什麼是鎳基超合金
在Ni的FCC母相中，大量整合析出L1₂型有序相γ'（Ni₃Al）的耐熱合金。用於渦輪葉片等，到接近熔點的溫度仍保持強度。
日文名稱: Ni基超合金
「鎳基超合金」出現在3領域的7道練習題中（高溫材料與潛變, 計算材料科學, 材料的加工與接合等）。
這個名詞所屬的領域: 高溫材料與潛變
組織與強化的機制
鎳基超合金是在Ni的FCC固溶體母相γ中，以立方體狀析出L1₂型有序相γ'（Ni₃(Al,Ti)）的合金。γ與γ'的晶格常數幾乎相等，具有整合的界面，因此γ'在高溫下也不易粗化，在單晶葉片用的合金中占體積的60〜70%。γ中的差排進入γ'時會打亂有序排列而形成反相界，因此差排必須成對前進，受到很大的阻力。此外，Cr、Mo、W、Re等元素對母相進行固溶強化。
晶粒的控制與單晶葉片
在高溫下長時間受拉伸的渦輪葉片中，垂直於應力的晶界會成為潛變損傷的起點。因此製作了從鑄模底部單向凝固、使晶界沿應力方向排列的柱狀晶葉片，又進一步開發出只選擇1個晶體成長的單晶葉片。單晶可減少強化晶界用的元素，因此能在高溫進行固溶處理，使γ'均勻微細化。葉片的長度方向對齊楊氏模數低的〈001〉方位，以減小熱應力。
耐氧化性與被覆
在暴露於高溫氣體的葉片表面，合金中的Al或Cr氧化而形成Al₂O₃或Cr₂O₃的保護膜。加入大量提高強度的元素時，有時不得不減少Al或Cr，因此在表面施加富含Al的被膜（鋁化物被膜或MCrAlY被覆）以補足耐氧化性。再疊上氧化鋯的熱障塗層以降低金屬溫度，並從內部的冷卻孔通入空氣冷卻葉片，使其在有時超過合金熔點溫度的氣體中也能使用。
練習鎳基超合金的題目
關於擔負鎳基超合金高溫強度的γ'相，下列敘述何者正確？
- A為BCC（B2型）的有序相，與母相γ的晶格常數差很大而界面為非整合，因此在晶界與晶粒內以粗大粒子析出，強力阻擋差排而強化
- B為L1₂型有序結構的Ni₃Al（以FCC為基礎的有序相），與母相γ晶格常數幾乎相等，以整合界面微細析出
- C為M₂₃C₆等在晶界上以連續膜狀析出的碳化物，量越多越能阻止晶界滑移，因此高溫下的延性與潛變強度也一起提高
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正確答案：B. 為L1₂型有序結構的Ni₃Al（以FCC為基礎的有序相），與母相γ晶格常數幾乎相等，以整合界面微細析出
γ'相是組成為Ni₃(Al,Ti)的L1₂型有序相，FCC晶格的頂點由Al、面心由Ni占據。它與母相γ（Ni的FCC固溶體）的晶格常數差（錯配）很小，因此立方體狀的微細粒子以整合的界面析出，在單晶葉片用的合金中體積達60〜70%。γ中的差排進入γ'時會打亂有序排列而形成反相界，因此差排必須2條成對前進，形成很大的阻力。γ'在高溫下仍穩定，也顯示降伏應力在約700〜800℃以前隨溫度上升的逆溫度相依性。說成BCC的敘述弄錯了晶體結構，說成晶界碳化物的敘述則與別的相混淆，膜狀的碳化物反而是脆化的原因。
噴射引擎的渦輪葉片使用單向凝固的柱狀晶或單晶鎳基超合金，其理由何者正確？
- A做成單晶後完全不存在差排，因此不會發生潛變變形
- B做成單晶後，就能多加原本用於強化晶界的碳或硼，並以它們形成的碳化物或硼化物來強化
- C消除垂直於應力的晶界而去除潛變損傷的起點，且單晶可減少晶界強化元素，因此能在高溫進行固溶處理，使γ'均勻微細化
常見問題
為什麼稱為超合金？
作為在一般鋼鐵等強度大幅下降的高溫下，仍保持高強度與耐氧化性的合金，因而被冠上這個名稱。除了鎳基之外，也有鈷基與鐵鎳基的超合金。
γ'在溫度上升時會變弱嗎？
γ'的Ni₃Al顯示降伏應力隨溫度上升的逆溫度相依性，在約700〜800℃最強。這是因為熱促進了使差排變成難以移動形態的交叉滑移。不過在更高溫下，γ'會粗化或固溶，強度下降。
Re加得太多會怎樣？
Re使擴散變慢而提高潛變強度，但加得太多時，σ相等脆的TCP相容易以針狀或板狀析出，使強度與延性下降。Re價格高且密度大，因此添加量依這些因素的平衡決定。
解析中的「鎳基超合金」
耐火物鑄模能耐高溫，因此也用於噴射引擎渦輪葉片這類鎳基超合金的精密零件，單向凝固與單晶葉片也以此法製作。
以蠟製作與製品同形狀的模型，在其周圍以耐火物漿料包覆多層並使其硬化，再加熱使蠟熔出，然後將熔湯注入所得的鑄模，這是下列…Al₂O₃成長更慢，在高溫下也穩定，因此鎳基超合金、熱障塗層的黏結層、Fe-Cr-Al電熱線等都使其形成Al₂O₃。
關於在超過1000℃的高溫空氣中使用的耐熱合金的保護膜，下列敘述何者正確？鎳基超合金的潛變強度對溫度很敏感，因此這個溫差會大幅影響壽命與容許的氣體溫度。
1.0 MW/m²的熱通量沿厚度方向均勻通過熱障塗層的面層（厚度250 µm，熱導率1.2 W/(m·K)）。視為穩態…
出現「鎳基超合金」的題目（7題）
- 關於擔負鎳基超合金高溫強度的γ'相，下列敘述何者正確？
- 噴射引擎的渦輪葉片使用單向凝固的柱狀晶或單晶鎳基超合金，其理由何者正確？
- 在單晶鎳基超合金中添加數%錸（Re）等重元素的主要目的，下列何者正確？
- 對含有近10種元素的鎳基超合金或鋼，使用CALPHAD法預測析出的相及其分率。其想法與注意點的組合何者正確？
- 以蠟製作與製品同形狀的模型，在其周圍以耐火物漿料包覆多層並使其硬化，再加熱使蠟熔出，然後將熔湯注入所得的鑄模，這是下列哪一種鑄造法？
- 關於在超過1000℃的高溫空氣中使用的耐熱合金的保護膜，下列敘述何者正確？
- 1.0 MW/m²的熱通量沿厚度方向均勻通過熱障塗層的面層（厚度250 µm，熱導率1.2 W/(m·K)）。視為穩態的1維熱傳導，面層正反兩面的溫差最接近下列何者？