课件材料322324镍及镍合金

1、国际焊接学会授权的培训机构国际焊接学会授权的培训机构 哈尔滨焊接技术培训中心哈尔滨焊接技术培训中心 Harbin Welding Training Institute 国际焊接工程师培训课程国际焊接工程师培训课程Training Course for International Welding EngineerIIW Authorised Training Body3/2.23-24镍及镍合金镍及镍合金Nickel and nickel alloys IIW Authorised Training Body主要内容主要内容1、应用、应用2、镍的生产、镍的生产3、镍的性质、镍的性质4、镍及镍合金

2、的标准、镍及镍合金的标准 5、镍及镍合金的特性、镍及镍合金的特性 6、镍及镍合金的焊接、镍及镍合金的焊接 7、镍合金焊接中的问题与预防措施、镍合金焊接中的问题与预防措施 IIW Authorised Training Body应应 用用 镍用来与镍用来与Fe作合金以制造特殊钢，此用途占去作合金以制造特殊钢，此用途占去Ni量的量的50%以上。以上。 Ni基合金用于火箭、喷汽机、军舰、化工设备、基合金用于火箭、喷汽机、军舰、化工设备、原子能工业等。原子能工业等。 纯纯Ni用于现代通信仪器（因其具有磁性）。还可用于现代通信仪器（因其具有磁性）。还可用于镀用于镀Ni，做，做Ni丝、丝、Ni带等。带等。

3、 Ni粉化工中为氢化催化剂。粉化工中为氢化催化剂。IIW Authorised Training Body用镍合金制作的核能容器用镍合金制作的核能容器SO2气体洗涤和冷却气体洗涤和冷却IIW Authorised Training Body镍的生产镍的生产 采用硫化矿炼制镍的冶炼流程为：采用硫化矿炼制镍的冶炼流程为：Ni精矿精矿焙烧焙烧转炉转炉分离分离Cu烧结烧结硫化硫化Ni电解电解Ni 采用氧化矿电炉法的冶炼流程为：氧化矿采用氧化矿电炉法的冶炼流程为：氧化矿回转回转窑窑电炉电炉Ni-Fe精炼精炼精精Ni-FeIIW Authorised Training Body镍的性质镍的性质（1）熔点：

4、）熔点：1453；沸点：；沸点：3075；（2）比重：）比重：8.8g / cm3；（3）在空气中不氧化（加热到）在空气中不氧化（加热到700800亦然）；亦然）；（4）抗腐蚀性强，与碱不起反应，除）抗腐蚀性强，与碱不起反应，除HNO3易溶解易溶解Ni外，其它酸类作用甚微。外，其它酸类作用甚微。IIW Authorised Training Body 镍及镍合金的标准镍及镍合金的标准 镍基合金在世界范围内已标准化了，镍基合金在世界范围内已标准化了，ISO标准见表标准见表1。国际标准国际标准ISO与徳国标准与徳国标准DIN标记对照见表标记对照见表2、表、表3。国家标准国家标准GB/T5235-1

5、985加工镍及镍合金的化学成加工镍及镍合金的化学成分和产品形状对其牌号和化学成分的作了规定。分和产品形状对其牌号和化学成分的作了规定。IIW Authorised Training Body镍基合金镍基合金ISO标准标准ISO9722（11/97）镍与镍合金镍与镍合金塑性材料的化学成分和产品形式塑性材料的化学成分和产品形式ISO6207（7/9）镍与镍合金的无缝管镍与镍合金的无缝管ISO6208（7/92）镍与镍合金板材与带材镍与镍合金板材与带材ISO6372-1（7/89）镍与镍合金镍与镍合金术语和定义，第一部分：材料术语和定义，第一部分：材料ISO6372-2镍与镍合金镍与镍合金术语和定义

