GH90圆棒的特性与应用

GH9040年代，铁基高温合金也了发展，50年代出现A-286和Incoloy901等牌号，但因高温性较差，从60年代以来发展较慢，苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金，后来生产“ЭП”系列变形高温合金和ЖС系列铸造高温合金，70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡，研制出单晶叶片等高温合金部件，以适应发动机涡轮进口温度不断的需要。

Nimonic90
目??录
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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------------------------------------------------4
----------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---------------------------------------------------------6
----------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------------------------------------------------6
----------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
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GH90概述
????GH90为时效强化型镍基变形高温合金，含有较高量的钴及多种强化元素。该合金在815～870℃有较高的抗拉强度和抗蠕变能力、良好的抗yang化性和耐腐蚀性、在冷热反复交替作用下有较高的疲劳强度以及良好的成形性和焊接性。主要供应热轧和冷拉棒材、冷轧板材、带材及冷拉丝材。用于涡轮发动机涡lun盘、叶片、高温紧固件、卡箍、密封圈及弹性元件等。
????1.1?GH90材料牌号?GH90。
????1.2 GH90相近牌号?Nimonic90(英国)。
????1.3?GH90材料的技术标准
????WS9 7014-1996《GH90合金弹簧用冷拉丝材》
????WS9 7015.1-1996《GH90合金冷拉和固溶处理的弹簧丝材》
????WS9 7015.2-1996《GH90合金冷拉和固溶处理的弹簧扁丝》
????WS9 7016-1996《GH90合金冷拉棒材》
????WS9 7086-1996《GH90合金冷轧薄板和带材（硬态）》
????WS9 7087-1996《GH90合金冷轧薄板和带材（软态）》
1.4?GH90化学成分??见表1-1。???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????表1-1?????????????????????????????????????%
C Cr Ni Co Al Ti Mn Si
      不大于
≤0.13 18.0～21.0 余量 15.0～21.0 1.0～2.0 2.0～3.0 0.4 0.8
P S Ag Pb Bi B Cu Fe Zr
不大于
0.020 0.015 0.0005 0.0020 0.0001 0.020 0.2 1.5 0.15
????注：丝材规定ω(pb)≤0.0010%。
1.5?GH90热处理制度
1.5.1 GH90冷拉棒材：1080℃±10℃,保温时间见表1-2，空冷或水冷+750℃±10℃,4h,空冷。
表1-2
直径或较小截面尺寸/mm ≤3 >3～6 >6～12.5 >12.5～25
t/h 1 2 4 8
1.5.2 GH90薄板和带材（软态）：软化处理1100～1150℃，1～10min，适当介质中冷却＋750℃±10℃,4h,空冷。
1.5.3 GH90薄板和带材（硬态）：700～725℃,4h,空冷。
1.5.4 GH90弹簧用冷拉丝材：600℃±10℃，16h，空冷或650℃±10℃，4h，空冷。
1.5.5 GH90冷拉和固溶处理的弹簧丝材：1080℃±10℃,8h,空冷＋700～750℃，4h，空冷。
????1.6?GH90品种规格与供应状态?供应直径或内切圆直径不大于25mm的冷拉棒材或冷拉六角棒材；厚度不大于4mm的冷轧薄板和厚度不大于0.8mm的冷轧带材；直径不大于8mm的弹簧用冷拉丝材。冷拉棒材的供应状态按用途分为：镦锻用棒以冷拉磨光状态交货（当需方需求以固溶状态交货时，应在合同中注明）；机加工用棒材经固溶并除氧化皮状态交货。冷轧薄板和带材（软态）经软化处理、碱酸洗、切边后交货；冷轧薄板和带材（硬态）以冷轧、切边后交货。弹簧用丝材以冷拉状态或冷拉后固溶处理状态交货。
1.7?GH90熔炼与铸造工艺?合金采用下列四种工艺之一进行熔炼：(1)感应熔炼加电渣重熔；(2)真空感应熔炼加电渣重熔；(3)真空感应熔炼加真空电弧重熔；(4)真空感应熔炼。
1.8?GH90应用概况与特殊要求?该合金在发动机上用作高温弹簧元件、高温紧固件、燃烧室
卡圈、止动销等零部件。在国外还用作涡轮工作叶片、涡lun盘等零部件。
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二、GH90物理及化学性能????
????2.1?GH90热性能????????????????????????????????????????表2-1[1]
θ/℃ 600 700 800
λ/(W/(m·℃)) 21.76 23.93 25.57
????2.1.1 GH90熔化温度范围??熔点1400℃[1]。
2.1.2 GH90热导率??见表2-1。
????2.1.3?GH90线膨胀系数?见表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电性能
2.4 GH90磁性能?合金无磁性。
????2.5 GH90化学性能?合金在1040℃以下具有良好的抗yang化性和耐腐蚀性能；在1040℃以上时易产生晶间氧化。
GH90力学性能
3.1 GH90技术标准规定的性能
3.1.1 GH90冷拉棒材技术标准规定的性能见表3-1。
表3-1
技术标准 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：固溶状态供应的棒材，力学性能试样只进行时效处理。
3.1.2 GH90冷轧薄板和带材（软态）技术标准规定的性能见表3-2。
表3-2
技术标准 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 室温 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：持久试验的试样热处理制度：供应状态＋1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±10℃,16h,空冷。
3.1.3 GH90冷轧薄板和带材（硬态）技术标准规定的性能见表3-3。
表3-3
技术标准 θ/℃ 拉伸性能
  σb/MPa σP0.2/MPa
WS9 7086-1996 室温 1390～1620 ≥1030
3.1.4 GH90弹簧用丝材技术标准规定的性能见表3-4。
表3-4
技术标准 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 室温 ≤1.0 1540 - - - -
  >1.0～5.0 1390 1160 -  
  >5.0～8.0 1310 1000 10  
?
续表3-4
?
技术标准 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 870 坯料 - - - 140 ≥30
WS9 7015.1-1996 室温 >0.44～0.99 1080 - 15 - -
  >0.99～8.0 1080 - 15 - -
 870 坯料 - - - 140 ≥30
注：进行持久试验的坯料热处理制度：1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±10℃,16h,空冷。
3.1.5 GH90生产检验数据
3.1.5.1 GH90冷拉棒材650℃拉伸性能的统计处理结果见表3-5。
表3-5
技术标准 冶炼工艺 650℃拉伸性能
  σb/MPa σP0.2/MPa δ50mm/%
  
