该合金是英国International Nickel公司开发的Nimonic系列中最早的合金之一,主要用作中温条件下要求抗氧化但承力较低的部件材料。
概述
Nimonic 75是一种镍铬基固溶强化型高温合金。作为Nimonic系列的开端,它主要通过添加铬元素提供优异的抗氧化性和耐腐蚀性,并依靠镍基固溶体获得良好的高温强度。该合金不能通过热处理进行时效硬化,其强度主要来源于固溶强化和冷加工。它具有良好的成形性和焊接性能,广泛应用于制造在800℃以下工作的抗氧化部件。
Nimonic 75属于典型的80Ni-20Cr合金体系,并添加微量的钛和碳以优化性能。
镍 (Ni): 余量 (约75-79%)
铬 (Cr): 19.0 - 21.0%
钛 (Ti): 0.2 - 0.6%
碳 (C): ≤ 0.12% (通常在0.08-0.12%之间)
铁 (Fe): ≤ 5.0% (通常作为杂质存在)
硅 (Si): ≤ 1.0%
锰 (Mn): ≤ 1.0%
硫 (S): ≤ 0.015%
铜 (Cu): ≤ 0.5%
(注:微量的钛和碳在高温下形成细小的TiC碳化物,有助于控制晶粒度和提高蠕变强度。)
密度 (ρ): 8.37 g/cm³
熔点范围: 1370 - 1425 °C
居里点: 非磁性 (奥氏体组织,在所有温度下无磁性)
比热容 (20°C): 461 J/(kg·K)
电阻率 (20°C): 1.09 µΩ·m
弹性模量 (E):
20°C: 220 GPa
800°C: 145 GPa
Nimonic 75的力学性能高度依赖于材料的状态(软态或冷拉态)及测试温度。
室温性能 (退火态):
抗拉强度 (Rm): 650 - 850 MPa
屈服强度 (Rp0.2): 250 - 350 MPa
延伸率 (A5): 30 - 45%
硬度: 160 - 200 HV
高温性能 (典型值,退火态):
该合金在高温下保持良好的韧性,但强度会显著下降。
600°C: 抗拉强度约 550 MPa
700°C: 抗拉强度约 450 MPa
800°C: 抗拉强度约 250 MPa
热处理制度:
退火处理: 通常在 980 - 1050 °C 进行,随后快速冷却(水冷或空冷)。此温度范围可确保再结晶并溶解碳化物。
去应力处理: 对于冷加工件,可在 750 - 850 °C 进行去应力退火,随后空冷。
注意:该合金不能通过时效处理显著提高强度。
成形性能:
具有极佳的冷、热加工性能。
热加工: 热加工温度范围较宽,通常在 1000 - 1180 °C。由于高温下强度较低,易于锻造和轧制。
冷加工: 可以进行深度冲压、弯曲和旋压等冷成形操作。由于其加工硬化率不高,中间退火次数较少。
焊接性能:
焊接性极好,是其主要优点之一。
可采用钨极氩弧焊(TIG)、金属极氩弧焊(MIG)、电阻焊和钎焊等方法进行连接。
通常不需要焊后热处理,但对于复杂结构或为了消除大应力,可进行低温退火。
推荐使用匹配的焊丝(如Nimonic 75 filler metal 或 80/20 Ni-Cr 焊丝)。
抗氧化性: Nimonic 75 的核心优势在于其在高温下的抗氧化能力。在空气中连续使用温度可达 1050°C,间歇使用温度可达 1000°C。其在表面形成的致密 Cr2O3 氧化皮能有效阻止基体进一步氧化。
耐腐蚀性: 对多种腐蚀介质具有良好的抵抗力,包括潮湿气体、海水和一些弱酸环境。但对强还原性酸(如盐酸、稀硫酸)的耐受性有限。
由于强度不如后续的沉淀硬化型Nimonic合金(如80A、90),Nimonic 75主要应用在氧化性气氛中且结构负载不高的场合:
热处理炉部件: 炉用风扇、马弗罩、料筐、辐射管、输送带。
燃气轮机: 燃烧室衬套、密封件、隔热板。
玻璃与陶瓷工业: 玻璃纤维拉丝漏板、热电偶保护套管。
汽车工业: 排气阀门、预燃烧室。
原子能工业: 由于其在高温水中的耐腐蚀性,用作某些结构部件。
总结: Nimonic 75是一种基础且可靠的固溶强化镍铬合金,以其卓越的抗氧化性、良好的加工性和中等的强度而著称,是高温抗氧化部件经济且实用的选择。