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中國牌號：GH90
英國牌號：Nimonic90
一、GH90概述
GH90為時效強化型鎳基變形高溫合金，含有較高量的鈷及多種強化元素。該合金在815～870℃有較高的抗拉強度和抗蠕變能力、良好的抗氧化性和耐腐蝕性、在冷熱反復交替作用下有較高的疲勞強度以及良好的成形性和焊接性。主要供應熱軋和冷拉棒材、冷軋板材、帶材及冷拉絲材。用于渦輪發動機渦輪盤、葉片、高溫緊固件、卡箍、密封圈及彈性元件等。
1.1 GH90材料牌號 GH90。
1.2 GH90相近牌號 Nimonic90(英國)。
1.3 GH90材料的技術標準
1.4 GH90化學成分 見表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：絲材規定ω(pb)≤0.0010%。
1.5 GH90熱處理制度
1.5.1 GH90冷拉棒材：1080℃±10℃,保溫時間見表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 GH90薄板和帶材（軟態）：軟化處理1100～1150℃，1～10min，適當介質中冷卻＋750℃±10℃,4h,空冷。
1.5.3 GH90薄板和帶材（硬態）：700～725℃,4h,空冷。
1.5.4 GH90彈簧用冷拉絲材：600℃±10℃，16h，空冷或650℃±10℃，4h，空冷。
1.5.5 GH90冷拉和固溶處理的彈簧絲材：1080℃±10℃,8h,空冷＋700～750℃，4h，空冷。
1.6 GH90品種規格與供應狀態 供應直徑或內切圓直徑不大于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。冷拉棒材的供應狀態按用途分為：鐓鍛用棒以冷拉磨光狀態交貨（當需方需求以固溶狀態交貨時，應在合同中注明）；機加工用棒材經固溶并除氧化皮狀態交貨。冷軋薄板和帶材（軟態）經軟化處理、堿酸洗、切邊后交貨；冷軋薄板和帶材（硬態）以冷軋、切邊后交貨。彈簧用絲材以冷拉狀態或冷拉后固溶處理狀態交貨。
1.7 GH90熔煉與鑄造工藝 合金采用下列四種工藝之一進行熔煉：(1)感應熔煉加電渣重熔；(2)真空感應熔煉加電渣重熔；(3)真空感應熔煉加真空電弧重熔；(4)真空感應熔煉。
1.8 GH90應用概況與特殊要求 該合金在發動機上用作高溫彈簧元件、高溫緊固件、燃燒室
卡圈、止動銷等零部件。在國外還用作渦輪工作葉片、渦輪盤等零部件。
二、GH90物理及化學性能
2.1 GH90熱性能
2.1.1 GH90熔化溫度范圍 熔點1400℃[1]。
2.1.2 GH90熱導率 見表2-1。
表2-1[1]
|
θ/℃ |
600 |
700 |
800 |
|
λ/(W/(m·℃)) |
21.76 |
23.93 |
25.57 |
2.1.3 GH90線膨脹系數 見表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 GH90密度 ρ=8.20g/cm3。
2.3 GH90電性能
2.4 GH90磁性能 合金無磁性。
2.5 GH90化學性能 合金在1040℃以下具有良好的抗氧化性和耐腐蝕性能；在1040℃以上時易產生晶間氧化。
三、GH90力學性能
3.1 GH90技術標準規定的性能
3.1.1 GH90冷拉棒材技術標準規定的性能見表3-1。
表3-1
|
技術標準 |
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：固溶狀態供應的棒材，力學性能試樣只進行時效處理。
3.1.2 GH90冷軋薄板和帶材（軟態）技術標準規定的性能見表3-2。
表3-2
|
技術標準 |
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：持久試驗的試樣熱處理制度：供應狀態＋1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±10℃,16h,空冷。
3.1.3 GH90冷軋薄板和帶材（硬態）技術標準規定的性能見表3-3。
表3-3
|
技術標準 |
θ/℃ |
拉伸性能 |
|
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
||
|
WS9 7086-1996 |
室溫 |
1390～1620 |
≥1030 |
3.1.4 GH90彈簧用絲材技術標準規定的性能見表3-4。
表3-4
|
技術標準 |
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：進行持久試驗的坯料熱處理制度：1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±10℃,16h,空冷。
3.1.5 GH90生產檢驗數據
3.1.5.1 GH90冷拉棒材650℃拉伸性能的統計處理結果見表3-5。
表3-5
|
技術標準 |
冶煉工藝 |
650℃拉伸性能 |
||
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ50mm/% |
||
|
|
||||
|
WS9 7016-1996 |
真空感應加電渣 |
975 |
670 |
24 |
3.1.5.2 GH90彈簧用絲材室溫拉伸性能的統計處理結果見表3-6。
表3-6
|
技術標準 |
冶煉工藝 |
絲材直徑/mm |
室溫拉伸性能 |
||
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ50mm/% |
|||
|
|
|||||
|
WS9 7014-1996 |
真空感應熔煉 |
≤1.0 |
1800 |
- |
- |
|
>1.0～5.0 |
1515 |
1260 |
- |
||
|
WS9 7015.1-1996 |
>0.99～8.0 |
1180 |
690 |
27 |
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四、GH90組織結構
4.1 GH90相變溫度
4.2 GH90時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 GH90合金組織結構 合金的主要強化相是γ′-Ni3(Al、Ti)，在晶內以大小不同的方形顆粒狀析出，在晶界上也可見到這種形狀的γ′相。碳化物在晶界上呈不連續的鏈狀析出[2]。
五、GH90工藝性能與要求
5.1 GH90成形性能 合金在鍛造時易產生內裂，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進行8%～12%的冷變形。
5.2 GH90焊接性能 合金在固溶狀態可進行惰性氣體保護鎢極電弧焊及閃光對焊。
5.3 GH90零件熱處理工藝 零件的熱處理工藝按相應的材料技術標準的熱處理制度進行。
5.4 GH90表面處理工藝
5.5 GH90切削加工與磨削性能 GH90在固溶處理狀態有良好的機械加工性能，在時效處理后使用堅硬刀具按規定進刀量慢速加工。
