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。
1.1GH93材料牌号GH93。
1.2 GH93相近牌号Nimonic93(英国),NCK2OTA(法国）。
1.3GH93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）
1.4GH93化学成分见表1-1。表1-1%
CCrNiCoAlTiFeBMnSiPSCuPb
≤0.1318.0～21.0余量15.0～21.01.0～2.02.0～3.0≤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。
1.5GH93热处理制度1050～1080℃，8h，空冷＋710℃±10℃，16h，空冷。
1.6GH93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。
1.7GH93熔炼与铸造工艺真空感应熔炼＋真空电弧或电渣重熔工艺。
1.8GH93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
2.1GH93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]
λ/(W/(m·℃))11.4712.7714.4415.9917.5418.9720.6422.3223.9925.8327.88
2.1.3GH93比热容见表2-2。
表2-2[1]
c/(J/(kg.℃))446467494520547572600626652679706
2.1.4GH93线膨胀系数见表2-3。
表2-3[2]
θ/℃16～10016～20016～30016～40016～50016～60016～700
α/10-6℃-111.9112.9713.5214.1014.4914.9915.61
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/℃700800900
氧化速率/(g/(m2·h))0.03980.02360.1435
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/MPaσP0.2/MPaδ5/%θ/℃σ/MPat/hδ5/%
不小于不小于
锻材
815588
29430
305
7
表3-2
品种统计数σb/MPaσP0.2/MPa
ABSABS
锻材
轧材100
1001115
11401155
11851080
1080700
725740
765685
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/MPaδ5/%φ/%
轧制棒材(d20～22)1065℃±10℃,8h,空冷＋710℃±10℃,16h，空冷20
400
600
700
800
815
850
9001304
1282
1162
1033
770
715
637
48929
29
24
28
23
24
20
3441
38
36
31
24
31
29
50
表3-4[2]
θ/℃20600700800850
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℃,441MPa750℃,343MPa850℃,196MPa900℃,98MPa
光滑缺口光滑光滑缺口光滑
t/hδ5/%φ/%t/hδ5/%φ/%t/ht/hδ5/%φ/%t/ht/hδ5/%φ/%
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/MPaσ300/MPaσ1000/MPaθ/℃σ100/MPaσ300/MPaσ1000/MPaθ/℃σ100/MPaσ300/MPaσ1000/MPa
70056950040275039235328485018615793
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/hσ/MPaεt/%εtP/%θ/℃t/hσ/MPaεt/%εtP/%
650
815100
100490
1470.203
0.1540.060
0.075815
850300
100137
980.274
0.1660.178
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/MPaσ-1H/MPa
750
815107392
294275
226
3.5 GH93弹性性能
3.5.1 GH93弹性模量见表3-9。
表3-9[1]
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。
Nimonic93 镍基高温合金成分和性能镍基高温合金中应用zui为广泛，主要原因在于，一是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性；二是可以形成共格有序的 A3B型金属间化合物γ[Ni3(Al，Ti)]相作为强化相，使合金得到有效的强化，获得比铁基高温合金和钴基高温合金更高的高温强度；三是含铬的镍基合金具有比铁基高温合金更好的抗yang化和抗燃气腐蚀能力，镍基合金含有十多种元素，其中Cr主要起抗yang化和抗腐蚀作用，其他元素主要起强化作用，根据它们的强化作用方式可分为:固溶强化元素，如钨、钼、钴、铬和钒等；沉淀强化元素，如铝、钛、铌和钽；晶界强化元素，如硼、锆、镁和稀土元素等，镍基高温合金按强化方式有固溶强化型合金和沉淀强化型合金。
采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。FGH95粉末冶金高温合金，650℃拉伸强度1500MPa；1034MPa应力下持久寿命大于50小时，是当前在650℃工作条件下强度水平高的一种盘件粉末冶金高温合金。 Nimonic93粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡、 Nimonic93压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。1200℃100MPa级高温材料氧化物弥散强化(ODS)合金是采用独特的机械合金化(MA)工艺，超细的(小于50nm)在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中，而形成的一种特殊的高温合金。其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持，具有优良的高温蠕能、优越的高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能。目前已实现商业化生产的主要有三种ODS合金:MA956合金在氧化气氛下使用温度可达1350℃， Nimonic93居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之。可用于航空发动机燃烧室内衬。MA754合金在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、
Nimonic93耐中碱玻璃腐蚀。现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。MA6000合金在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa；1100℃，1000小时持久强度为127MPa，居高温合金之，可用于航空发动机叶片。
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