6、，第一部分：精炼产品术语和定义，第一部分：精炼产品IS06372-3镍与镍合金镍与镍合金术语和定义，第一部分：塑性产品及术语和定义，第一部分：塑性产品及铸件铸件ISO/DIS9723镍与镍合金棒材镍与镍合金棒材ISO/DIS9724镍与镍合金线材镍与镍合金线材ISO/DIS9725镍与镍合金锻件镍与镍合金锻件IIW Authorised Training Body合金标记合金标记DIN标记标记材料编号材料编号合金名称合金名称数字数字符号符号NW2200Ni99.0Ni99.22.4066Nickel200NW2201Ni99.0LCLC-Ni992.4068Nickel201NW3021NiC

7、o20Cr15Mo5Al4TiNiCo20Cr15MoAlTi2.4634Alloy105NW7263NiCo20Cr20Mo5Ti2AlNiCo20Cr20MoTi2.4650AlloyC-263NW7001NiCr20Co13Mo4Ti3AlNiCr19Co14Mo4Ti2.4654Heat resistantNW7090NiCr20Co18Ti3NiCr20Co18Ti2.4632Alloy90NW6617NiCr22Co12Mo9NiCr23Co12Mo2.4663Alloy617NW7750NiCr15Fe7Ti2AlNiCr16FeTiNb2.4694Alloy750NW6600N

8、iCr15Fe8NiCr15Fe2.4816Alloy600NW6602NiCr15Fe8-LCLC-NiCr15Fe2.4817Alloy602NW7718NiCr19Fe19Nb5Mo3NiCr19NbMo2.4666Alloy718NW6002NiCr21Fe18Mo9NiCr22Fe18Mo2.4665AlloyXNW6007NiCr22Fe20Mo6Cu2NbNiCr22Mo6Cu2.4618AlloyGNW6985NiCr22Fe20Mo7Cu2NiCr22Mo7Cu2.4619AlloyG3NW6601NiCr23Fe15AlNiCr23Fe2.4851Alloy601 镍基材料

9、按镍基材料按ISO9722（1992）与）与DIN标记对照标记对照IIW Authorised Training Body合金标记合金标记DIN标记标记材料编号材料编号合金名称合金名称数字数字符号符号NW6333NiCr26Fe20Co3Mo3W3NiCr26MoW2.4606Alloy333NW6690NiCr29Fe8NiCr29Fe2.4642Alloy690NW6455NiCr16Mo16TiNiMo16Cr16Ti2.4610AlloyC4NW6022NiCr21Mo13Fe4W3NiCr21Mo14W2.4606Alloy C22NW6625NiCr22Mo9NbNiCr22Mo9

10、Nb2.4856Alloy625NW6621NiCr20TiNiCr20Ti2.4651Alloy75 NW7080NiCr20Ti2AlNiCr20TiAl2.4631Alloy80ANW4400NiCu30NiCu30Fe2.4360Alloy400NW4402NiCu30-LCLC-NiCu30Fe2.4361Alloy402NW5500NiCu30Al3TiNiCu30Al2.4375AlloyK-500NW8825NiFe30Cr21Mo3NiCr21Mo2.4858Alloy825NW9901NiFe38Cr12Mo6Ti3NiCr13Mo6Ti32.4862Alloy911NW0

11、276NiMo18Cr15Fe6W4NiMo16Cr15W2.4819AlloyC-276NW0665NiMo28NiMo282.4617AlloyB-2NW0629NiMo30Fe5NiMo29Cr2.4600AlloyB-4NW8028FeNi31Cr27Mo4Cu1X1NiCrMoCuNi31-27-41.4563Alloy28NW8800FeNi32Cr21AlTiX10NiCrAlTi32-201.4876Alloy800NW8810FeNi32Cr21AlTi-HCX5NiCrAlTi31-201.4958Alloy810NW8811FeNi32Cr21AlTi-HTX8NiCrA

12、lTi32-201.4959Alloy811NW8801FeNi32Cr21TiX10NiCr32-20Ti1.4861Alloy801NW8020FeNi35Cr20Cu4Mo2NiCr20CuMo2.4660Alloy20IIW Authorised Training Body合金标记合金标记DIN标记标记材料编号材料编号制造商和合金名称制造商和合金名称数字标记数字标记化学标记化学标记NW0003NiMo16Cr7Fe4Haynes Alloy NNW00041NiMo24Fe6Cr5Haynes Alloy WNW0629NMo28Fe4Co2CrNiMo29Cr2.4600Krupp-

