成(cheng)單相合(he)(he)金(jin)。這個族系的(de)材料通常對(dui)海(hai)水(shui)和(he)其(qi)他一(yi)般腐(fu)蝕環境顯示出良(liang)好的(de)耐蝕性(xing)(xing)(xing)(xing)。通常Ni-Cu合(he)(he)金(jin)有(you)很好的(de)焊(han)接性(xing)(xing)(xing)(xing)，但如果不使用適當的(de)保護或(huo)良(liang)好的(de)抗(kang)氧化焊(han)接材料，可(ke)能(neng)會(hui)對(dui)氣孔(kong)敏(min)感。其(qi)他的(de)固溶強化鎳基合(he)(he)金(jin)可(ke)以(yi)僅含(han)有(you)鐵，這些合(he)(he)金(jin)的(de)大(da)多(duo)數由于(yu)特定的(de)膨(peng)(peng)脹系數或(huo)電性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)而得(de)到使用。Ni-36%Fe合(he)(he)金(jin)通常稱(cheng)作(zuo)INVAR合(he)(he)金(jin)，在所有(you)的(de)鎳基合(he)(he)金(jin)中具(ju)有(you)最低的(de)膨(peng)(peng)脹系數，在幾百度(du)(du)的(de)溫度(du)(du)范圍內加熱和(he)冷(leng)卻一(yi)直到約300°F,僅以(yi)小(xiao)于(yu)1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)速率(lv)膨(peng)(peng)脹和(he)收(shou)縮。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)有(you)較好的(de)焊(han)接性(xing)(xing)(xing)(xing)，但開發又有(you)良(liang)好抗(kang)凝固裂(lie)紋性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)，又有(you)相匹(pi)配(pei)膨(peng)(peng)脹性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)焊(han)接材料對(dui)焊(han)材制造商來說(shuo)是(shi)一(yi)個挑戰。Ni-Fe合(he)(he)金(jin)及其(qi)焊(han)材也可(ke)能(neng)對(dui)低塑性(xing)(xing)(xing)(xing)開裂(lie)敏(min)感，這種開裂(lie)的(de)機理將在第3章(zhang)中詳細(xi)闡述。
其他固(gu)溶合(he)金(jin)含(han)有(you)不(bu)同(tong)的置換元(yuan)素，包(bao)括鉻、鉬和鎢。每種(zhong)元(yuan)素都能賦予特(te)殊的性(xing)能，并有(you)能力改變每種(zhong)合(he)金(jin)的焊接(jie)特(te)性(xing)。固(gu)溶強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)鎳基(ji)合(he)金(jin)的最(zui)高抗拉強(qiang)(qiang)(qiang)度值接(jie)近830 MPa(120 ksi),而屈服強(qiang)(qiang)(qiang)度在345~480 MPa(50~70 ksi)之間(jian)。這些合(he)金(jin)在要求具(ju)有(you)良好耐蝕性(xing)的廣(guang)泛場合(he)下使用。如果要求較高的強(qiang)(qiang)(qiang)度水平，必須選擇沉淀強(qiang)(qiang)(qiang)化(hua)合(he)金(jin)。
3. 沉淀強化合金
沉(chen)(chen)淀(dian)強化(hua)(hua)鎳基合(he)(he)(he)金含(han)有鈦(tai)、鋁(lv)和(he)／或鈮等添(tian)加劑(ji)，在(zai)適當的(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)處(chu)理后(hou)與(yu)鎳形(xing)成(cheng)強化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)。在(zai)大(da)多數情(qing)況下，這些(xie)(xie)(xie)沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)與(yu)奧氏體(ti)(ti)基體(ti)(ti)具有凝聚力(li)，并使基體(ti)(ti)變形(xing)，因而實質(zhi)(zhi)上增加了基體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)強度。這些(xie)(xie)(xie)沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)大(da)多數稱為(wei)Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)Nig(Al,Ti)]和(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)最佳合(he)(he)(he)金添(tian)加劑(ji)和(he)熱(re)處(chu)理情(qing)況下，這些(xie)(xie)(xie)合(he)(he)(he)金能夠強化(hua)(hua)到(dao)最高(gao)抗(kang)拉強度超過(guo)1380 MPa(200 ksi)和(he)0.2%屈服強度超過(guo)1035 MPa(150 ksi).第(di)一個沉(chen)(chen)淀(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr合(he)(he)(he)金（X-750)是(shi)由(you)γ'強化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)，在(zai)靠近(jin)γ'溶解線溫(wen)度下，顯示出良好的(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)氧化(hua)(hua)性和(he)高(gao)溫(wen)強度的(de)(de)(de)(de)(de)組合(he)(he)(he)。