鎳基合金由(you)于(yu)具有優(you)異的(de)(de)(de)(de)高溫性(xing)能(neng)(neng)和卓越的(de)(de)(de)(de)耐蝕性(xing)能(neng)(neng)，已在航(hang)空(kong)航(hang)天(tian)、核(he)電、火電、石(shi)油(you)化工等領域獲(huo)得了廣泛的(de)(de)(de)(de)應(ying)用(yong)，但鎳基合金的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)往往會帶(dai)來(lai)(lai)不少的(de)(de)(de)(de)困難，主要表現(xian)在相的(de)(de)(de)(de)變化導致接(jie)頭性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)改變，以及焊(han)接(jie)過程中產生的(de)(de)(de)(de)各種裂紋等缺陷(xian)造成運行(xing)中的(de)(de)(de)(de)早期(qi)失(shi)效(xiao)。為此(ci)，眾多科技工作者長期(qi)以來(lai)(lai)對鎳基合金的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)開展了大量的(de)(de)(de)(de)試驗(yan)研究(jiu)，力求在焊(han)接(jie)鎳基合金時能(neng)(neng)獲(huo)得高質量和性(xing)能(neng)(neng)滿(man)意的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)接(jie)頭。
鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)是工(gong)程材料最重要的(de)(de)(de)類別之(zhi)一(yi)，因為它們能(neng)(neng)(neng)(neng)夠用于(yu)多種(zhong)環境和(he)(he)場合(he)(he)。在含水和(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)耐蝕場合(he)(he)、室溫(wen)(wen)和(he)(he)高(gao)溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)高(gao)強度場合(he)(he)、低溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)延性(xing)(xing)和(he)(he)韌性(xing)(xing)場合(he)(he)、特殊(shu)的(de)(de)(de)電性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)場合(he)(he)以及與其他(ta)(ta)物理性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)有關的(de)(de)(de)場合(he)(he)都選用了這些合(he)(he)金(jin)(jin)。鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)焊(han)(han)(han)接材料能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)供某些焊(han)(han)(han)態下的(de)(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)，而這些性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)(neng)是其他(ta)(ta)類型的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接產品所不(bu)能(neng)(neng)(neng)(neng)提(ti)供的(de)(de)(de)，例(li)如被(bei)許多各種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)合(he)(he)金(jin)(jin)元素稀釋(shi)后，還能(neng)(neng)(neng)(neng)保持從低溫(wen)(wen)到接近固相線溫(wen)(wen)度強度和(he)(he)延性(xing)(xing)的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)(neng)力(li)。它們也是十分通用的(de)(de)(de)，例(li)如，用于(yu)焊(han)(han)(han)接9%鎳(nie)(nie)(nie)鋼的(de)(de)(de)Ni-Cr-Mo系(xi)(xi)焊(han)(han)(han)接產品在液氮溫(wen)(wen)度下還具有非常高(gao)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)態強度和(he)(he)沖擊(ji)韌性(xing)(xing)。用來焊(han)(han)(han)接鑄鐵(tie)的(de)(de)(de)鎳(nie)(nie)(nie)和(he)(he)鎳(nie)(nie)(nie)－鐵(tie)合(he)(he)金(jin)(jin)能(neng)(neng)(neng)(neng)被(bei)鐵(tie)和(he)(he)碳稀釋(shi)后而保持延性(xing)(xing)，并提(ti)供良好的(de)(de)(de)機加工(gong)特性(xing)(xing)。鎳(nie)(nie)(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)焊(han)(han)(han)接材料亦廣泛用于(yu)電力(li)工(gong)業(ye)，可在碳鋼和(he)(he)不(bu)銹鋼之(zhi)間進行異種(zhong)焊(han)(han)(han)接，作為在高(gao)溫(wen)(wen)下使用時熱膨脹系(xi)(xi)數的(de)(de)(de)過渡材料。