13、VDM Alloy B-4NW0675NiMo29Cr2Fe2W2NiMo30Cr2.4703Haynes Alloy B-3NW6025NiCr25Fe9Ar2NiCr25FeAlYC2.4633Krupp-VDM Alloy 602 CANW6030NiCr30Fe15Mo5Cu2NbNiCr30FeMo2.4603Haynes Alloy G-30NW6045NiCr28Fe23Mo16S13NiCr28FeSiCe2.4889Krupp-VDM Alloy 45TMNW6059NiCr23Mo16NiCr21Mo16Al2.4605Krupp-VDM Alloy59NW6200NiCr

14、23Mo16Cu2NiCr23Mo16Cu2.4675Haynes-C-2000NW6230NiCr22W14Mo2NiCr22W14Mo2.4738Haynes Alloy230NW6626NiCr22Mo9Nb4-LCNiCr22Mo9Nb2.4856INCO Alloy 725NW6635NiCr16Mo15Haynes Alloy SNW6686NiCr21Mo16W4NiCr21Mo16W2.4606INCO Alloy 666NW6920NiCr22Fe19Mo9W2Haynes Alloy HNW7041NiCr19Co11Mo10Ti3AlHaynes Alloy R-71NW

15、7716NiCr20Mo6Nb3TiCTC Custom Age 625 PlusNW7719NiCr19Nb5Mo3TiNiCr19Nb5Mo32.4668INCO Alloys Alloy 718NW7725NiCr21Mo6Nb3TiINCO Alloys Alloy 725NW8120FeNi37Cr25NbNHaynes Alloy 120NW9908NiFe39Cr4Nb3AlTiINCO Alloys Alloy 908NW9925NiFe22Cr21MoCu2Ti2INCO Alloys Alloy 925 ISO9722（1997草案）新增镍及镍合金草案）新增镍及镍合金 II

16、W Authorised Training Body 镍及镍合金的特性镍及镍合金的特性（1）纯）纯Ni纯镍含量纯镍含量99.099.8%。面心立方体晶格，屈服点为。面心立方体晶格，屈服点为100 N / mm2， 抗拉强度为抗拉强度为400N/mm2， 延伸率为延伸率为40%，经冷轧、拔后，延伸率仅为，经冷轧、拔后，延伸率仅为1 2 %。纯。纯Ni的冷的冷变形性、焊接性、抗腐蚀性好。变形性、焊接性、抗腐蚀性好。（2）镍合金）镍合金镍合金即镍合金即Ni 50%的镍基合金。按其组织结构分为：的镍基合金。按其组织结构分为：固溶体合金、时效硬化合金和弥散硬化合金。固溶体合金、时效硬化合金和弥散硬化合金

17、。Ni-Cu合金（原子序：合金（原子序：Ni 28，Cu 29），即蒙乃尔合），即蒙乃尔合金金. 化学成分和强度性能见表化学成分和强度性能见表4和表和表5。IIW Authorised Training Body 高温机械强度高；高温机械强度高； 硬化要靠冷加工，既不能淬火，也不能调质，强度提高只硬化要靠冷加工，既不能淬火，也不能调质，强度提高只能靠冷作；能靠冷作； 抗碱、非氧化性盐、海水腐蚀性能好，通过加入抗碱、非氧化性盐、海水腐蚀性能好，通过加入12%Fe合金溶入固溶体中，可提高抗腐蚀性。合金溶入固溶体中，可提高抗腐蚀性。 镍与镍铜合金的化学成分镍与镍铜合金的化学成分标记标记材料编号材料编

18、号Ni+CoCCuFeMnSiTiLC-Ni99LC-Ni99,6NiCu30FeLC-NiCu30Fe2.40682.40612.43602.436199.099.663630.020.020.150.040.250.128.0-34.028.0-34.00.40.21.0-2.51.0-2.50.30.32.02.00.20.20.50.30est0.0250.020.100.0250.1014.0-17.014.0-17.028.0-30.021.0-25.019.5-23.520.0-23.06.0-10.06.0-10.06.0-10.018Rest3.02

