Nimonic93
目 录
概述--------------------------------------------------------------- 3
----------1.1、材料牌号
----------1.2、相近牌号
----------1.3、材料的技术标准
----------1.4、化学成分
----------1.5、热处理制度
----------1.6、品种规格与供应状态
----------1.7、熔炼与铸造工艺
----------1.8、应用概况与特殊要求
特理及化学性能------------------------------------------------3
----------2.1、热性能
----------2.2、密度
----------2.3、电性能
----------2.4、磁性能
----------2.5、化学性能
力学性能---------------------------------------------------------4
----------3.1、技术标准规定的性能
----------3.2、室温下及各种温度下的力学性能
----------3.3、持久和蠕变性能
----------3.4、疲劳性能
----------3.5、弹性性能
组织机构---------------------------------------------------------5
----------4.1、相应温度
----------4.2、合金组织机构
----------4.3、时间-温度-组织转变曲线
工艺性能与要求------------------------------------------------5
----------5.1、成形性能
----------5.2、焊接性能
----------5.3、零件热处理工艺
----------5.4、表面处理工艺
----------5.5、切削加工与磨削性能
GH93概述
GH93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 GH93材料牌号 GH93。
1.2 GH93相近牌号 Nimonic93(英国),NCK2OTA(法国)。
1.3 GH93材料的技术标准
C3S 163-1985《GH93合金热轧和锻制棒材》(长城钢厂三分厂)
C3S 164-1985《GH93合金冷轧薄板》(长城钢厂三分厂)
1.4 GH93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 GH93热处理制度 1050~1080℃,8h,空冷+710℃±10℃,16h,空冷。
1.6 GH93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 GH93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 GH93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、GH93物理及化学性能
2.1 GH93热性能
2.1.1 GH93熔化温度范围 1360~1390℃。
2.1.2 GH93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 GH93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 GH93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 GH93密度 ρ=8.19g/cm3。
2.3 GH93电性能
2.4 GH93磁性能 合金无磁性。
2.5 GH93化学性能
2.5.1 GH93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 GH93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。
GH93力学性能
3.1 GH93技术标准规定的性能 见表3-1。
3.1.1 GH93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。
3.2 GH93室温及各种温度下的力学性能
3.2.1 GH93拉伸性能 见表3-3。
3.2.2 GH93冲击性能
3.2.2.1 GH93d22mm棒材在标准热处理状态的冲击性能见表3-4。
表3-3[2]
品种规格/mm |
状态 |
θ/℃ |
σb/MPa |
δ5/% |
φ/% |
轧制棒材(d20~22) |
1065℃±10℃,8h,空冷+710℃±10℃,16h,空冷 |
20 400 600 700 800 815 850 900 |
1304 1282 1162 1033 770 715 637 489 |
29 29 24 28 23 24 20 34 |
41 38 36 31 24 31 29 50 |
表3-4[2]
θ/℃ |
20 |
600 |
700 |
800 |
850 |
aKU/(kJ/m2) |
917 |
1000 |
833 |
951 |
1039 |
3.2.2.1 GH93锻材纵向冲击韧度aKU=980kJ/m2
左右,横向冲击韧性aKU≈441~539kJ/m2。
3.3 GH93持久和蠕变性能
3.3.1 GH93高温持久性能
3.3.1.1 GH93该合金的热强参数综合曲线见图3-1。
3.3.1.2 GH93锻材和轧材在标准热处理状态不同温度的持久性能见表3-5。
表3-5[2]
品种 |
700℃,441MPa |
750℃,343MPa |
850℃,196MPa |
900℃,98MPa |
||||||||||
光滑 |
缺口 |
光滑 |
光滑 |
缺口 |
光滑 |
|||||||||
t/h |
δ5/% |
φ/% |
t/h |
δ5/% |
φ/% |
t/h |
t/h |
δ5/% |
φ/% |
t/h |
t/h |
δ5/% |
φ/% |
|
锻材 |
- |
- |
- |
- |
471 |
8 |
13 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
轧材 |
461 |
8 |
13 |
537 |
267 |
11 |
17 |
93 |
27 |
29 |
356 |
169 |
37 |
47 |
3.3.1.3 GH93锻材纵向和横向试样的持久强度相近,但横向试样的持久塑性低于纵向试样。锻材在650℃和750℃均无缺口敏感性。
3.3.1.4 GH93棒材在标准热处理状态的持久强度见表3-6。
表3-6[2]
θ/℃ |
σ100/MPa |
σ300/MPa |
σ1000/MPa |
θ/℃ |
σ100/MPa |
σ300/MPa |
σ1000/MPa |
θ/℃ |
σ100/MPa |
σ300/MPa |
σ1000/MPa |
700 |
569 |
500 |
402 |
750 |
392 |
353 |
284 |
850 |
186 |
157 |
93 |
注:根据热强参数综合曲线和试验值确定。
3.3.2 GH93高温蠕变性能
3.3.2.1 GH93棒材在标准热处理状态的蠕变性能见表3-7。
表3-7[2,3]
θ/℃ |
t/h |
σ/MPa |
εt/% |
εtP/% |
θ/℃ |
t/h |
σ/MPa |
εt/% |
εtP/% |
650 815 |
100 100 |
490 147 |
0.203 0.154 |
0.060 0.075 |
815 850 |
300 100 |
137 98 |
0.274 0.166 |
0.178 0.102 |
3.3.2.2 GH93标准热处理状态的盘锻件在650℃的蠕变曲线见图3-2。
3.4 GH93疲劳性能
3.4.1 GH93高周疲劳 标准热处理状态的旋转弯曲疲劳强度见表3-8。
表3-8[1~3]
θ/℃ |
N/周 |
σ-1/MPa |
σ-1H/MPa |
750 815 |
107 |
392 294 |
275 226 |
3.5 GH93弹性性能
3.5.1 GH93弹性模量 见表3-9。
表3-9[1]
θ/℃ |
10 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
ED/GPa |
226 |
222 |
217 |
210 |
203 |
199 |
190 |
183 |
四、GH93组织结构
4.1 GH93相变温度 γ′相开始溶解温度为950℃。
4.2 GH93时间-温度-组织转变曲线
4.3 GH93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、GH93工艺性能与要求
5.1 GH93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 GH93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 GH93零件热处理工艺 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 GH93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 GH93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。
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