相對于鋼而言，鎳基合金(jin)(jin)(jin)能夠在(zai)(zai)低溫(wen)下使(shi)用(yong)，又能在(zai)(zai)接近(jin)1200℃的(de)高溫(wen)下使(shi)用(yong)，因為(wei)固溶(rong)合金(jin)(jin)(jin)的(de)基體從(cong)固態到絕對零(ling)度都保持(chi)奧氏體。這(zhe)些加(jia)(jia)入適當添加(jia)(jia)劑的(de)合金(jin)(jin)(jin)提供了有(you)用(yong)的(de)耐蝕(shi)性(xing)，并在(zai)(zai)包括電(dian)力(li)(li)、石(shi)化、化學(xue)加(jia)(jia)工、航天(tian)和控制(zhi)(zhi)環境污染等的(de)廣大工業領域中得到了應(ying)用(yong)。對鎳基合金(jin)(jin)(jin)來說，焊(han)接是一(yi)門關鍵性(xing)的(de)制(zhi)(zhi)造技術。最近(jin)50年來，已經進行了大量(liang)的(de)研究和開發工作(zuo)，為(wei)更(geng)好地弄懂和控制(zhi)(zhi)這(zhe)些合金(jin)(jin)(jin)的(de)焊(han)接性(xing)以及開發在(zai)(zai)焊(han)接接頭耐蝕(shi)性(xing)和力(li)(li)學(xue)性(xing)能方(fang)面(mian)能滿足更(geng)高要(yao)求的(de)焊(han)接材料(liao)作(zuo)出了不懈的(de)努力(li)(li)。
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(nie)合金
商用(yong)純(chun)鎳合(he)金(jin)(jin)是(shi)基本上含有(you)鎳＞99%的(de)(de)(de)那(nei)些合(he)金(jin)(jin)。這(zhe)是(shi)一個商用(yong)純(chun)鎳合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)完整族系，命名為(wei)200合(he)金(jin)(jin)和(he)201合(he)金(jin)(jin)。這(zhe)些材料(liao)(liao)具有(you)低強(qiang)度(du)和(he)低硬度(du)，原(yuan)則上由于(yu)它(ta)們具有(you)良好的(de)(de)(de)耐蝕性(xing)而用(yong)于(yu)苛性(xing)腐蝕環(huan)境。201合(he)金(jin)(jin)具有(you)最高(gao)值為(wei)0.02wt%的(de)(de)(de)碳(tan)，所以它(ta)們能(neng)夠在高(gao)于(yu)315℃（600°F)的(de)(de)(de)高(gao)溫下(xia)使用(yong)而無被“石墨化”的(de)(de)(de)危(wei)險。因(yin)為(wei)碳(tan)在高(gao)于(yu)315℃的(de)(de)(de)鎳基體中是(shi)相(xiang)對(dui)易變(bian)的(de)(de)(de)，添加超出溶解度(du)極限（～0.02%)的(de)(de)(de)碳(tan)會造成石墨質點的(de)(de)(de)沉淀，使材料(liao)(liao)變(bian)脆和(he)變(bian)弱(ruo)。
還有一些(xie)(xie)(xie)附加商用純(chun)鎳合(he)(he)金，它們在(zai)(zai)電或磁致(zhi)伸縮(suo)的(de)有限場合(he)(he)使(shi)用。這些(xie)(xie)(xie)合(he)(he)金具有良(liang)好(hao)的(de)焊(han)接性(xing)，但(dan)在(zai)(zai)焊(han)接時對氣(qi)孔敏(min)感。如果在(zai)(zai)焊(han)前和(he)焊(han)接中保持清潔，這些(xie)(xie)(xie)合(he)(he)金會(hui)顯示良(liang)好(hao)的(de)抗裂性(xing)，但(dan)保護(hu)氣(qi)體或焊(han)劑必須充足以避免氣(qi)孔的(de)形(xing)成。商用純(chun)鎳焊(han)接材料含(han)有最高達(da)1.5%鋁和(he)2.0%~3.5%鈦(tai)的(de)添加劑來抵(di)消少量的(de)大氣(qi)污染。鈦(tai)和(he)鋁與氧結合(he)(he)形(xing)成氧化物，與氮結合(he)(he)形(xing)成氮化物，因(yin)而控制了在(zai)(zai)焊(han)縫熔敷金屬(shu)中的(de)氣(qi)孔。
2. 固溶強(qiang)化合金
鎳和(he)銅是(shi)同一(yi)(yi)形(xing)態(tai)的(de)(de)(de)(de)元素（完全(quan)固(gu)溶性(xing)(xing)），能(neng)(neng)(neng)在(zai)整個成分范圍(wei)內(nei)生(sheng)成單相合(he)(he)(he)(he)金(jin)。這(zhe)個族系的(de)(de)(de)(de)材料(liao)通(tong)常(chang)對海水和(he)其他(ta)(ta)一(yi)(yi)般腐蝕(shi)(shi)環(huan)境顯示出良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)耐蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)。通(tong)常(chang)Ni-Cu合(he)(he)(he)(he)金(jin)有(you)很(hen)好(hao)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)性(xing)(xing)，但(dan)如果不使用(yong)適(shi)當(dang)的(de)(de)(de)(de)保護(hu)或良(liang)(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)抗氧化(hua)焊接(jie)材料(liao)，可能(neng)(neng)(neng)會對氣孔敏(min)感(gan)。其他(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)固(gu)溶強化(hua)鎳基合(he)(he)(he)(he)金(jin)可以(yi)僅(jin)含有(you)鐵(tie)，這(zhe)些合(he)(he)(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)大多數由于(yu)特定的(de)(de)(de)(de)膨脹系數或電(dian)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)而得到使用(yong)。