19、.5 - 3.58.0-10.01-1.70.20.43.15-4.150.30.30.50.6-1.20.40 Ni-Cr（Mo-）合金半成品的化学成分）合金半成品的化学成分IIW Authorised Training Body合金合金FeNiCrAlTiSiC其它其它800HTAC66353MA803HR120556HR16047393837363123132353537203720.52725262522280.450.50.10.20.450.50.7Nb0.6Tamax0.6max0.31.50.70.60.42.750.080.060.050.070.050.10.050.16N

20、0.05Ce0.20N0.004B18Co.2.5W 0.2N 0.02La0.02Zr29Co FeNiCr合金的化学成分合金的化学成分IIW Authorised Training BodyNi-Mo-Cr-Fe合金合金在在Ni-Cr-Fe合金中加合金中加Mo，以改善其耐腐蚀性，用于容，以改善其耐腐蚀性，用于容器制造。如：器制造。如：NiMo28(Ni65、Mo28、Fe7)合金具有合金具有耐高浓度沸腾耐高浓度沸腾HCl和潮湿和潮湿HCl气体的作用。气体的作用。Ni-Mo合合金在金在600980形成形成Ni3Mo而硬化，如若使之还原，而硬化，如若使之还原，可经可经11501200固溶退火。

21、化学成分见表固溶退火。化学成分见表8和表和表9。高温时效硬化高温时效硬化Ni合金合金加入合金元素加入合金元素M（Ti、Al、Nb等），析出等），析出Ni3M，即，即相，均布于晶内、晶界，强度增加，相，均布于晶内、晶界，强度增加， 塑性和韧性下塑性和韧性下降。常用作燃汽轮机和喷汽式发动机的材料。化学降。常用作燃汽轮机和喷汽式发动机的材料。化学成分和强度性能见表成分和强度性能见表10和表和表11。IIW Authorised Training Body合金合金NiCrMoFeB-2B-3B-4B-10696868620.71.51.27.5282827241.71.536 Ni-Mo（Cr-）合金

22、的化学成分）合金的化学成分合金合金NiCrMoWFe其它其它C-276C-4C-22Leg.59Leg.686C-20005766575958571616212321231616131616163.533.8max.7.0max.4.0max.6.0max.1.5max.5.0max.3.0Cu1.6 NiCrMo合金的化学成分合金的化学成分IIW Authorised Training Body材料材料条件条件抗拉强度抗拉强度N/mm20.2%屈服强度屈服强度N/mm2延伸率延伸率%Ni99.6NiAl4TiNiAl4Ti软退火软退火固溶退火固溶退火时效硬化时效硬化380-500650-85

23、01050-1250120210770405520材料材料重量重量-%标记标记编号编号名称名称NiCrMoCoAlTiNb其它其它NiCr20TiAl2.4952合金合金80A7620-1.42.4-5FeNiCr20Co18Ti2.4632合金合金 906020171.52.5-NiCr15Fe7TiAl2.4669合金合金 X7507316-0.72.51.07FeNiCr23Co12Mo2.4663合金合金 61754229121.0-NiCr19NbMo2.4668合金合金 718521930.50.95.118Fe 时效硬化镍合金与镍的强度性能对比时效硬化镍合金与镍的强度性能对比 可

24、焊接的高温镍合金的化学成分可焊接的高温镍合金的化学成分IIW Authorised Training Body 镍及镍合金的焊接镍及镍合金的焊接 微量元素对焊接性的影响微量元素对焊接性的影响 （1）硫）硫 可析出可析出Ni3S2，产生，产生Ni-Ni3S2共晶体，渗入晶共晶体，渗入晶界，当高温热变形且受拉应力时，致晶间腐蚀；界，当高温热变形且受拉应力时，致晶间腐蚀；室温则致冷脆性。室温则致冷脆性。 （2）氧）氧 导致有害的金属间化合物。导致有害的金属间化合物。 （3）氮）氮 主要是形成气孔，气孔敏感性高于氧。主要是形成气孔，气孔敏感性高于氧。 （4）低熔点金属元素）低熔点金属元素 如如:Sb、

