金属材料_高温合金分类和特点

司太立合金的典型牌号有：Stellite1，Stellite4，Stellite6，Stellite8，Stellite12，Stellite20，Stellite31，Stellite100等。在我国，主要对司太立高温合金研究比较深入和透彻。与其它高温合金不同，司太立高温合金不是由与基体牢固结合的有序沉淀相来强化，而是由已被固溶强化的奥氏体fcc基体和基体中分布少量碳化物组成。铸造司太立高温合金却是在很大程度上依靠碳化物强化。纯钴晶体在417℃以下是密排六方（hcp）晶体结构，在更高温度下转变为fcc。为了避免司太立高温合金在使用时发生这种转变，实际上所有司太立合金由镍合金化，以便在室温到熔点温度范围内使组织稳定化。司太立合金具有平坦的断裂应力-温度关系，但在1000℃以上却显示出比其他高温下具有优异的抗热腐蚀性能，这可能是因为该合金含铬量较高，这是这类合金的一个特征。

热处理

司太立合金中的碳化物颗粒的大小和分布以及晶粒尺寸对铸造工艺很敏感，为使铸造司太立合金部件达到所要求的持久强度和热疲劳性能，必须控制铸造工艺参数。司太立合金需进行热处理，主要是控制碳化物的析出。对铸造司太立合金而言，首先进行高温固溶处理，温度通常为1150℃左右，使所有的一次碳化物，包括部分MC型碳化物溶入固溶体；然后再在870-980℃进行时效处理，使碳化物(常见的为M23C6)重新析出。

超级马氏体不锈钢

显组织

超级马氏体不锈钢典型的基体金属显组织为回火马氏体。这种低碳回火马氏体组织具有很高的强度和韧性。根据含镍量的不同、热处理条件的差异，一些牌号的超级马氏体不锈钢基体显组织中可能会出现10％～40％的细小弥散状残留奥氏体。对于含铬16％等级的超级马氏体不锈钢，显组织中可能出现少量的δ铁素体。为了获得理想的细晶粒回火马氏体，在钢板交货之前一般都经过淬火加回火处理。

机械性能

超级马氏体不锈钢不仅具有较好的耐腐蚀性、可焊接性，而且具有强度高和低温韧性好的特点。典型的机械性如下：

延伸率大于12％

焊接性能

马氏体不锈钢含铬13％，由于铁素体晶粒在焊接过程中粗化和硬化，而使其可焊性很差。以往，这类不锈钢的用途严格限制于非焊接零件的安装。经过冶炼工艺的不断改进，降低了马氏体不锈钢中的碳、氮、硫含量，又增加了一定量的镍（ 含量达6.5％）和钼（ 含量2.5％），从而开发出了超级马氏体不锈钢。这种材料在加工制造过程中又采取了特殊的工艺措施，使得新的超级马氏体不锈钢的焊接性能大大超过了传统的马氏体不锈钢。

超级马氏体不锈钢的焊接可以采用人们熟悉的焊接工艺，诸如气体保护金属极电弧焊（GMAW或SMAW），气体保护钨电弧焊（GTAW）。埋弧焊（SAW）和励磁线圈电弧焊（FAW）。对于环缝焊接可以使用GTSW、GMAW和SAW，直缝焊大多数使用SAW。但是，激光焊和电子束焊也非常有吸引力。激光焊对生产直缝焊管是一种经济的焊接方法。由于冷却速度快，在焊缝中可以获得全马氏体显组织，从而得到很好的韧性和满意的耐蚀性。

耐蚀性能

超级马氏体不锈钢由于含碳量低，相当于提高了基体金属中含铬量的比例，所以耐腐蚀性好。

对于弱酸性腐蚀环境，超马氏体不锈钢有取代其它耐蚀合金的趋势。但是，在高温和有二氧化碳存在的腐蚀条件下，会产生一般腐蚀和局部腐蚀，在二氧化碳和硫化氢同时存在的腐蚀条件下，必须考虑在室温下产生的应力腐蚀裂纹和在高温下产生的局部腐蚀和一般腐蚀。根据腐蚀条件的不同（如CO2或CO2＋H2S），开发了不同牌号的超马氏体不锈钢（含钼或不含钼）。这种超13Cr不锈钢已成功地应用于北海地区的Gullfaks油田和Asgard油田。

