高溫合金GH/NS
交期：30天
描述：GH4090是Ni-Cr-CO基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度高達920°C。合金在815°C?870°C具有 較高的抗拉強度和抗蠕變能力、良好的抗氧化和耐腐蝕性能，在冷熱反復交替作用下有較高的疲勞強度。 合金具有良好的加工和焊接性能。適合制作航空渦輪發動機渦輪盤、葉片、高溫緊固件、卡箍、密封圈及彈 性元件等。主要產品有熱軋棒材、冷拉棒材、冷軋板材、帶材和冷拉絲材。
規格：板，棒，帶，線，管，可定制
GH4090高溫合金
1合金介紹
1.1概述
GH4090是Ni-Cr-CO基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度高達920°C。合金在815°C?870°C具有 較高的抗拉強度和抗蠕變能力、良好的抗氧化和耐腐蝕性能，在冷熱反復交替作用下有較高的疲勞強度。 合金具有良好的加工和焊接性能。適合制作航空渦輪發動機渦輪盤、葉片、高溫緊固件、卡箍、密封圈及彈 性元件等。主要產品有熱軋棒材、冷拉棒材、冷軋板材、帶材和冷拉絲材。
1. 2 應用概況及特性
合金已用于制作航空發動機高溫彈簧元件、高溫緊固件、燃燒室卡圈和止動銷等零部件。相近牌號在 國外還用于制作航空發動機渦輪工作葉片、渦輪盤等零部件。
合金在1040°C以下具有良好的抗氧化和耐腐蝕性能，在1040°C以上時易產生晶間氧化。
1.3材料牌號
GH4090(GH90)。
1.4 相近牌號
Nimonic90(英)。
1.5材料技術標準
GB/T 14992高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號
GB/T 14994 高溫合金冷拉棒材
HB/Z 140航空用高溫合金熱處理工藝
WS9-7014 GH90(N90)合金彈簧用冷拉絲材
WS9-7015. 1 GH90(N90)合金冷拉和固溶處理的彈簧絲材
WS9-7015. 2 GH90(N90)合金冷拉和固溶處理的彈簧扁絲
WS9-7016 GH90(N90)合金冷拉棒材
WS9-7086 GH90CN90)合金冷軋薄板和帶材(硬態)
WS9-7087 GH90CN90)合金冷軋薄板和帶材(軟態)
1. 6 熔煉工藝
釆用非真空感應爐+電渣重熔、或真空感應爐+電渣重熔、或真空感應爐+真空自耗重熔、或真空感 應爐+真空電弧重熔熔煉工藝。
1.7 化學成分
摘自 GB/T 14992、雜質元素分析有區別的摘自 GB/T 14994、WS9-7014、WS9-7015. l、WS9-7015. 2、 WS9-7016.WS9-7086 和 WS9-7087,見表 1-1。
元素 | C | Cr | Ni | Co | Al | Ti | Fe | Zr | B |
質量分數/% | ≤0. 13 | 18. 00 ?21. 00 | 余 | 15. 00 ?21. 00 | 1.00?2. 00 | 2.00 — 3.00 | ≤1.50 | ≤0. 150 | ≤0. 020 |
元素 | Si | Mn | s | P | Cu | Ag① | Pb① | Bi① | — |
質量分數/% | ≤0. 80 | ≤0.40 | ≤0.015 | ≤0. 020 | ≤0. 200 | ≤0. 0005 | ≤0. 0020 | ≤0. 0001 | — |
① GB/T 14994、WS9-7014、WS9-70L5. 1、WS9-7015. 2、WS9-7016、WS9-7086 和 WS9-7087 規定檢驗的雜質元素。其 中:WS9-7014 規定 ω(Pb)≤0. 0010% ； WS9-7015. 1 和 WS9-7015. 2 規定只分析:ω(Pb)≤0. 0010%o | |||||||||
1.8 熱處理制度
摘自 HB/Z 140, GB/T 14994, WS9-7014, WS9-7015. 1, WS9-7015. 2、WS9-7O16、WS9-7086 和 WS9-7087,各品種的標準熱處理制度見表1-2。
表1-2
品種 | 標準熱處理 |
冷拉棒 | 1080°C±10°C/AC 或 WQ + 750°C±10°C*4h/AC,其中固溶保溫時間：d(3mm,lh； 3mmVc/W6mm,2h；6mm<dW12. 5mm,4h；d<12. 5mm,8h |