25、Pb、Sn、Bi、Te，这些低熔点金属元，这些低熔点金属元素，在高温或较高工作温度下，可能导致热强合素，在高温或较高工作温度下，可能导致热强合金钎焊脆性。金钎焊脆性。IIW Authorised Training Body 镍的焊接特性 （1）镍合金具有较好的焊接性。 （2）Ni、Ni-Cu对S敏感，加热到400以上时，形成NiS，渗入晶界，导致热裂纹。 （3）无填充材料时，易形成气孔（N2、CO、O2），但对氢不敏感；有填充材料时，填丝中含有Ti、Al或Nb则形成无害的N化物、C化物、O化物，可防止气孔。 （4）含Ni量低的镍合金（如30%40%）易产生裂纹。IIW Authorised T

26、raining Body 焊接材料 （1）作为填充材料，Ni 50 %时，易热裂。 （2）希望填充材料中含有Ti / Al / Nb，可防止气孔，同时Ti细化晶粒的作用较好。 （3）ISO18274是镍和镍合金熔化焊用实芯焊丝、带极和焊棒标准。其化学成分见教材表15。 Ti、Al、Nb元素为镍合金焊接的关键点，即可防止气孔，细化晶粒。因为气孔是关键，故AWS A5-11-85规定了气孔的允许数量。IIW Authorised Training Body 标记举例：金属熔化极气保护电弧焊用实芯焊丝标记举例：金属熔化极气保护电弧焊用实芯焊丝（S），化学成分满足表），化学成分满足表15中合金标记中合

27、金标记6625 (NiCr22Mo9Nb)的要求：的要求： 实芯焊丝实芯焊丝EN ISO 18274 S Ni 6625 或者或者 EN ISO 18274 S Ni 6625(NiCr22Mo9Nb)IIW Authorised Training Body非合金钢非合金钢 填充材料的选择填充材料的选择IIW Authorised Training Body 焊接方法焊接方法 （1）气焊）气焊 热输入大，火焰调节较困难，不热输入大，火焰调节较困难，不太适于镍材的焊接，目前已不大采用。太适于镍材的焊接，目前已不大采用。 （2）焊条电弧焊）焊条电弧焊 焊接部位可达性差时，当焊接部位可达性差时，当其

28、它方法难以实现的则可采用此法；厚板打其它方法难以实现的则可采用此法；厚板打底焊也适用。底焊也适用。 （3）TIG焊焊 最为常用的焊接方法。最为常用的焊接方法。 焊接过程及性能稳定。多用于焊接过程及性能稳定。多用于3mm 以下的薄板或打底层焊接。通常采以下的薄板或打底层焊接。通常采 用用Ar保护。保护。IIW Authorised Training Body（4）MIG焊焊 多用于厚度多用于厚度3mm以上的工件。保护气以上的工件。保护气体可为体可为Ar，亦可为，亦可为Ar+O2、Ar+He。生产效率较。生产效率较高。多用实芯焊丝，药芯焊丝对某些镍合金也有高。多用实芯焊丝，药芯焊丝对某些镍合金也有

29、应用。须开坡口焊接时，为保证背面成形良好，应用。须开坡口焊接时，为保证背面成形良好，常用常用TIG打底、打底、MIG填充与盖面。填充与盖面。（5）埋弧焊）埋弧焊 用于厚板自动化焊接，如带极堆焊复用于厚板自动化焊接，如带极堆焊复合板。合板。（6）等离子弧焊）等离子弧焊 适用的板厚不超过适用的板厚不超过8mm。使用的。使用的气体可为气体可为He、He+Ar、Ar+H2。IIW Authorised Training Body 同种金属的焊接同种金属的焊接 （1）镍最常用）镍最常用TIG焊，焊接材料中含有焊，焊接材料中含有Ti、Al，有利于减少气孔，细化晶粒；控制材料，有利于减少气孔，细化晶粒；控制