WS9 7016-1996 真空感应加电渣 975 670 24
3.1.5.2 GH90弹簧用丝材室温拉伸性能的统计处理结果见表3-6。
表3-6
技术标准 冶炼工艺 丝材直径/mm 室温拉伸性能
   σb/MPa σP0.2/MPa δ50mm/%
   
WS9 7014-1996 真空感应熔炼 ≤1.0 1800 - -
  >1.0～5.0 1515 1260 -
WS9 7015.1-1996  >0.99～8.0 1180 690 27
????3.2 GH90室温及各种温度下的力学性能
3.2.1 GH90拉伸性能
3.2.1.1 GH90冷拉棒材经标准热处理后，在各种温度下的拉伸性能平均值见表3-7。
表3-7[2]
冶炼工艺 θ/℃ σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% φ/% 冶炼工艺 θ/℃ σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% φ/%
真空感应熔炼加电渣重熔 20 1195 770 31.6 41.4 真空感应熔炼加电渣重熔 800 665 590 19.2 27.5
 700 925 685 16.2 20.5  850 560 520 24.3 42.1
 750 835 665 18.4 24.1  900 380 375 31.6 57.9
????3.2.2 GH90冲击性能?????????????????????????????????????表3-8[2]
冶炼工艺 真空感应熔炼加电渣重熔
θ/℃ 20 650 700 750 800 850 900
冲击值AK/J 90 103 93 91 95 88 96
3.2.2.1 GH90冷拉棒材经标准热处理后，在各种温度下的冲击性能平均值见表3-8。
????3.3 GH90持久和蠕变性能
3.3.1 GH90高温持久性能
????3.3.1.1 GH90棒材经标准热处理后，在各种温度下的持久强度见表3-9；光滑和缺口持久性能见表3-10。
表3-9[1]
θ/℃ 700 750 800 850 900 950 1000 θ/℃ 700 750 800 850 900 950 1000
σ100/MPa 425 293 216 147 88 46 26 σ300/MPa 386 275 204 124 71 40 19
表3-10[2]
冶炼工艺 θ/℃ σ/MPa 光滑持久 缺口持久
   t/h δ/% φ/% t/h
    
真空感应熔炼加电渣重熔 700 420 1425 12.3 15.8 5150
 800 215 513 17 28 2098
?
续表3-10[2]
冶炼工艺 θ/℃ σ/MPa 光滑持久 缺口持久
   t/h δ/% φ/% t/h
    