不(bu)幸(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)，當焊(han)后(hou)并直(zhi)接時(shi)效而不(bu)在(zai)中間插入退(tui)火(huo)處(chu)理時(shi)，會產(chan)生焊(han)后(hou)應變時(shi)效裂紋（SAC).這種開裂的(de)(de)(de)(de)(de)機(ji)理將在(zai)第(di)4章中詳(xiang)細(xi)闡述。在(zai)為(wei)改善焊(han)接性和(he)避免SAC的(de)(de)(de)(de)(de)努(nu)力(li)下，開發了γ”強化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)(de)第(di)二(er)代沉(chen)(chen)淀(dian)硬化(hua)(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)(he)金。這些(xie)(xie)(xie)合(he)(he)(he)金中最普遍(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)718合(he)(he)(he)金。因為(wei)γ”沉(chen)(chen)淀(dian)物(wu)(wu)比γ'的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)要(yao)慢(man)得多，718合(he)(he)(he)金在(zai)焊(han)后(hou)熱(re)處(chu)理時(shi)通(tong)常不(bu)受SAC影響。718合(he)(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)主要(yao)應用(yong)之(zhi)一是(shi)航空(kong)航天燃氣透平傳動軸(zhou)和(he)耐(nai)壓殼。如果適當地(di)熔煉，獲(huo)得低含(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)雜質(zhi)(zhi)，該(gai)合(he)(he)(he)金可提(ti)供極大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)機(ji)會。當設計(ji)合(he)(he)(he)理時(shi)，在(zai)一直(zhi)到(dao)760℃（1400°F)的(de)(de)(de)(de)(de)使用(yong)溫(wen)度下，具有極佳的(de)(de)(de)(de)(de)疲勞壽命。
基于(yu)沉(chen)淀強(qiang)化合(he)金具有(you)在高(gao)溫下不同尋常(chang)的高(gao)強(qiang)度(du)和耐蝕性，所(suo)(suo)以通常(chang)把(ba)它們歸類(lei)為“超(chao)合(he)金”。該術(shu)語曾松散(san)地應用于(yu)許多(duo)其他高(gao)強(qiang)度(du)多(duo)元合(he)金，但(dan)一般術(shu)語“超(chao)合(he)金”是用來描(miao)述(shu)由γ'和γ”相所(suo)(suo)提供(gong)的具有(you)超(chao)強(qiang)度(du)性能的鎳基合(he)金。
在(zai)燃氣輪機動葉片上采(cai)用超(chao)(chao)合(he)(he)(he)金始于IN713C合(he)(he)(he)金。這(zhe)種合(he)(he)(he)金與X-750合(he)(he)(he)金相似，但僅僅作(zuo)為鑄(zhu)件生(sheng)(sheng)產，因為含(han)有較(jiao)多(duo)的(de)(de)鋁、鈦添(tian)加劑，因此從鑄(zhu)造溫(wen)度下冷卻時(shi)，會發(fa)生(sheng)(sheng)時(shi)效硬(ying)化。由于該合(he)(he)(he)金對(dui)SAC有極高(gao)的(de)(de)敏感性，所以產品修復受(shou)到(dao)限(xian)制(zhi)，但在(zai)葉片頂(ding)端堆焊(han)則不會開裂。經過數十年(nian)的(de)(de)技術進展(zhan)，增加了“超(chao)(chao)合(he)(he)(he)金”族系的(de)(de)其他成員，包(bao)括超(chao)(chao)高(gao)強度和耐(nai)腐蝕的(de)(de)單晶透平葉片合(he)(he)(he)金。為了減(jian)少在(zai)運行時(shi)受(shou)到(dao)侵蝕，在(zai)葉片頂(ding)端堆焊(han)是(shi)可行的(de)(de)，只要焊(han)接(jie)過程(cheng)能很好得(de)到(dao)控制(zhi)，并(bing)使殘余(yu)應力(li)保持在(zai)較(jiao)低水(shui)平。最初這(zhe)些材料在(zai)焊(han)接(jie)修復時(shi)曾(ceng)遇到(dao)挑戰，包(bao)括避免在(zai)熔池(chi)中的(de)(de)晶粒(li)分散和阻止開裂。
4. 其他特殊合金
有一些合金，由于它們具有令人印象深刻的高溫蠕變特性，也能納入“超合金”范疇，例如氧化物彌散強化合金MA6000和MA754。這些合金使用沉淀硬化和彌散硬化兩種機理，顯示出優越的蠕變強度，其中彌散硬化是由在高溫下穩定的精細彌散顆粒所建立的。氧化釓（Y2O3)是用來作為強化的彌散體的一個例子。這些材料亦具有優越的高溫抗氧化性能，但是當它們用普通的熔焊技術來連接時，則無能力維持其貫穿焊接接頭的高強度。當用焊接熔化時，彌散體趨向于聚結，因而由彌散體帶來的局部加強在熔合區和熱影響區均會喪失。
鎳-鋁(lv)化合(he)(he)物是圍繞或(huo)是NiAl或(huo)是Ni3Al組(zu)成(cheng)而設計的(de)合(he)(he)金。它們顯(xian)示出非(fei)常(chang)高(gao)(gao)的(de)強度(du)(du)和(he)耐(nai)(nai)蝕性(xing)(xing)能，但由(you)于(yu)它們在(zai)很大溫度(du)(du)范圍內(nei)延性(xing)(xing)低(di)，所(suo)以(yi)焊(han)接非(fei)常(chang)困難(nan)(nan)。Ni-Cr-B和(he)Ni-Mo-Si合(he)(he)金曾被開發(fa)用于(yu)在(zai)不同(tong)環境下的(de)耐(nai)(nai)磨材料，但這(zhe)些(xie)合(he)(he)金由(you)于(yu)硬(ying)度(du)(du)高(gao)(gao)、延性(xing)(xing)低(di)，并(bing)在(zai)其(qi)成(cheng)分范圍內(nei)會形(xing)成(cheng)低(di)熔(rong)融區間的(de)相，所(suo)以(yi)同(tong)樣難(nan)(nan)以(yi)焊(han)接。