冷軋板材和帶材 | 制度 I，軟態：(1100-1150)°C*(1-10) min/適當冷卻 + 750°C 土 10°C*4h/AC, 2280HV； 制度 U .硬態：(700?725)°C*4h/AC |
彈簧用冷拉絲 | 制度 I ：600°C±10°C*16h/AC； 制度Ⅱ ：650°C ± 10°C *4h/AC |
冷拉和固溶的彈簧絲材和扁絲 | 1080°C ±10°C *8h/AC+(700?725)°C *4h/AC |
棒材 | 1080°C ±10°C *8h/AC+700°C*16h/AC |
板材 | 1150°C *3min/適當冷卻 + 925°C*lh/AC+750*C 土 10°C *4h/AC |
1. 9 品種規格與供應狀態
摘自 GB/T 14994、WS9-7014、WS9-7015. 1、WS9-7015. 2、WS9-7016、WS9-7086 和 WS9-7087。
1.9. 1主要規格
冷拉棒包括d8mm?45mm圓形棒材，公稱邊長a8mm?30mm方形棒材；內切圓公稱a8mm~36mm 六角形棒材；d0. 05mm~8mm冷拉絲；1. 65mm*0. 5mm扁絲；δ≤4mm冷軋薄板δ≤0. 8mm帶材。
1.9.2供應狀態
棒材在最終一次中間退火后的冷拉變形量應為8%?12%,鍛鍛用冷拉棒材以冷拉+磨光、或經固溶處理后供應。機加工用冷拉棒材經固溶處理+除氧化皮后供應；彈簧用冷拉絲材以冷拉狀態供應。冷拉 和固溶處理的彈簧絲材以冷拉、或冷拉+1080°C固溶處理后供應；軟態冷軋薄板和帶材經軟化處理+堿酸洗或光亮熱處理+切邊+平整或矯直后供應，要求硬度≤250HV。硬態冷軋薄板和帶材在最后一次中間 退火后的冷軋變形量應為20%?35%,以冷軋+切邊+平整或矯直后供應。
θ/°C | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
λ/[W/(m? °C)] | 11. 47 | 12. 77 | 14. 44 | 15. 99 | 17. 54 | 18. 97 |
θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | — |
λ/[W/(m? °C)] | 20. 64 | 22. 32 | 23. 99 | 25. 83 | 27. 88 | — |
θ/°C | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
c/[J/(kg ? °C)] | 446 | 467 | 494 | 520 | 547 | 572 |
θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | — |
c/[J/(kg? °C)] | 600 | 626 | 652 | 679 | 706 | — |
2物理、彈性和化學性能
2. 1 熔化溫度范圍 1310°C~1370°。
2.2相變點
2.3熱導率（表2-1）
2.4電阻率
2.5熱擴散率
2.6 比熱容（表2-2）
2.7 線膨脹系數（表2-3）
2.8密度：8.18
2. 9 磁性能
合金無磁性。
2. 10 彈性性能（表2-4）
2. 11 化學性能
2. 11. 1抗氧化性能
2.11.1.1合金在空氣介質中，不同溫度試驗100h 的氧化失重值見表2-5。
2. 11. 1. 2 合金在1040°C以下具有良好的抗氧化 性能，在1040°C以上時易產生晶間氧化。
2. 11.2 耐腐蝕性能
2.11.2.1合金在不同含SO2量氣氛中，不同溫度1000h的腐蝕失重見表2-6。
2. 11. 2. 2 合金在1040°C以下具有良好的耐腐蝕 性能。
表2-5⑴
3力學性能
3. 1 供貨技術標準
3.1.1技術標準規定的性能（表3-1）
表3-1
標準號 | 品種與規格/mm | θ/°C | 拉伸性能 | 硬度 HV | 持久性能 | |||||
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | σ/MPa | τ/h | |||||
GB/T 14994 WS9-7016 | 冷拉棒- | — | 650 | ≥820 | ≥590 | ≥8 | — | 一 | — | — |
— | 870 | — | — | — | — | 一 | 140 | ≥30 | ||
