一、概述
Nimonic90為時(shí)效強(qiáng)化型鎳基變形高溫合金,含有較高量的鈷及多種強(qiáng)化元素。該合金在815~870℃有較高的抗拉強(qiáng)度和抗蠕變能力、良好的抗氧化性和耐腐蝕性、在冷熱反復(fù)交替作用下有較高的疲勞強(qiáng)度以及良好的成形性和焊接性。主要供應(yīng)熱軋和冷拉棒材、冷軋板材、帶材及冷拉絲材。用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、葉片、高溫緊固件、卡箍、密封圈及彈性元件等。
1.1 Nimonic90材料牌號(hào) Nimonic90。
1.2 Nimonic90相近牌號(hào) GH90(中國(guó))。
1.3 Nimonic90材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1.4 Nimonic90化學(xué)成分 見(jiàn)表1-1。
表1-1%
C | Cr | Ni | Co | Al | Ti | Mn | Si | P | S | Ag | Pb | Bi | B | Cu | Fe | Zr |
|
不大于 |
≤0.13 | 18.0~21.0 | 余量 | 15.0~21.0 | 1.0~2.0 | 2.0~3.0 | 0.4 | 0.8 | 0.020 | 0.015 | 0.0005 | 0.0020 | 0.0001 | 0.020 | 0.2 | 1.5 | 0.15 |
|
注:絲材規(guī)定ω(pb)≤0.0010%。
1.5 Nimonic90熱處理制度
1.5.1 Nimonic90冷拉棒材:1080℃±10℃,保溫時(shí)間見(jiàn)表1-2,空冷或水冷+750℃±10℃,4h,空冷。
表1-2
直徑或較小截面尺寸/mm | ≤3 | >3~6 | >6~12.5 | >12.5~25 |
t/h | 1 | 2 | 4 | 8 |
1.5.2 Nimonic90薄板和帶材(軟態(tài)):軟化處理1100~1150℃,1~10min,適當(dāng)介質(zhì)中冷卻+75Nimonic 90
0℃±10℃,4h,空冷。
1.5.3 Nimonic90薄板和帶材(硬態(tài)):700~725℃,4h,空冷。
1.5.4 Nimonic90彈簧用冷拉絲材:600℃±10℃,16h,空冷或650℃±10℃,4h,空冷。
1.5.5 Nimonic90冷拉和固溶處理的彈簧絲材:1080℃±10℃,8h,空冷+700~750℃,4h,空冷。
1.6 Nimonic90品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)直徑或內(nèi)切圓直徑不大于25mm的冷拉棒材或冷拉六角棒材;厚度不大于4mm的冷軋薄板和厚度不大于0.8mm的冷軋帶材;直徑不大于8mm的彈簧用冷拉絲材。冷拉棒材的供應(yīng)狀態(tài)按用途分為:鐓鍛用棒以冷拉磨光狀態(tài)交貨(當(dāng)需方需求以固溶狀態(tài)交貨時(shí),應(yīng)在合同中注明);機(jī)加工用棒材經(jīng)固溶并除氧化皮狀態(tài)交貨。冷軋薄板和帶材(軟態(tài))經(jīng)軟化處理、堿酸洗、切邊后交貨;冷軋薄板和帶材(硬態(tài))以冷軋、切邊后交貨。彈簧用絲材以冷拉狀態(tài)或冷拉后固溶處理狀態(tài)交貨。
1.7 Nimonic90熔煉與鑄造工藝 合金采用下列四種工藝之一進(jìn)行熔煉:(1)感應(yīng)熔煉加電渣重熔;(2)真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔;(3)真空感應(yīng)熔煉加真空電弧重熔;(4)真空感應(yīng)熔煉。
1.8 Nimonic90應(yīng)用概況與特殊要求 該合金在發(fā)動(dòng)機(jī)上用作高溫彈簧元件、高溫緊固件、燃燒室卡圈、止動(dòng)銷等零部件。在國(guó)外還用作渦輪工作葉片、渦輪盤等零部件。
二、Nimonic90物理及化學(xué)性能
2.1 Nimonic90熱性能
2.1.1 Nimonic90熔化溫度范圍 熔點(diǎn)1400℃[1]。
2.1.2 Nimonic90熱導(dǎo)率 見(jiàn)表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 600 | 700 | 800 |
λ/(W/(m·℃)) | 21.76 | 23.93 | 25.57 |
2.1.3 Nimonic90線膨脹系數(shù) 見(jiàn)表2-2。
表2-2[2]
θ/℃ | 20~100 | 20~200 | 20~300 | 20~400 | 20~500 | 20~600 | 20~700 | 20~800 | 20~900 |
α1/10-6℃-1 | 12.71 | 13.09 | 13.51 | 14.04 | 14.52 | 15.03 | 15.58 | 16.36 | 17.38 |
2.2 Nimonic90密度 ρ=8.20g/cm3。
2.3 Nimonic90電性能
2.4 Nimonic90磁性能 合金無(wú)磁性。
2.5 Nimonic90化學(xué)性能 合金在1040℃以下具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性能;在1040℃以上時(shí)易產(chǎn)生晶間氧化。
三、Nimonic90力學(xué)性能
3.1 Nimonic90技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.1 Nimonic90冷拉棒材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-1。
表3-1
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | θ/℃ | 拉伸性能 | 持久性能 |
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | σ/MPa | t/h |
不小于 |
WS9 7016-1996 | 650 | 820 | 590 | 8 | - | - |
870 | - | - | - | 140 | ≥30 |
注:固溶狀態(tài)供應(yīng)的棒材,力學(xué)性能試樣只進(jìn)行時(shí)效處理。
