Nimonic93镍基变形高温合金
美国Pai号：Nimonic93
ZGPai号：GH93
法国Pai号：NCK2OTA
一、Nimonic93概述
Nimonic93是含有较高的钴和铬的沉淀硬化镍基合金，具有较高的强度和较好的组织稳定性，在815℃以下使用，综合性能良好。用于航空发动机的涡轮叶片，小型发动机涡轮盘和紧固件。该合金热加工塑性良好，可以供应板材、棒材和锻件。
1.1 Nimonic93材料Pai号 Nimonic93。
1.2 Nimonic93相近Pai号 GH93(ZG),NCK2OTA(法国）。
1.3 Nimonic93材料的技术标准
1.4 Nimonic93化学成分 见表1-1。
表1-1 %
C
|
Cr
|
Ni
|
Co
|
Al
|
Ti
|
Fe
|
B
|
Mn
|
Si
|
P
|
S
|
Cu
|
Pb
|
≤0.13
|
18.0～21.0
|
余量
|
15.0～21.0
|
1.0～2.0
|
2.0～3.0
|
≤1.00
|
≤0.02
|
≤1.00
|
≤1.00
|
≤0.015
|
≤0.015
|
≤0.20
|
≤0.0025
|
注：B按计算量加入，允许加入微量的Ce、Zr、Mg元素。
1.5 Nimonic93热处理制度 1050～1080℃，8h，空冷＋710℃±10℃，16h，空冷。
1.6 Nimonic93品种规格与供应状态 可以供应d20～22mm热轧棒材，δ0.4～4mm板材，d120mm以下锻材和锻件，板材为固溶状态交货，其它品种均为锻态和轧制状态交货。
1.7 Nimonic93熔炼与铸造工艺 真空感应熔炼＋真空电弧或电渣重熔工艺。
1.8 Nimonic93应用概况与特殊要求 该合金制造的航空发动机零部件，在英国及法国有所采用，国内用其制造自由涡轮、垫片、垫圈、锁片等。
二、Nimonic93物理及化学性能
2.1 Nimonic93热性能
2.1.1 Nimonic93熔化温度范围 1360～1390℃。
2.1.2 Nimonic93热导率 见表2-1。
表2-1[1]
θ/℃
|
20
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
600
|
700
|
800
|
900
|
1000
|
λ/(W/(m·℃))
|
11.47
|
12.77
|
14.44
|
15.99
|
17.54
|
18.97
|
20.64
|
22.32
|
23.99
|
25.83
|
27.88
|
2.1.3 Nimonic93比热容 见表2-2。
表2-2[1]
θ/℃
|
20
|
100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
600
|
700
|
800
|
900
|
1000
|
c/(J/(kg.℃))
|
446
|
467
|
494
|
520
|
547
|
572
|
600
|
626
|
652
|
679
|
706
|
2.1.4 Nimonic93线膨胀系数 见表2-3。
表2-3[2]
θ/℃
|
16～100
|
16～200
|
16～300
|
16～400
|
16～500
|
16～600
|
16～700
|
α/10-6℃-1
|
11.91
|
12.97
|
13.52
|
14.10
|
14.49
|
14.99
|
15.61
|
2.2 Nimonic93密度 ρ=8.19g/cm3。
2.3 Nimonic93电性能
2.4 Nimonic93磁性能 合金无磁性。
2.5 Nimonic93化学性能
2.5.1 Nimonic93抗氧化性能 在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-4。
2.5.2 Nimonic93耐腐蚀性能 合金具有良好的耐热腐蚀能力。
表2-4[2]
θ/℃
|
700
|
800
|
900
|
氧化速率/(g/(m2·h))
|
0.0398
|
0.0236
|
0.1435
|
注：试验方法按YB48-1964。
三、Nimonic93力学性能
3.1 Nimonic93技术标准规定的性能 见表3-1。
3.1.1 Nimonic93室温拉伸性能生产检验数据统计处理结果见表3-2。
表3-1
品种
|
拉伸性能
|
HBS
|
持久性能
|
θ/℃
|
σb/MPa
|
σP0.2/MPa
|
δ5/%
|
θ/℃
|
σ/MPa
|
t/h
|
δ5/%
|
不小于
|
不小于
|
锻材
轧材
|
20
|
1080
|
685
|
20
|
290
|
700
815
|
588
294
|
30
30
|
5
7
|
表3-2
品种
|
统计数
|
σb/MPa
|
σP0.2/MPa
|
A
|
B
|
S
|
A
|
B
|
S
|
锻材
轧材
|
100
100
|
1115
1140
|
1155
1185
|
1080
1080
|
700
725
|
740
765
|
685
685
|
注：长城钢厂三分厂数据。
四、Nimonic93组织结构
4.1 Nimonic93相变温度 γ′相开始溶解温度为950℃。
4.2 Nimonic93时间-温度-组织转变曲线
4.3 Nimonic93合金组织结构 在奥氏体基体上析出γ′相，M23C6型碳化物呈链状分布在晶界，MC型碳化物主要以颗粒状分布于晶内，未发现M7C3型碳化物。
五、Nimonic93工艺性能与要求
5.1 Nimonic93成形性能 该合金热加工塑性良好，在1050～1150℃温度范围内，允许镦粗变形量为80%而不开裂。锻造开坯加热温度1130～1150℃，终锻温度不低于950℃，轧制加热温度1150～1170℃，终轧温度不低于1000℃。
5.2 Nimonic93焊接性能 板材可采用氩弧焊联接，固溶状态焊接性尚好，焊后应消除应力并进行时效处理。
5.3 Nimonic93零件热处理工艺 涡轮盘坯料可以先经固溶处理，机加工后在氩气保护下进行时效处理，也可以用饼坯经完全热处理后进行机加工。坯料单层平放在热处理加热炉均温区缓慢升温，冷却时出炉后分散冷却。
5.4 Nimonic93表面处理工艺 涡轮盘榫槽部分可以采用电抛光或喷丸处理。
5.5 Nimonic93切削加工与磨削性能 该合金在固溶状态切削性能优于时效状态。