WS9-7014 | 彈簧用 冷拉絲 | ≤1.0 | 20 | ≥1540 | — | — | — | — | 一 | 一 |
>1.0 ?5.0 | 20 | ≥1390 | ≥1160 | — | — | — | — | 一 | ||
>5.0 ?8.0 | 20 | ≥1310 | ≥1000 | ≥10 | — | — | 一 | — | ||
坯料 | 870 | — | — | — | — | 一 | 140 | ≥30 | ||
WS9-7015. 1 | 彈簧用 絲材③ | >0. 44 — 0. 99 | 20 | ≥1080 | 一 | ≥15 | 一 | 一 | 一 | 一 |
>0.99 — 8.0 | 20 | ≥1080 | ≥620 | ≥15 | 一 | — | — | — | ||
坯料 | 870 | — | — | — | 一 | — | 140 | ≥30 | ||
WS9-7015. 2 | 彈簧用 扁絲④ | 1. 65*0. 5 | 20 | ≥1080 | ≥620 | ≥5 | 一 | — | — | 一 |
坯料 | 870 | — | — | 一 | — | — | 140 | ≥30 | ||
續表3-1
標準號 | 品種與規格/mm | θ/°C | 拉伸性能 | 硬度 HV | 持久性能 | |||||
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | σ/MPa | τ/h | |||||
WS9-7087 | 軟態冷軋板 和帶材⑤ | 0. 25—0. 35 | 20 | ≥1080 | ≥695 | ≥15 | 一 | ≥280 | — | — |
>0.35 ?0.45 | 20 | ≥20 | 一 | — | — | |||||
>0. 45 | 20 | ≥25 | 一 | — | — | |||||
所有規格 | 870 | — | 一 | 一 | 一 | — | 140 | ≥30 | ||
WS9-7086 | 硬態冷軋板 和帶材⑥ | 一 | 20 | 1390 ?1620 | ≥1030 | 實測 | 一 | — | 一 | — |
試樣經 1080*2 ±10°C/AC 或 WQ+750°C±10°C *4h/AC 處理。 拉伸試樣經 600C ± 10°C*16h/AC 處理；持久試樣經 10800 ± 10°C*8h/AC+700°C ± 10°C*16h/AC 處理。 ③④ 試樣經 1080°C±10°C *8h/AC+(700?725)°C *4h/AC 處理。 拉伸試樣經 750oC±10°C*4h/AC 處理，持久試樣經 1080°C±10°C*(2?4)h/AC+700°C±10°C*16h/AC 處理。 試樣經(700?725)°C*4h/AC處理。 | ||||||||||
3.1.2 生產檢驗數據、基值和設計許用值（表3-2）
對應標準號 | 冶煉工藝 | 品種與規格/mm | 室溫拉伸性能 | 650°C拉伸性能 | |||||
σb/MPa | σp0.2 | δ50mm / % | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ||||
* | |||||||||
WS9-7016 | 真空感應爐+電渣 | 冷拉棒① | — | — | — | — | ≥975 | ≥670 | ≥24 |
WS9-7014 | 真空感應爐 | 彈簧用 冷拉絲 | ≤1.0 | 1800 | — | 一 | 一 | 一 | — |
>1.0 ?5.0 | 1515 | 1260 | — | — | — | 一 | |||
WS9-7015. 1 | 彈簧用絲材12 | >0. 99?8.0 | 1180 | 690 | 27 | — | — | — | |
試樣經 1080°C±10°C/AC 或 WQ+750°C ± 10°C*4h/AC 處理。 試樣經600°C±10°C*16h/AC處理。 試樣經 1080°C ± 10°C*8h/AC+(700?725)°C*4h/AC 處理。 | |||||||||
表3-2
3.2 短時力學性能
3.2.1 硬度
3. 2.2沖擊性能
冷拉棒不同溫度的沖擊功見表3-3。
3.2.3壓縮性能
3.2.4扭轉性能
3. 2.5 剪切性能
3.2.6拉伸性能
3.2.6.1冷拉棒不同溫度的拉伸性能見表3-4。
