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Inconel简介：
合金是镍－铬－铁基固溶强化合金，具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能，在℃以下具有满意的热强性和高的塑性。合金可以通过冷加工得到强化，也可以用电阻焊、熔焊或钎焊连接。
1试验材料与方法
1.1试验材料及设备试验使用的Inconel合金试样尺寸为10mm×10mm×20mm,化学成分如表1所示。
试样加热使用SX-2.5-10箱式电阻炉，试样清洗使用KQDE超声波清洗器，采用QuantaFEG-型场发射扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对试样进行夹杂物形貌分析及微量元素测定。
1.2试验方法
将两种试样在电阻炉中加热到℃,分别保
温10、20、30、40h,随炉冷却，并与未加热的试样进行比较。制备金相试样时去除表面的氧化层，制备好的金相试样采用扫描电镜进行组织观察并测定成分。
2Inconel合金分析
在Inconel合金中，除基本组成元素(Ni、Cr、Fe)外，由于冶炼原材料、造渣材料、炉衬材料、冶炼气氛不同，使材料中微量元素及氧、氮等气体含量出现差异，导致合金性能变化较大。
铸造合金经轧制加工后，其中的夹杂物有的被破碎、有的被拉长，夹杂物在合金中的分布状态发生了变化，变得更细小、更分散，合金晶界面积增大，使轧材中夹杂物和气体分析更加困难；将合金重熔、缓冷，虽然可使夹杂物聚集长大，但在重熔过程中，合金有被污染的可能性，同时为了防止污染，采用真空熔炼也会使合金中的气体溢出。采用把合金在一定温度加热保温，使材料晶粒长大的同时可使夹杂物聚集长大，使合金不产生二次污染，同时其中的气体也会被夹杂物吸附或富集到晶界上。
2.1Inconel合金碳的变化
经分析测定，在国内外合金中都含有碳元素，在国外合金个检测点中，出现个含碳的点，平均检出含碳点93.1%;在国内合金的个检测点中，出现含碳的点个，平均检出含碳点40.6%。图1为保温不同时间处理后Inconel合金试样在不同区域夹杂物中碳的最高和最低含量变化。可看出，国内外合金夹杂物中最低碳含量变化趋势相近，最高含碳量差异较大。对于最高点含碳量，国外合金原始轧制状态碳含量较低，国内合金原始轧制状态碳含量远远高于国外合金。国外合金保温10h时，碳向夹杂物聚集，随着加热时间延长到20～40h,碳含量降低，保温20～40h时，夹杂物中的最高碳含量变化较小；国内合金夹杂物中含碳量随加热时间延长(20h)而降低，可能是其中的碳化物分解，然后加热时间再延长，碳再次聚集。
从与碳共存的夹杂物分析，碳含量最高点还包含合金元素Ni、Fe、Cr和O。图2是国内合金原始态样的一个夹杂物的检测结果。可知，氧可能与Cr或Fe以氧化物的形式存在，所以碳的变化除聚集升高外，碳化物中的碳与氧化物中的氧反应，使含碳量降低，这可从图1(b)中碳的变化得到印证。国内合金原始样含碳量为69%,保温40h后含碳量下降到50%左右，而碳主要以富铬、铁的碳化物或自由碳的形态存在。
从整体上看，国内合金中碳的偏聚比国外的严重，含碳量高于国外合金；国外合金中碳虽然出现的频次高，但可看出其分布更加均匀。从熔炼工艺分析，国外采用真空熔炼和脱碳精炼工艺2,可将碳降到极低水平的同时，使合金净化。国内采用电弧炉或中频炉熔炼、电渣重熔精炼工艺，前期原料中碳含量高或电弧炉熔炼以及电渣重熔不能脱碳是造成碳分布不均匀的主要原因。
2.2Inconel合金中钛、氮的变化钛在Inconel合金中不是合金组分，是在熔炼过程中随着铬及造渣材料中钛的化合物被还原进入到合金中，钛与氮的结合力很强，在微量情况下易于与氮反应形成氮化物。国内合金中，钛、氮随加热时间的变化如图3所示。可看出，合金中钛、氮的最高值变化较小，说明检测到的钛、氮化合物在处理温度、时间范围内是稳定的，没有发生分解，只有聚集长大。在国内合金个检测点中，出现含钛点个，平均检出含钛点44.3%;出现含氮点个，平均检出含氮点为28.3%。
从检测频次来看，钛在合金中除与氮结合形成氮化物外，还可能以氧化物、碳化物的形态存在，国产合金含钛、氮的典型成分如表2所示。
国外合金中出现含钛、氮的检测点较少，在检测点中仅出现了12个含钛的点，平均检出点3.1%;出现了7个含氮点，平均检出点1.8%。国外合金含钛、氮的典型成分，如表3所示。