Ni-36%Fe合(he)(he)(he)(he)金(jin)通(tong)常(chang)稱作INVAR合(he)(he)(he)(he)金(jin)，在(zai)所有(you)的(de)(de)(de)(de)鎳基合(he)(he)(he)(he)金(jin)中(zhong)具有(you)最低的(de)(de)(de)(de)膨脹系數，在(zai)幾百(bai)度(du)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)范圍(wei)內(nei)加熱和(he)冷卻一(yi)(yi)直到約300°F,僅(jin)以(yi)小于(yu)1.0x10-6in/(in·℉-1)的(de)(de)(de)(de)速率膨脹和(he)收縮。Ni-Fe合(he)(he)(he)(he)金(jin)有(you)較(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)性(xing)(xing)，但(dan)開發又有(you)良(liang)(liang)好(hao)抗凝固(gu)裂紋性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)，又有(you)相匹配膨脹性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)焊接(jie)材料(liao)對焊材制造商來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)(yi)個挑戰。Ni-Fe合(he)(he)(he)(he)金(jin)及其焊材也可能(neng)(neng)(neng)對低塑(su)性(xing)(xing)開裂敏(min)感(gan)，這(zhe)種(zhong)開裂的(de)(de)(de)(de)機(ji)理將在(zai)第3章中(zhong)詳細闡述。
其他固溶合金含有(you)不(bu)同的(de)置換元素(su)，包(bao)括鉻、鉬和鎢。每種元素(su)都能賦予特殊的(de)性能，并有(you)能力(li)改變每種合金的(de)焊(han)接特性。固溶強(qiang)化(hua)(hua)鎳基合金的(de)最高抗拉強(qiang)度值(zhi)接近830 MPa(120 ksi),而屈服強(qiang)度在345~480 MPa(50~70 ksi)之間。這些(xie)合金在要(yao)求具有(you)良好(hao)耐(nai)蝕性的(de)廣(guang)泛(fan)場合下使用。如果要(yao)求較高的(de)強(qiang)度水(shui)平，必須選擇(ze)沉淀強(qiang)化(hua)(hua)合金。
3. 沉淀(dian)強化合金
沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)強(qiang)(qiang)化(hua)鎳基(ji)(ji)合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)含有鈦(tai)、鋁和(he)(he)(he)(he)／或鈮等添(tian)加劑，在(zai)(zai)(zai)適(shi)當(dang)(dang)的(de)(de)(de)熱(re)(re)處(chu)理后(hou)(hou)與(yu)鎳形(xing)(xing)成強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物。在(zai)(zai)(zai)大(da)多(duo)(duo)數情況下，這些沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物與(yu)奧(ao)氏體基(ji)(ji)體具(ju)有凝聚力，并使(shi)基(ji)(ji)體變(bian)形(xing)(xing)，因而(er)實質上增(zeng)加了基(ji)(ji)體的(de)(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)。這些沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物的(de)(de)(de)大(da)多(duo)(duo)數稱為Y'[Y-Nis Al、Nis Ti和(he)(he)(he)(he)Nig(Al,Ti)]和(he)(he)(he)(he)γ”（Y"-NisNb)。在(zai)(zai)(zai)最(zui)佳合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)添(tian)加劑和(he)(he)(he)(he)熱(re)(re)處(chu)理情況下，這些合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)能夠強(qiang)(qiang)化(hua)到(dao)最(zui)高(gao)抗拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)超過1380 MPa(200 ksi)和(he)(he)(he)(he)0.2%屈服(fu)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)超過1035 MPa(150 ksi).第(di)(di)(di)一個沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)Ni-Cr合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)（X-750)是由γ'強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)，在(zai)(zai)(zai)靠近γ'溶解(jie)線溫(wen)度(du)(du)(du)下，顯示出良好(hao)的(de)(de)(de)抗氧化(hua)性(xing)和(he)(he)(he)(he)高(gao)溫(wen)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)組合(he)(he)(he)(he)(he)。