真空感应熔炼加电渣重熔 870 105 419 30.6 37 1500
????3.3.2 GH90高温蠕变性能
3.3.2.1 GH90棒材经标准热处理后，在各种温度下的蠕变强度见表3-11；蠕变性能见表3-12。
表3-11[1]
θ/℃ σ0.1/100 σ0.2/100 σ0.5/100 σ1/100 σ0.1/300 σ0.2/300 σ0.5/300 σ1/300
 MPa
700 378 402 414 420 340 363 374 380
750 252 273 281 289 247 258 263 270
800 193 204 208 212 170 181 190 201
850 - - - 142 - - - -
900 - - - 66 - - - -
950 - - - 31 - - - -
表3-12[2]
冶炼工艺 θ/℃ t/h σ/MPa εt εP
    
真空感应熔炼加电渣重熔 700 100 392 0.3629 0.1673
 800 100 196 0.2650 0.1328
θ/℃ 20 700 800 850 900
σ-1(107)/MPa 432 463 340 286 201
σ-1(108)/MPa - - - - 153
????3.4 GH90疲劳性能????????????????????????????????????????表3-13[1]
3.4.1 GH90高周疲劳
3.4.1.1 GH90棒材经标准热处理后不同温度下的弯曲疲劳强度见表3-13。
3.4.1.2 GH90棒材经标准热处理后不同温 ??????????????????表3-14[1]
θ/℃ 20 750
σ-1(107)/MPa 331 290
σ-1(108)/MPa 289 250
度下的拉压疲劳强度见表3-14。
????3.5 GH90弹性性能
3.5.1 GH90弹性模量?见表3-15。
表3-15[2]
θ/℃ 20 100 200 300 400 500 600 700 800
E/GPa 225 219 213 207 199 192 184 175 168
四、GH90组织结构
4.1 GH90相变温度?
4.2 GH90时间-温度-组织转变曲线
4.3 GH90合金组织结构?合金的主要强化相是γ′-Ni3(Al、Ti)，在晶内以大小不同的方形颗粒状析出，在晶界上也可见到这种形状的γ′相。碳化物在晶界上呈不连续的链状析出[2]。
五、GH90工艺性能与要求
5.1 GH90成形性能?合金在锻造时易产生内裂，不允许重锤打击，不允许低温倒棱。钢锭装炉温度不高于700℃，终加热温度1150℃±10℃，开锻温度不低于1060℃，终锻温度不低于950℃。轧制加热温度1160℃，终轧温度不低于950℃。冷拔材在终中间退火后应进行8%～12%的冷变形。
5.2 GH90焊接性能 合金在固溶状态可进行惰性气体保护钨极电弧焊及闪光对焊。
5.3 GH90零件热处理工艺?零件的热处理工艺按相应的材料技术标准的热处理制度进行。
5.4 GH90表面处理工艺
?
5.5 GH90切削加工与磨削性能?GH90在固溶处理状态有良好的机械加工性能，在时效处理后使用坚硬刀具按规定进刀量慢速加工。

GH90什么是时效硬化？时效硬化是一种热处理工艺，用于诱导具有可塑性的金属合金的强度，该过程的名称来自处理中的一个步骤，其中金属在一段稳定的温度下保持很长一段时间，时效硬化也称为沉淀硬化，因为该方法的目的是在合金基质内产生精细分散但致密的沉淀颗粒分布，然后，这些沉淀颗粒抵抗晶体结构的位错，这为合金提供了强度，时效硬化是在镍，镁，钛和低碳钢的合金上进行的。

生产工艺：冶炼方面：为了获得更纯净化的钢水，减低气体含量与有害元素含量；同时由于部分合金中有易yang化元素如Al，Ti等存在，非真空方式冶炼难以控制；更是为了获得更好的热塑性，镍基耐热合金，通常采用真空感应炉熔炼，甚至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔方式进行生产。GH90变形方面：采用锻造、轧制工艺，对于热塑性差的合金甚至采用挤压开坯后轧制或用软钢(或不锈钢)包套直接挤压工艺。GH90变形的目的是为了破碎铸造组织，优化微观组织结构。GH90铸造方面：通常用真空感应炉熔炼母合金保证成分与控制气体与杂质含量，并用真空重熔-精密铸造法制成零件。GH90热处理方面：变形合金和部分铸造合金需进行热处理，包括固溶处理、中间处理和时效处理，以Udmet500合金为例，它的热处理制度分为四段：固溶处理，1175℃，2小时，空冷；中间处理，1080℃，4小时，空冷；一次时效处理，843℃，24小时，空冷；二次时效处理，760℃，16小时，空冷。GH90以获得所要求的组织状态和良好的综合性能。GH90