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Nimonic 90(镍基沉淀硬化型变形高温合金)百科

发布:sonhooalloy 浏览:5528次

。该合金是由国际镍公司(Inco)旗下著名的维金斯合金公司(Wiggin Alloys)开发的,属于镍基沉淀硬化型变形高温合金。

以下是其详细的文字参数介绍:

Nimonic 90 高温合金百科参数

1. 化学成分(质量分数 %)

Nimonic 90 是一种通过添加钴、铬、钛和铝进行强化的镍基合金。其名义化学成分范围如下:

  • 镍 (Ni): 余量 (约 54% 最小值)

  • 铬 (Cr): 18.0 - 21.0

    • 作用: 提供优异的抗氧化和耐腐蚀性能。

  • 钴 (Co): 15.0 - 21.0

    • 作用: 提高基体的固溶强度和蠕变抗力,降低基体层错能。

  • 钛 (Ti): 2.0 - 3.0

  • 铝 (Al): 1.0 - 2.0

    • 作用: 钛和铝是主要的沉淀强化元素,在时效处理时形成共格的伽马撇相(γ’,Ni3(Al, Ti)),这是合金获得高温强度的关键。

  • 碳 (C): 最大 0.13

  • 铁 (Fe): 最大 1.5

  • 硅 (Si): 最大 0.8

  • 锰 (Mn): 最大 0.4

  • 硫 (S): 最大 0.015

  • 铜 (Cu): 最大 0.2

2. 物理性能

该合金在室温和高温下均表现出稳定的物理特性:

  • 密度: 8.18 g/cm³ (0.295 lb/in³)

    • 说明: 属于典型的镍基高温合金密度,比铁基合金略重。

  • 熔点范围: 1310°C - 1370°C (2400°F - 2500°F)

  • 居里点: 约为 -113°C (磁性转变点,在此温度以上表现为顺磁性)

  • 比热容 (20°C): 435 J/kg°C

  • 热导率:

    • 20°C: 11.5 W/m°C

    • 900°C: 24.5 W/m°C

    • 说明: 随着温度升高,热导率显著增加。

  • 热膨胀系数 (20°C-1000°C区间平均值): 约 17.0 x 10⁻⁶ /°C

3. 力学性能

Nimonic 90 的突出特点是其在高达约 920°C 的温度下仍具有极高的抗拉强度、持久强度和蠕变强度。

  • 热处理状态: 通常采用“固溶处理 + 中间时效 + 最终时效”的三段热处理工艺(例如:1080°C固溶,空冷;然后 925°C 时效,空冷;最后 700°C 时效,空冷)以获得最佳的沉淀强化效果。

  • 典型室温拉伸性能 (退火+时效态):

    • 抗拉强度: 1200 - 1400 MPa

    • 屈服强度 (0.2%): 750 - 950 MPa

    • 延伸率: 15% - 25%

  • 高温性能:

    • 在 750°C 下,抗拉强度仍可保持在 900 MPa 以上。

    • 具有优异的抗松弛性能,适合制作工作在高温下的弹簧件和紧固件。

4. 工艺性能与加工

  • 热加工:

    • 锻造温度范围: 1050°C - 1150°C。

    • 注意: 该合金在高温下变形抗力较大,需要足够的设备功率。加热时应避免含硫气氛,以防晶间脆化。

  • 冷加工: 可以进行冷拉和冷轧,但由于其强度高,通常需要中间退火处理。

  • 热处理:

    • 固溶处理: 通常在 1050°C - 1100°C 进行,取决于后续加工要求。

    • 时效处理: 典型的双时效工艺(例如 8小时/925°C 空冷 + 16小时/700°C 空冷)用于析出细小均匀的强化相。

  • 焊接性:

    • 评价: 焊接性一般至良好。

    • 方法: 可采用氩弧焊、电阻焊、电子束焊等方法。推荐使用匹配的焊材(如 Nimonic 90 焊丝),并在焊前进行固溶处理、焊后进行时效处理,以恢复性能。

5. 应用领域

由于其综合性能优异,Nimonic 90 广泛应用于航空航天和工业燃气轮机的高温部件:

  • 航空航天: 涡轮叶片、涡轮盘、高温紧固件(螺栓)、导向叶片、弹簧等。

  • 汽车工业: 高性能赛车、柴油发动机的涡轮增压器转子。

  • 能源与化工: 高温热作模具、挤压模、核反应堆部件。

总结:
Nimonic 90 是一种典型的 γ‘ 相沉淀强化镍基高温合金,通过高铬含量保证抗氧化性,通过钴、钛、铝的复合添加获得优异的高温强度。它是 800°C - 900°C 温度区间内最常用的结构材料之一。



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