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随着合金化程度的提高，其显微组织的变化有如下趋势： γ’相数量逐渐增多，尺寸逐渐增大，并由球状变成立方体，同一合金中出现尺寸和形态不相同的γ’相。此外，在铸造合金中还出现在凝固过程中形成的γ+γ’共晶，晶界析出不连续的颗粒状碳化物并被γ’相薄膜所包围，这些微组织的变化改善了合金的性能。此外，现代镍基合金的化学成份十分复杂，合金的饱和度很高，因此要求对每个合金元素 (尤其是主要强化元素)的含量严加控制，否则会在使用过程中容易析出其他有害的介金属相，如σ、laves相等，将损害合金的强度和韧性。
镍基合金是高温合金中应用广、强度高的一类合金。其中添加较大量的ni 为沃斯田铁相稳定元素，使得镍基合金维持 fcc结构而可以溶解较多其它合金元素，还能保持较好的组织稳定性与材料的塑性；而 cr、mo和al则具有抗氧化和抗腐蚀作用，并具有一定的强化作用。镍基合金的强化依元素作用方式可分为：
(1)固溶强化元素，如w、mo、co、cr和v等，藉由此类原子半径与基材的不同，在ni-fe之基地造成局部晶格应变来强化材料；
(2)析出强化元素则如al、ti、nb和ta等，可以形成整合性有序的a3b型金属间化合物，如ni3(al,ti)等强化相(γ’)，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基合金更高的高温强度；
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(3)晶界强化元素，如b、zr、mg和稀土元素等，可加强合金之高温性质。一般镍基合金的牌号由其所开发厂家来命名，如ni-cu合金又称为monel合金，常见如monel 400、k-500等。ni-cr合金一般称为 inconel合金，也就是常见之镍基耐热合金，主要在氧化性介质条件下使用 ，常见如 inconel 600、625等。若是inconel合金中加入较高量的fe来取代ni，则为incoloy合金，其耐高温程度不如镍基析出硬化型合金，但价格便宜，可用于喷射引擎里温度较低部份的组件及石化厂反应器等，如incoloy 800h、825等。若于inconel与incoloy中加入析出强化元素，如ti、al、nb等，则成为析出硬化型(铁)镍基合金，可于高温下仍保有良好的机械强度与抗蚀性，多用于喷射引擎的组件，如 inconel 718 、incoloy a-286 等。而 ni-cr-mo(-w)(-cu) 合金则称为哈氏耐蚀合（hastelloy)，其中ni-cr-mo主要在还原性介质腐蚀的条件下使用。hastelloy的代表牌号如c-276、c-2000等。

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