。该合金是由国际镍公司(Inco)旗下著名的维金斯合金公司(Wiggin Alloys)开发的,属于镍基沉淀硬化型变形高温合金。
以下是其详细的文字参数介绍:
Nimonic 90 是一种通过添加钴、铬、钛和铝进行强化的镍基合金。其名义化学成分范围如下:
镍 (Ni): 余量 (约 54% 最小值)
铬 (Cr): 18.0 - 21.0
作用: 提供优异的抗氧化和耐腐蚀性能。
钴 (Co): 15.0 - 21.0
作用: 提高基体的固溶强度和蠕变抗力,降低基体层错能。
钛 (Ti): 2.0 - 3.0
铝 (Al): 1.0 - 2.0
作用: 钛和铝是主要的沉淀强化元素,在时效处理时形成共格的伽马撇相(γ’,Ni3(Al, Ti)),这是合金获得高温强度的关键。
碳 (C): 最大 0.13
铁 (Fe): 最大 1.5
硅 (Si): 最大 0.8
锰 (Mn): 最大 0.4
硫 (S): 最大 0.015
铜 (Cu): 最大 0.2
该合金在室温和高温下均表现出稳定的物理特性:
密度: 8.18 g/cm³ (0.295 lb/in³)
说明: 属于典型的镍基高温合金密度,比铁基合金略重。
熔点范围: 1310°C - 1370°C (2400°F - 2500°F)
居里点: 约为 -113°C (磁性转变点,在此温度以上表现为顺磁性)
比热容 (20°C): 435 J/kg°C
热导率:
20°C: 11.5 W/m°C
900°C: 24.5 W/m°C
说明: 随着温度升高,热导率显著增加。
热膨胀系数 (20°C-1000°C区间平均值): 约 17.0 x 10⁻⁶ /°C
Nimonic 90 的突出特点是其在高达约 920°C 的温度下仍具有极高的抗拉强度、持久强度和蠕变强度。
热处理状态: 通常采用“固溶处理 + 中间时效 + 最终时效”的三段热处理工艺(例如:1080°C固溶,空冷;然后 925°C 时效,空冷;最后 700°C 时效,空冷)以获得最佳的沉淀强化效果。
典型室温拉伸性能 (退火+时效态):
抗拉强度: 1200 - 1400 MPa
屈服强度 (0.2%): 750 - 950 MPa
延伸率: 15% - 25%
高温性能:
在 750°C 下,抗拉强度仍可保持在 900 MPa 以上。
具有优异的抗松弛性能,适合制作工作在高温下的弹簧件和紧固件。
热加工:
锻造温度范围: 1050°C - 1150°C。
注意: 该合金在高温下变形抗力较大,需要足够的设备功率。加热时应避免含硫气氛,以防晶间脆化。
冷加工: 可以进行冷拉和冷轧,但由于其强度高,通常需要中间退火处理。
热处理:
固溶处理: 通常在 1050°C - 1100°C 进行,取决于后续加工要求。
时效处理: 典型的双时效工艺(例如 8小时/925°C 空冷 + 16小时/700°C 空冷)用于析出细小均匀的强化相。
焊接性:
评价: 焊接性一般至良好。
方法: 可采用氩弧焊、电阻焊、电子束焊等方法。推荐使用匹配的焊材(如 Nimonic 90 焊丝),并在焊前进行固溶处理、焊后进行时效处理,以恢复性能。
由于其综合性能优异,Nimonic 90 广泛应用于航空航天和工业燃气轮机的高温部件:
航空航天: 涡轮叶片、涡轮盘、高温紧固件(螺栓)、导向叶片、弹簧等。
汽车工业: 高性能赛车、柴油发动机的涡轮增压器转子。
能源与化工: 高温热作模具、挤压模、核反应堆部件。
总结:
Nimonic 90 是一种典型的 γ‘ 相沉淀强化镍基高温合金,通过高铬含量保证抗氧化性,通过钴、钛、铝的复合添加获得优异的高温强度。它是 800°C - 900°C 温度区间内最常用的结构材料之一。