Nimonic80A鎳基變形高溫合金

 

英國牌號：Nimonic80A

中國牌號：GH80A

一、Nimonic80A概述

    Nimonic80A是以鎳-鉻為基體，添加鋁、鈦形成γ′相彌散強化的高溫合金，除鋁含量略高外，其他與GH4033相近，使用溫度700～800℃，在650～850℃具有良好的抗蠕變性能和抗氧化性能。該合金冷、熱加工性能良好，主要供應(yīng)熱軋棒材、冷拉棒材、熱軋板材、冷軋板材、帶材以及環(huán)形件等，用于制造發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、螺栓、葉片鎖板等零件。

    1.1 Nimonic80A材料牌號 Nimonic80A。

    1.2 Nimonic80A相近牌號 GH80A(中國)。

    1.3 Nimonic80A材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

    1.4 Nimonic80A化學(xué)成分  見表1-1。

                                     表1-1                                     %

C

Cr

Ni

Al

Ti

0.04～0.10

18.0～21.0

余

1.00～1.80

1.8～2.7

Co

Fe

B

Mn

Si

P

S

Ag

Bi

Cu

Pb

不大于

2.0

1.50

0.008

0.40

0.80

0.020

0.015

0.0005

0.0001

0.20

0.002

    注：B按計算量加入，允許加入微量的Ce、Zr、Mg元素。

1.5 Nimonic80A熱處理制度 葉片用棒材為：1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±5℃,16h,空冷。熱軋、鍛制及冷拉棒材：按表1-2的規(guī)定進(jìn)行。軋制環(huán)件：(1050～1080℃)±10℃，不大于2h，水冷＋750℃±5℃(或+700℃±5℃),4h(或16h),空冷。熱軋板材、冷軋薄板和帶材為：供應(yīng)狀態(tài)＋750℃±10℃，4h，空冷。

                                              表1-2

 

材料類型	固溶處理制度	時效制度
熱加工用熱軋（或鍛制）棒材	1080℃±10℃，8h，空冷	700℃±5℃,16h,空冷或750℃±5℃,4h,空冷
熱加工用熱軋 （或鍛制）棒材	按制度①或②進(jìn)行 ①1080℃±10℃,保溫時間按表1-3規(guī)定，油冷或水冷或空冷。（正常情況，d≥40mm，油冷） ②1080℃±10℃,保溫時間按表1-3規(guī)定，空冷+1080℃±10℃，保溫30min，水冷
冷拉棒材	1080℃±10℃,保溫時間按表1-4規(guī)定，水冷或空冷。

                                           表1-3

直徑/mm	保溫時間/h	直徑/mm	保溫時間/h
≤3	1	>6～12.5	4
>3～6	2	>12.5	8

 1.6 Nimonic80A品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)直徑d20～55mm的葉片用熱軋棒材、直徑不大于300mm的熱軋或鍛制棒材。冷拉棒材供應(yīng)直徑8～45mm圓棒及內(nèi)切圓直徑d8～36mm的六角形棒材。供應(yīng)外徑1000mm、內(nèi)徑900mm、高度130mm的軋制形件。供應(yīng)厚度不大于9.5mm的熱軋板材、厚度不大于4.0mm的冷軋薄板材，厚度不大于0.8mm的冷軋帶材。葉片用熱軋棒材不經(jīng)熱處理供應(yīng)，其表面應(yīng)全部磨光或車光。機加工用熱軋棒材經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng)。鐓鍛用冷拉棒材以冷拉并磨光狀態(tài)供應(yīng)，機加工用冷拉棒材以冷拉經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng)，熱加工用棒材以制造狀態(tài)并除氧化皮供應(yīng)（對鍛造廠用棒材應(yīng)車光后供應(yīng)，其表面粗糙度應(yīng)不小于3.2μm）。軋制環(huán)形件以固溶處理和粗加工狀態(tài)供應(yīng)。熱軋板材、冷軋板材和帶材經(jīng)軟化處理、堿酸洗、切邊和平整或矯直后供應(yīng)。