3. 2. 6. 2冷軋板不同溫度的拉伸性能見表3-5。
3.3 持久和蠕變性能
3.3.1持久性能
3.3. 1. 1 棒材不同溫度、100h和300h的持久極限 見表3-6。
3.3. 1.2冷拉棒不同溫度光滑和缺口持久性能見 表 3-7。
表 3-3
取樣 | θ/°C | Ak/J |
冷拉棒 真空感應爐 +電渣重熔 標準熱處理 | 20 | 90 |
650 | 103 | |
700 | 93 | |
750 | 91 | |
800 | 95 | |
850 | 88 | |
900 | 96 |
表3-4
取樣 | θ/°C | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
冷拉棒 真空感應爐+電渣重熔標準熱處理 | 20 | 1195 | 770 | 31. 6 | 41. 4 |
700 | 925 | 685 | 16. 2 | 20. 5 | |
750 | 835 | 665 | 18. 4 | 24. 1 | |
800 | 665 | 590 | 19.2 | 27. 6 | |
850 | 560 | 520 | 24. 3 | 42. 1 | |
900 | 380 | 375 | 31. 6 | 57. 9 |
3. 3. 1. 3 冷軋板不同溫度的持久極限見表3-8。
表 3-5
取樣 | θ/°C | σb/MPa | σp0.1 | σp0. 2 / MPa | δ5/% | 取樣 | θ/°C | σb/MPa | σp0.1 | σp0. 2 / MPa | δ5/% |
冷軋板 | 20 | 1180 | 808 | 831 | 23 | 冷軋板 | 600 | 961 | 701 | 729 | 23 |
100 | 1138 | 764 | 791 | 24 | 700 | 848 | 680 | 703 | 8 | ||
200 | 1104 | 754 | 780 | 26 | 800 | 669 | 505 | 548 | 6 | ||
300 | 1072 | 741 | 754 | 27 | 900 | 346 | 272 | 289 | 16 | ||
400 | 1038 | 734 | 754 | 28 | 1000 | 83 | 57 | 62 | 66 | ||
500 | 995 | 717 | 740 | 30 | 一 | 一 | 一 | 一 | — | ||
注：試樣經 1150°C*(2?3)min+1040°C*20min/AC+750°C*4h/AC 處理。 | |||||||||||
表3-6
取樣 | θ/°C | στh/MPa | 取樣 | θ/°C | στh/MPa | ||
σl 00 | σ300 | σl 00 | σ300 | ||||
棒材 標準熱處理 | 700 | 425 | 386 | 棒材 標準熱處理 | 900 | 88 | 71 |
750 | 293 | 275 | 950 | 46 | 40 | ||
800 | 216 | 204 | 1000 | 26 | 19 | ||
850 | 147 | 124 | 一 | 一 | 一 | ||
表3-7
表3-7 | 表3-8 | |||||||||||||||
取樣 | θ/°C | σ/MPa | τ/h | δ5/% | ψ/% | τH/h | 取樣 | τ/h | ερ/% | 在以下溫度，a/MPa | ||||||
700°C | 750°C | 800°C | 850°C | 900°C | ||||||||||||
冷拉棒 真空感應爐 +電渣 標準熱處理 | 700 | 420 | 1425 | 12. 3 | 15. 8 | 5150 | ||||||||||
冷軋板 標準 熱處理 | 50 | 斷裂 | 464 | 349 | 244 | 163 | 90 | |||||||||
800 | 215 | 513 | 17 | 28 | 2098 | 100 | 428 | 320 | 218 | 136 | 74 | |||||
870 | 105 | 419 | 30. 6 | 37 | 1500 | 300 | 371 | 275 | 164 | 95 | 48 | |||||
1000 | 320 | 221 | 104 | 54 | 26 | |||||||||||
