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中國牌號(hào)：GH90
英國牌號(hào)：Nimonic90
一、GH90概述
GH90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 GH90材料牌號(hào) GH90。
1.2 GH90相近牌號(hào) Nimonic90(英國)。
1.3 GH90材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1.4 GH90化學(xué)成分 見表1-1。
表1-1 %
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C |
Cr |
Ni |
Co |
Al |
Ti |
Mn |
Si |
P |
S |
Ag |
Pb |
Bi |
B |
Cu |
Fe |
Zr |
|
|
不大于 |
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≤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 GH90熱處理制度
1.5.1 GH90冷拉棒材：1080℃±10℃,保溫時(shí)間見表1-2，空冷或水冷+750℃±10℃,4h,空冷。
表1-2
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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(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 GH90薄板和帶材（硬態(tài)）：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(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 GH90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 GH90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。在國外還用作渦輪工作葉片、渦輪盤等零部件。
二、GH90物理及化學(xué)性能
2.1 GH90熱性能
2.1.1 GH90熔化溫度范圍 熔點(diǎn)1400℃[1]。
2.1.2 GH90熱導(dǎo)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(shù) 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(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、GH90力學(xué)性能
3.1 GH90技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.1 GH90冷拉棒材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表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 GH90冷軋薄板和帶材（軟態(tài)）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表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 GH90冷軋薄板和帶材（硬態(tài)）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表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 GH90彈簧用絲材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表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 GH90生產(chǎn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)
3.1.5.1 GH90冷拉棒材650℃拉伸性能的統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果見表3-5。
表3-5
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技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) |
冶煉工藝 |
650℃拉伸性能 |
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σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ50mm/% |
||
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||||
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WS9 7016-1996 |
真空感應(yīng)加電渣 |
975 |
670 |
24 |
3.1.5.2 GH90彈簧用絲材室溫拉伸性能的統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果見表3-6。
表3-6
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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/% |
|||
|
|
|||||
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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 |
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四、GH90組織結(jié)構(gòu)
4.1 GH90相變溫度
4.2 GH90時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 GH90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、GH90工藝性能與要求
5.1 GH90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 GH90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 GH90零件熱處理工藝 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 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(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。