1.7 Nimonic80A熔煉與鑄造工藝 葉片用棒材和板材采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。軋制環(huán)形件與熱軋、鍛制及冷拉棒材采用感應(yīng)熔煉加電渣重熔，或真空感應(yīng)熔煉加真空電弧重熔，或真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。

1.8 Nimonic80A應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用作發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、扇形件安裝環(huán)、螺栓、葉片鎖板等零件。

二、Nimonic80A物理及化學(xué)性能    

    2.1 Nimonic80A熱性能                                        

    2.1.1 Nimonic80A熔化溫度范圍  熔點1405℃^[1]。

2.1.2 Nimonic80A熱導(dǎo)率  見表2-1。

                                              表2-1^[1]

θ/℃	100	200	300	400	500	600	700	800	900
λ/(W/(m·℃))	12.11	13.83	15.48	16.75	18.39	20.93	23.48	25.57	27.66

2.1.3 Nimonic80A線膨脹系數(shù) 見表2-2。

2.2 Nimonic80A密度 ρ=8.15g/cm^3[2]。

                                              表2-2^[2]

θ/℃	16～100	16～200	16～300	16～400	16～500	16～600	16～700
α/10-6℃-1	12.18	12.86	13.69	14.08	14.50	14.94	15.36

2.3 Nimonic80A電性能 室溫ρ=1.23×10^-6Ω.m^[1]。 

2.4 Nimonic80A磁性能 無磁性。

2.5 Nimonic80A化學(xué)性能

2.5.1 Nimonic80A抗氧化性能 在空氣介質(zhì)中試驗100h的氧化速率見表2-3。

                                                                                                        表2-3^[3]

θ/℃	700	750	800
氧化速率/(g/(m2·h))	0.037	0.041	0.047

三、Nimonic80A力學(xué)性能

 Nimonic80A渦輪葉片用棒材規(guī)定性能見表3-1。

                                                                                                         表3-1

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)	試樣串聯(lián)對數(shù)	持久性能
		θ/℃	σ/MPa	斷裂時間/h
				單個值	平均值	范圍值(Rmax)=(F)·()
WS9-7009-1996	3	750	340	≥23	≥32	≤0.6×實際平均值

四、Nimonic80A組織結(jié)構(gòu)

4.1 Nimonic80A相變溫度                                       

4.2 Nimonic80A時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

4.3 Nimonic80A合金組織結(jié)構(gòu) 葉片毛坯按不同熱處理規(guī)范處理的組織特征：1080℃±10℃,8h,空冷處理：在1080℃時基體中的γ′相和一些M₇C₃及M₂₃C₆型晶界碳化物溶入固溶體。在冷卻過程中晶界形成M₇C₃和M₂₃C₆型富鉻碳化物。M₇C₃大約在1000℃以上沉淀出來，并在較低溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>M₂₃C₆。M₂₃C₆在750～1000℃析出，也能獨立成核，生成晶界碳化物。所以在1080℃±10℃,8h,空冷處理后，晶界上呈現(xiàn)出不連續(xù)狀態(tài)的M₇C₃和M₂₃C₆，晶內(nèi)有γ′相和MC。

1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±5℃,16h,空冷處理：合金在固溶組織的基礎(chǔ)上經(jīng)700℃±5℃,16h時效，晶界上的M₇C₃繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>M₂₃C₆，所以在晶界上沉淀出叫連續(xù)的M₂₃C₆，晶內(nèi)的γ′相也長大成球形質(zhì)點^[4]。

