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Nimonic90主要性能/Nimonic90冷軋板
  • 發(fā)布日期:2018-09-30      瀏覽次數(shù):1094
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      Nimonic90螺栓Nimonic90耐熱合金
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      Nimonic90

      鎳基變形高溫合金
      英國(guó)牌號(hào):Nimonic90
      中國(guó)牌號(hào):GH90

      一、Nimonic90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kangyang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lunpan、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

      th

      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+750℃±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

      α110-6℃-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=8.20gcm3。
      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

      σbMPa

      σP0.2MPa

      δ5%

      σMPa

      th

      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
      σbMPa σP0.2MPa δ5% σMPa th
      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

      σbMPa

      σP0.2MPa

      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

      σbMPa

      σP0.2MPa

      δ5%

      σMPa

      th

      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

      σbMPa

      σP0.2MPa

      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

      σbMPa

      σP0.2MPa

      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℃,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。


       


       

      鑄造高溫合金葉輪:發(fā)動(dòng)機(jī)中,高溫合金葉輪位于燃燒室和導(dǎo)向器之后,葉片必須工作于高溫腐蝕性燃?xì)猸h(huán)境中,承受高溫腐蝕性氣體的直接沖擊和因此帶來(lái)的*的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力,容易發(fā)生蠕變斷裂。此外,葉輪工作時(shí),轉(zhuǎn)數(shù)*,導(dǎo)致lunpan部位遭受巨大的機(jī)械應(yīng) 力,lunpan容易開(kāi)裂。 早期,葉輪的制造方法是將鍛造盤和鑄造葉片通過(guò)機(jī)械加工然后裝配在一起。這種制造方法周期長(zhǎng),成本高,裝配精度不易保證。為了降低葉輪的制造成本,20世紀(jì)60年代末出現(xiàn)了將葉片和lunpan連在一起整體鑄造的技術(shù),當(dāng)時(shí)主要用作地面渦輪增壓器葉輪。隨著鑄造工藝水平的提高,整鑄技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。目前1500kW以下的小型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用軸向和徑向整體鑄造葉輪。這不僅降低了葉輪的制造成本,而且避免了榫頭裝配的應(yīng)力 。隨著鑄造技術(shù)和高溫合金材料 的飛速發(fā)展,人們已經(jīng)可以獲得所期望的特定顯微 組織的整鑄葉輪.
      隨著航空科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能不斷日益完善和提高,正朝著高推重比、高推力和低油耗、長(zhǎng)使用壽命的方向發(fā)展。與十年前相比,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率提高了25%,推重比達(dá)到(12~15),燃油消耗降低了30%~50%,渦輪進(jìn)口溫度超過(guò)了2000??。做為航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心部分的渦輪(工作葉片與渦lunpan),它的工作條件是相當(dāng)惡劣,各種發(fā)動(dòng)機(jī)用整體鑄造葉輪,,其渦輪工作葉片同時(shí)承受高溫、燃?xì)飧g、離心力、彎曲應(yīng)力、熱應(yīng)力、振動(dòng)和熱疲勞的作用,因此要求葉片除了應(yīng)具有良好的kangyang化性、耐腐蝕能力和足夠高的強(qiáng)度外,還應(yīng)具有良好的機(jī)械疲勞、熱疲勞性能以及足夠的塑性和沖擊韌性。而渦lunpan部分雖然工作溫度比工作葉片低,但其應(yīng)力條件異常復(fù)雜,輪轂和輻板等各部位所受應(yīng)力、溫度、介質(zhì)作用程度不同,因此對(duì)渦lunpan的基本性能要求為:高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和塑性,足夠的持久、蠕變強(qiáng)度和低循環(huán)疲勞強(qiáng)度,良好的耐蝕性能和組織穩(wěn)定性。基于對(duì)渦輪的工作葉片和渦lunpan的不同性能要求,大中型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪制造方法是將渦lunpan和工作葉片分別單獨(dú)制造,然后機(jī)械加工裝配在一起形成渦輪。這種制造方法可以有針對(duì)性的將工作葉片和渦lunpan選用不同的合金材料。一般采用GH高溫合金系列和K高溫合金系列精鑄而成。

       


       

       

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