比较出现的频次和表2、3典型成分可看出，在国内外检测点中都同时出现钛、氮、碳，而国内特殊点中钛、氮含量比国外高，钛绝对值高出37.4%,氮绝对值高出3.9%;国产合金含碳比国外高出12.1%,而国产合金中检测到有较高的氧共存，这从一个侧面证明国产合金脱氧不充分或浇注过程中合金氧化比国外严重，电渣重熔过程中与空气接触较多，使用添加组分的合金或造渣材料中钛含量较高。另外，从夹杂物中基本元素总和分析，国内合金中基本元素Ni、Cr、Fe之和较国外合金中基本元素Ni、Cr、Fe之和低46.15%。可见，在检测点中，国内合金主要组成不是基本元素而是其他元素(81.25%),国外合金主要组成是基本元素，而形成夹杂的其他元素所占比例较小(35.1%),这从另外一个侧面可看出国内合金中夹杂物比国外夹杂物体积更大。
2.3Inconel合金氧及其它微量元素
从上面的分析可看出，在合金中氧是以氧化物的形式存在，并且国内外合金中的分布形态各不相同。在检测点中国外合金含氧点出现的频次为14点，占3.6%,国内合金含氧点出现的频次为80点，占17.4%。国外合金检测点含氧典型成分如表4所示。可看出，国外合金中与氧共存的元素除少量的钛、锌、铝、硅，可判断，大部分氧与合金中的铬形成了氧化物，并且残留的量极少。
国内合金检测点含氧典型成分如表5所示。可看出，国内合金中氧的最高含量达47.2%,并且和氧共存的合金元素有铝、硅、钙、镁、钛。在检测的合金中，国内硅、铝最高含量分别达到22.2%和24.8%,远远高于国外合金(5.3%Si、1.6%A1)。
国内合金硅、铝出现的频次占比分别达到33.9%和29.1%,也远远高于国外合金的21.1%和0.8%。分析与硅和铝共存的合金元素，国外合金中虽然硅出现的频次比较高，但它和氧共存的仅占到1%,与氧共存的铝仅有2个点；国内合金中氧和硅、铝是共存的，只要有硅或铝的检测点一定有氧存在。
从表2还可知，在国内合金中某些点不含硅、铝，而含有较高的钛(6号)或较高的钙(14号),钛和钙以氧化物的形态存在于合金中；检测到钙的频次为2%,检出钙的点同时存在氧，国外没有检测到钙。同时在国内合金中还存在镁、钡、硫、磷、钾和钠等微量元素。
由上述数据可知，国外合金中氧的含量极低，脱氧产物在精炼过程中被排出，合金液洁净，并且浇注过程中保护完备且没有被二次污染；国外脱氧使用的脱氧剂主要是含硅脱氧剂，并且脱氧剂中其它合金元素含量低，可能是用高纯硅合金脱氧。从残留的硅与氧没有共存的比例较大来分析，脱氧剂硅有一定量的过剩，同时精炼时将已生成的脱氧产物几乎全部排出合金液，合金浇注温度合理，在浇注过程中合金没有发生氧化；少量的铝残留可能是高纯硅合金中极少铝的残留。国内合金中微量元素包括硅、铝、钙、钛、镁、钡、钾、钠、硫、磷等，与国内合金添加的合金元素、熔炼工艺、造渣材料、精炼工艺密切相关。硅、铝除原材料中含有外，主要是脱氧剂中带入的，在使用硅合金脱氧时，由于脱氧深度不够，精炼除杂不彻底，在合金铸造凝固时氧析出或杂质聚集长大，形成了含硅、铝的氧化物。合金中钙、镁、钡也同样是由于脱氧剂中存在少量这些元素，在合金中与氧结合，最后残留在合金中。熔炼、精炼造渣剂中不同程度地存在杂质元素，如造渣剂中含有的钠盐、钾盐及含有硫、磷元素的化合物，在熔炼或精炼时进入合金。由上述分析可看出，国内合金中的杂质元素由于原材料不纯、脱氧剂杂质元素含量过高、脱氧深度不够、熔炼或精炼工艺不合理而产生的。
总之，国内合金出现杂质元素比国外合金高，是由于原材料不纯、熔炼或精炼工艺不合理造成的，因此，为提高合金的质量，可从提高原材料质量、改进熔炼或精炼工艺方面采取措施。
3合金氧化性能比较
把相同表面积的试样经℃加热、保温10～40h,分别测量其质量变化，如图4所示。可看出，随保温时间的增加，国内外Inconel合金的单位面积上的增重都呈上升趋势，而国内合金增重的速度明显高于国外合金。同时合金氧化增重呈直线上升的趋势，而国外合金氧化增重相比国内合金趋于平缓。这是由于合金中夹杂物、杂质元素的含量不同，在加热过程中氧的扩散通道不同，与氧接触的面积不同，在加热时间范围内，国产合金形成的氧化膜还没有使合金与氧的接触面积减小，而国外合金的氧化膜趋于致密，氧化速度趋缓。
4结语
(1)国内合金中碳分布极不均匀，主要是由于
合金配料本身中含有较高的碳，同时熔炼和精炼工艺不能充分脱碳。
(2)国内合金中残留有较高的钛和氮，除与合金中钛含量高有关外，熔炼、还与精炼工艺过程中使熔渣中的钛进入合金中，氮是在合金初炼过程中进入合金中，精炼过程中脱气除杂效果不显著。
(3)国内合金杂质中硅、铝、氧较国外合金高，除与国内脱氧使用含硅、铝的脱氧剂有关外，还与脱氧剂加入量不足或浇注温度过高、精炼工艺除杂效果不佳有关。
(4)在国内合金中同时还检测到钙、钡、硫、磷、锌、镁、钠、钾等元素，这与原材料不纯及电渣重熔工艺中的熔渣不纯密切相关。
(5)由于国内合金夹杂物中微量元素比国外高，国内合金的抗氧化性能较国外低。