五、Nimonic80A工藝性能與要求

5.1 Nimonic80A成形性能 

5.1.1 Nimonic80A鍛造 合金具有良好的鍛造性能。鋼錠加熱溫度1120～1150℃，開鍛溫度不低于1000℃。停鍛溫度不低于950℃^[2]。

5.1.2 Nimonic80A熱軋板 軋制加熱溫度1120～1150℃，停軋溫度不低于930℃^[2]。
     5.1.3 Nimonic80A渦輪葉片的鍛造 渦輪葉片用毛坯應(yīng)按規(guī)定的工序要求噴涂防護(hù)潤滑劑，待烘干后方可入爐加熱。零件毛坯在電爐中加熱，裝爐溫度800℃±20℃，保溫60min，加熱溫度1090℃±10℃，保溫35min，開鍛溫度1090℃，停鍛溫度950℃，在臥鍛機上頂鍛，鍛前用二硫化鉬潤滑模膛。零件毛坯鍛造中間工序應(yīng)進(jìn)行固溶處理，加熱溫度1130℃±10℃，保溫60min，空冷。吹砂后，再按規(guī)定的工序要求噴涂防護(hù)潤滑劑，烘干后入爐加熱。零件毛坯再按上述規(guī)定進(jìn)行裝爐、加熱、保溫，并在曲柄壓力機上進(jìn)行終鍛，鍛前用二硫化鉬潤滑模膛。

5.2 Nimonic80A焊接性能 合金可以進(jìn)行自動對接氬弧焊和縫焊。

5.2.1 Nimonic80A不加焊絲的自動鎢極氬弧焊（對接）規(guī)范見表5-1。

                                          表5-1^[2]

厚度/mm	焊前狀態(tài)	電流/A	電壓/V	焊速/(m/min)	墊板		氣體流量/(L/min)	背面氣體流量/(L/min)	鎢極直徑/mm	焊嘴直徑/mm
					槽寬	槽深
1.2	軟態(tài)	55	10～12	0.21	4.57	1.5	10～15	5～6	2～4	10～14

注：焊前用砂布打磨試樣并用丙酮清洗，厚度不大于1.2mm板材不加充焊絲，一次焊接成形。

5.2.2 Nimonic80A縫焊規(guī)范見表5-2。

                                          表5-1^[2]

厚度/mm	焊前狀態(tài)	滾盤寬/mm		功率級	電壓/V	脈沖格	休止格	熱量格	焊接速度/(m/min)	電極壓力/N
		上	下
1.2	軟態(tài)	5.5	6.5	3	390	15	15	5～8	0.15	8728

5.2.3 Nimonic80A焊接接頭的力學(xué)性能見表5-3。

                                          表5-3^[2]

焊接方法	接頭方式	厚度/mm	焊前狀態(tài)	焊后狀態(tài)	接頭強度		強度系數(shù)/%
					θ/℃	σb/MPa
自動氬弧焊	對接	1.2	軟態(tài)	1080℃±10℃,8h,空冷＋750℃±5℃,4h,空冷	20	1138～1236	100
縫焊	搭接	1.2	軟態(tài)		20	950～1080	85

    注：本表數(shù)據(jù)時兩批板材，每批2個試樣的拉伸試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

5.3 Nimonic80A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。對于板材、帶材的沖壓成形件，在每成形一次后需進(jìn)行中間真空退火，1060℃±10℃,10min,氬氣風(fēng)扇冷卻，零件的最終熱處理是在真空爐中進(jìn)行時效處理，750℃±10℃,4h,氬氣風(fēng)扇冷卻。對于葉片在固溶后（時效前）制造過程中產(chǎn)生的局部加工硬化應(yīng)按規(guī)定的要求進(jìn)行氬氣或氫氣保護(hù)表面退火，退火溫度1070～1090℃。

5.4 Nimonic80A表面處理工藝

    5.5 Nimonic80A切削加工與磨削性能 Nimonic80A具有良好的機加工性能，完全熱處理狀態(tài)具有好的機加工性能。

 

                                             表1-4

直徑或較小截面尺寸/mm	保溫時間/min	直徑或較小截面尺寸/mm	保溫時間/min
≤15	15～30	>15～25	30～45

 

 

 

 

                                                                                                                                                                       

 

 

 

 

 

 

 

      

               

     ●公司對公賬戶名：上海益勵金屬材料有限公司 

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