八、制造和热处理
C-59合金可以很容易地用普通制作工艺来加工。
1、加热 C-59合金在热处理前和热处理过程中不可以和任何污染物接触。 在含有S、P、Pb和其它低熔点金属的环境中加热，会使C-59合金的性能下降。污染物的来源主要有标记笔痕迹、温度指示漆、粉笔、润滑油脂、燃料等。 加热炉燃料的含硫量必须低，天然气的含硫量必须低于0.1%(质量)，燃料油的含硫量不可超过0.5%。 炉气环境应该是轻的氧化性，不可以在氧化性和还原性之间波动。不可以让火焰直接冲击合金材料。
2、热加工 C-59合金可以在950-1180℃之间进行热加工。冷却要用水急冷。 热加工后退火可以确保材料有良好的耐蚀性能。
3、冷加工 退火的C-59合金才可以用来冷加工，C-59合金的加工硬化率是很高的，对成形设备的要求要高一些。 当冷变形加工执行时，工序间退火是必要的。
4、热处理 固溶热处理温度应该在1100-1180℃，在1120℃处理。 水冷是确保材料有耐蚀性能的基本要点。在任何热操作过程中，材料表面必须清洁。
5、除垢 C-59合金焊缝附近的氧化物比其它不锈钢要紧密的多，可以用细砂轮打磨干净。 酸洗前，材料表面的氧化物、污点等可以用细砂轮或不锈钢丝刷打磨干净。
6、机加工 机加工C-59合金应该是固溶处理状态。由于其加工硬化率较大，所以相对于低合金奥氏体不锈钢来说，要采用较低的表面切削速度，且进刀量要大，以忽略硬度较高的表面。同时要让刀具处于连续运转的状态。
九、焊接焊接镍基合金时，要遵守下列操作规程：
1、工作场地 C-59合金的焊接场该是独立的，和碳钢加工场地分开，同时不可以有气流扰动。
2、着装 焊接着装应该采用皮革手套和工作服。
3、加工工具和机械 工具要采用镍基合金专用工具，制造和加工机械如：剪板机、卷板机、压制机械等，其工作台面要用毛毡、纸板、塑料等覆盖，防止C-59合金表面在加工过程中被压入污染物，导致终的腐蚀。
4、清理 基材金属的焊缝区域清理和填料金属的清理应该使用丙酮。
5、坡口准备 C-59合金的焊接坡口成形可以采用机械方法，如车削成形、磨削成形或刨制成形；等离子切割也是可以的，不过切割后的坡口要打磨干净，并且不可以使坡口附近过热。
6、坡口角度一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。 镍基合金和特种不锈钢相对于普通碳钢的一般区别在于其有较低的热传导系数和有较高的热膨胀率。其焊接焊脚要大(1-3 mm)，坡口角度要在60-70°左右，主要因为C-59合金的熔化金属有较高的粘性，而且其焊后收缩倾向比较大。
7、引弧 引弧时只可以在即将焊接的焊缝区域内进行，不可以在已完成的焊接件上，以免造成耐蚀性能的下降。
8、焊接工艺 C-59合金可以用多种常规焊接工艺焊接，如：TIG/GTAW，MIG/MAG，手工金属焊接、等离子弧焊等。不过焊接前的清理是必要的。
9、焊接参数和有关影响因素 焊接时要谨慎选择热输入量，一般要采用较低的热输入量，层间温度不要超过150℃。同时采用较薄的焊道焊接工艺。
一般焊接后应该立即用不锈钢丝刷刷去氧化部分。