3.1.2 Nimonic90冷軋薄板和帶材(軟態(tài))技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-2。
表3-2
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | θ/℃ | 成品厚度/mm | 拉伸性能 | 硬度HV | 持久性能 |
|
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | σ/MPa | t/h |
不小于 |
WS9 7087-1996 | 室溫 | 0.25~0.35 | 1080 | 695 | 15 | ≥280 | - | - |
>0.35~0.45 | 1080 | 695 | 20 |
>0.45 | 1080 | 695 | 25 |
870 | 所有 | - | - | - | - | 140 | ≥30 |
注:持久試驗(yàn)的試樣熱處理制度:供應(yīng)狀態(tài)+1080℃±10℃,8h,空冷+700℃±10℃,16h,空冷。
3.1.3 Nimonic90冷軋薄板和帶材(硬態(tài))技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-3。
表3-3
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | θ/℃ | 拉伸性能 |
σb/MPa | σP0.2/MPa |
WS9 7086-1996 | 室溫 | 1390~1620 | ≥1030 |
3.1.4 Nimonic90彈簧用絲材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-4。
表3-4
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | θ/℃ | 成品厚度/mm | 拉伸性能 | 持久性能 |
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | σ/MPa | t/h |
不小于 |
WS9 7014-1996 | 室溫 | ≤1.0 | 1540 | - | - | - | - |
>1.0~5.0 | 1390 | 1160 | - |
>5.0~8.0 | 1310 | 1000 | 10 | - | - |
870 | 坯料 | - | - | - | 140 | ≥30 |
WS9 7015.1-1996 | 室溫 | >0.44~0.99 | 1080 | - | 15 | - | - |
>0.99~8.0 | 1080 | - | 15 | - | - |
870 | 坯料 | - | - | - | 140 | ≥30 |
注:進(jìn)行持久試驗(yàn)的坯料熱處理制度:1080℃±10℃,8h,空冷+700℃±10℃,16h,空冷。
3.1.5 Nimonic90生產(chǎn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)
3.1.5.1 Nimonic90冷拉棒材650℃拉伸性能的統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果見(jiàn)表3-5。
表3-5
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 冶煉工藝 | 650℃拉伸性能 |
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ50mm/% |
|
WS9 7016-1996 | 真空感應(yīng)加電渣 | 975 | 670 | 24 |
3.1.5.2 Nimonic90彈簧用絲材室溫拉伸性能的統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果見(jiàn)表3-6。
表3-6
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 冶煉工藝 | 絲材直徑/mm | 室溫拉伸性能 |
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ50mm/% |
|
WS9 7014-1996 | 真空感應(yīng)熔煉 | ≤1.0 | 1800 | - | - |
>1.0~5.0 | 1515 | 1260 | - |
WS9 7015.1-1996 | >0.99~8.0 | 1180 | 690 | 27 |
四、Nimonic90組織結(jié)構(gòu)
4.1 Nimonic90相變溫度
4.2 Nimonic90時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 Nimonic90合金組織結(jié)構(gòu) 合金的主要強(qiáng)化相是γ′-Ni3(Al、Ti),在晶內(nèi)以大小不同的方形顆粒狀析出,在晶界上也可見(jiàn)到這種形狀的γ′相。碳化物在晶界上呈不連續(xù)的鏈狀析出[2]。
五、Nimonic90工藝性能與要求
5.1 Nimonic90成形性能 合金在鍛造時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)裂,不允許重錘打擊,不允許低溫倒棱。鋼錠裝爐溫度不高于700℃,最終加熱溫度1150℃±10℃,開(kāi)鍛溫度不低于1060℃,終鍛溫度不低于950℃。軋制加熱溫度1160℃,終軋溫度不低于950℃。冷拔材在最終中間退火后應(yīng)進(jìn)行8%~12%的冷變形。
5.2 Nimonic90焊接性能 合金在固溶狀態(tài)可進(jìn)行惰性氣體保護(hù)鎢極電弧焊及閃光對(duì)焊。
5.3 Nimonic90零件熱處理工藝 零件的熱處理工藝按相應(yīng)的材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的熱處理制度進(jìn)行。
5.4 Nimonic90表面處理工藝
5.5 Nimonic90切削加工與磨削性能 Nimonic90在固溶處理狀態(tài)有良好的機(jī)械加工性能,在時(shí)效處理后使用堅(jiān)硬刀具按規(guī)定進(jìn)刀量慢速加工。