不(bu)(bu)幸的(de)(de)(de)是，當(dang)(dang)焊(han)后(hou)(hou)并直(zhi)接(jie)時(shi)效而(er)不(bu)(bu)在(zai)(zai)(zai)中(zhong)間(jian)插(cha)入(ru)退火處(chu)理時(shi)，會產(chan)生焊(han)后(hou)(hou)應(ying)變(bian)時(shi)效裂(lie)紋（SAC).這種開裂(lie)的(de)(de)(de)機(ji)理將在(zai)(zai)(zai)第(di)(di)(di)4章中(zhong)詳細(xi)闡述(shu)。在(zai)(zai)(zai)為改善焊(han)接(jie)性(xing)和(he)(he)(he)(he)避免SAC的(de)(de)(de)努力下，開發(fa)了γ”強(qiang)(qiang)化(hua)的(de)(de)(de)第(di)(di)(di)二(er)代沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)化(hua)Ni-Cr-Mo合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)。這些合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)中(zhong)最(zui)普遍(bian)的(de)(de)(de)是718合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)。因為γ”沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)物比γ'的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成要(yao)慢得(de)多(duo)(duo)，718合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)在(zai)(zai)(zai)焊(han)后(hou)(hou)熱(re)(re)處(chu)理時(shi)通常不(bu)(bu)受(shou)SAC影響(xiang)。718合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)應(ying)用之(zhi)一是航(hang)空航(hang)天燃氣透(tou)平傳(chuan)動軸(zhou)和(he)(he)(he)(he)耐壓殼。如果適(shi)當(dang)(dang)地熔煉，獲得(de)低含量的(de)(de)(de)雜質，該合(he)(he)(he)(he)(he)金(jin)(jin)可提供極大(da)的(de)(de)(de)使(shi)用機(ji)會。當(dang)(dang)設(she)計合(he)(he)(he)(he)(he)理時(shi)，在(zai)(zai)(zai)一直(zhi)到(dao)760℃（1400°F)的(de)(de)(de)使(shi)用溫(wen)度(du)(du)(du)下，具(ju)有極佳的(de)(de)(de)疲(pi)勞壽命。
基于沉淀強(qiang)化合金具有在高溫下不同(tong)尋(xun)常的高強(qiang)度和耐蝕性，所以通常把它們歸(gui)類為(wei)“超(chao)合金”。該術(shu)語曾松散地應用于許多(duo)其他高強(qiang)度多(duo)元合金，但(dan)一般術(shu)語“超(chao)合金”是用來描(miao)述由(you)γ'和γ”相所提供的具有超(chao)強(qiang)度性能(neng)的鎳基合金。
在(zai)燃氣(qi)輪(lun)機(ji)動葉(xie)片(pian)(pian)上采用(yong)超(chao)合(he)(he)金(jin)(jin)始(shi)于IN713C合(he)(he)金(jin)(jin)。這(zhe)種合(he)(he)金(jin)(jin)與X-750合(he)(he)金(jin)(jin)相似，但(dan)僅(jin)僅(jin)作為鑄件生產，因為含(han)有較(jiao)多的(de)鋁(lv)、鈦添加劑，因此從鑄造溫度下冷卻時(shi)，會(hui)發生時(shi)效硬化(hua)。由于該(gai)合(he)(he)金(jin)(jin)對(dui)SAC有極高(gao)的(de)敏感性，所以產品修復(fu)受到(dao)(dao)限(xian)制，但(dan)在(zai)葉(xie)片(pian)(pian)頂端堆焊則不會(hui)開裂(lie)。經過數十年的(de)技術進(jin)展，增加了(le)“超(chao)合(he)(he)金(jin)(jin)”族系的(de)其他成員，包括(kuo)(kuo)超(chao)高(gao)強度和耐腐蝕的(de)單(dan)晶透(tou)平葉(xie)片(pian)(pian)合(he)(he)金(jin)(jin)。為了(le)減少在(zai)運(yun)行時(shi)受到(dao)(dao)侵(qin)蝕，在(zai)葉(xie)片(pian)(pian)頂端堆焊是可行的(de)，只要焊接過程能(neng)很好得到(dao)(dao)控制，并使殘余應力(li)保(bao)持在(zai)較(jiao)低水平。最初這(zhe)些材料在(zai)焊接修復(fu)時(shi)曾遇到(dao)(dao)挑戰，包括(kuo)(kuo)避(bi)免在(zai)熔(rong)池中(zhong)的(de)晶粒(li)分(fen)散(san)和阻止開裂(lie)。
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-鋁化合物(wu)是圍繞或是NiAl或是Ni3Al組成(cheng)而設計的(de)合金(jin)。它們顯示(shi)出非常(chang)高(gao)的(de)強(qiang)度和耐(nai)蝕性(xing)能，但由于(yu)它們在很大溫度范圍內延性(xing)低(di)，所以(yi)(yi)焊接(jie)非常(chang)困難。Ni-Cr-B和Ni-Mo-Si合金(jin)曾被開發用于(yu)在不同(tong)環境下的(de)耐(nai)磨材料，但這些合金(jin)由于(yu)硬度高(gao)、延性(xing)低(di)，并在其成(cheng)分范圍內會形成(cheng)低(di)熔融區間的(de)相(xiang)，所以(yi)(yi)同(tong)樣難以(yi)(yi)焊接(jie)。