30、材料中的杂质，有利于防止热裂纹。中的杂质，有利于防止热裂纹。 （2）蒙乃尔（）蒙乃尔（monel）Ni-Cu合金常用合金常用TIG、MIG、焊条电弧焊。焊材中含有、焊条电弧焊。焊材中含有Ti、Al、Nb等，抗气孔、抗裂；预热及层间温度要低等，抗气孔、抗裂；预热及层间温度要低控。控。 （3）因科镍（）因科镍（inconel）Ni-Cr、Ni-Cr-Fe合合金金,常用常用TIG、MIG、焊条电弧焊。这类合金、焊条电弧焊。这类合金既用作高温材料，亦用作耐蚀材料。焊接时既用作高温材料，亦用作耐蚀材料。焊接时易出火口裂纹，厚板易出显微裂纹。因此，易出火口裂纹，厚板易出显微裂纹。因此，要低控热输入要低控热

31、输入/层间温度。层间温度。IIW Authorised Training Body（4）因科洛依（）因科洛依（incoloy）Fe-Ni-Cr合金焊接合金焊接性差，作为焊接材料，已开发出同种合金的性差，作为焊接材料，已开发出同种合金的产品，但主要仍是使用因科镍合金。产品，但主要仍是使用因科镍合金。（5）哈斯特洛依（）哈斯特洛依（hastelloy）Ni-Mo、Ni-Cr-Mo合金主要用作耐腐蚀、耐热材料，一般合金主要用作耐腐蚀、耐热材料，一般采用采用TIG焊，焊接材料可用同种合金。这类焊，焊接材料可用同种合金。这类合金为镍合金中抗热裂纹性能较好者。合金为镍合金中抗热裂纹性能较好者。IIW Au

32、thorised Training Body 异种金属的焊接、堆焊及复合板的焊接异种金属的焊接、堆焊及复合板的焊接 （1）异种金属的焊接）异种金属的焊接 不同种类的镍合金之间的焊接；不同种类的镍合金之间的焊接； 镍合金与不锈钢、碳钢、低合金钢等的焊镍合金与不锈钢、碳钢、低合金钢等的焊接。接。 焊接材料常选因科镍。因为因科镍熔敷金属焊接材料常选因科镍。因为因科镍熔敷金属组织为稳定的面心立方结构，焊接性较好。尤组织为稳定的面心立方结构，焊接性较好。尤其有如下特点：其有如下特点： 镍合金中碳的固溶度低，碳迁移困难，即镍合金中碳的固溶度低，碳迁移困难，即便长时间处于高温，也很难增碳。因科镍的便长时间处

33、于高温，也很难增碳。因科镍的热膨胀系数介于奥氏体不锈钢和碳钢之间，对热膨胀系数介于奥氏体不锈钢和碳钢之间，对反复加热的适应性强，故对于高温及冷热反复反复加热的适应性强，故对于高温及冷热反复施加的载荷作用下，可采用因科镍材料，此焊施加的载荷作用下，可采用因科镍材料，此焊材用于低合金钢则可省去后热。材用于低合金钢则可省去后热。IIW Authorised Training Body（2）堆焊）堆焊 在碳钢和低合金钢堆焊中采用镍、蒙乃尔、因科镍。在碳钢和低合金钢堆焊中采用镍、蒙乃尔、因科镍。堆焊常用焊条电弧焊、堆焊常用焊条电弧焊、MIG、TIG焊，亦可用带极堆焊，亦可用带极堆焊，带极堆焊分为电弧堆焊和电渣堆焊。电渣堆焊稀焊，带极堆焊分为电弧堆焊和电渣堆焊。电渣堆焊稀释率更低，焊道搭接处更平滑。焊带厚度为释率更低，焊道搭接处更平滑。焊带厚度为0.45、0.5、0.6mm，宽度可达，宽度可达150mm。 堆焊的关键点是控制母材的稀释率，以防止降低镍