①缺口半徑r=0. 2mmo | ||||||||||||||||
3000 | 271 | 170 | 59 | 29 | — | |||||||||||
3.3.2蠕變性能
3.3.2. 1棒材不同溫度和時間的蠕變極限見表3-9。
3. 2.2 冷拉棒700°C和800°C 100h的蠕變性能見表3-10。
3.3. 2.3冷軋板不同溫度和時間的蠕變極限見表3-11。
表 3-9
取樣 | τ/h | ερ/% | 在以下溫度s/MPa | |||||
700°C | 750°C | 800°C | 850°C | 900°C | 950°C | |||
棒材 標準熱處理 | 100 | 0. 1 | 378 | 252 | 193 | — | — | 一 |
0.2 | 402 | 273 | 204 | — | — | — | ||
0. 5 | 414 | 281 | 208 | — | 一 | 一 | ||
1 | 420 | 289 | 212 | 142 | 66 | 31 | ||
300 | 0. 1 | 340 | 247 | 170 | 一 | — | — | |
0. 2 | 363 | 258 | 181 | — | — | — | ||
0. 5 | 374 | 263 | 190 | 一 | — | — | ||
1 | 380 | 270 | 201 | — | 一 | — | ||
表3-10
取樣 | θ/°C | 100h的蠕變性能 | ||
σ/MPa | ετ/% | ερ/% | ||
冷拉棒 真空感應爐+電渣％標準熱處理 | 700 | 392 | 0.3629 | 0. 1673 |
800 | 196 | 0.2650 | 0. 1328 | |
表 3-11
取樣 | t/h | ερ/% | 在以下溫度σ/MPa | ||||
700°C | 750°C | 800°C | 850°C | 900°C | |||
冷軋板 標準熱處理 | 50 | 0. 1 | 353 | 241 | 138 | 74 | 39 |
0. 2 | 420 | 289 | 178 | 99 | 53 | ||
100 | 0. 1 | 320 | 209 | 113 | 57 | 29 | |
0. 2 | 388 | 258 | 149 | 80 | 42 | ||
300 | 0. 1 | 269 | 155 | 76 | 37 | 17 | |
0. 2 | 336 | 206 | 105 | 51 | 25 | ||
1000 | 0. 1 | 210 | 99 | 46 | 22 | — | |
0. 2 | 269 | 139 | 63 | 29 | — | ||
3.4. 1.1棒材不同溫度的旋轉彎曲光滑疲勞極限 見表3-12。
3.4. 1.2棒材20°C和75O°C的軸向拉-壓疲勞極限 （中值）見表3-13。
3.4.2低周疲勞
3.4.3特種疲勞
3.4.4裂紋擴展速率
3.4.5斷裂韌度
3.4.6松弛性能
4工藝性能與要求
取樣 | θ/°C | /MPa | /MPa |
棒材 標準 熱處理 | 20 | 432 | — |
700 | 463 | 一 | |
800 | 340 | — | |
850 | 286 | — | |
900 | 201 | 153 |
表 3-13
表 3-13 | |||
取樣 | θ/°C | ||
棒材 標準熱處理 | 20 | 331 | 289 |
750 | 290 | 250 | |
4.工藝性能與要求
4.1成形工藝與性能（表4-1）
表 4-1
加工類型 | 加熱溫度 | 開鍛（軋）/終鍛（軋）溫度 | 變形量 |
鋼錠開坯 | 1150°C±10°C | 開鍛＞1050°C ；終鍛≥950°C | — |
冷拉坯軋制 | 1150°C±10°C | 開軋＞1050°C ；終軋≥950°C | 最后一道壓下率不小于10% |
冷拉棒材 | — | — | 最后一道冷軋變形量8%?12% |
硬態冷軋薄板和帶材 | — | — | 最后一道冷軋變形量20%?35% |
4. 2 工藝性能
4.3 焊接性能
合金在固溶狀態下可進行惰性氣體保護鎢極電孤焊及閃光對焊。
4. 4 零件熱處理工藝
同各品種的標準熱處理制度。
4. 5 表面處理工藝
4. 6 切削加工與磨削性能
合金在固溶處理狀態有良好的機械加工性能，在時效處理后使用堅硬刀具按規定進刀量慢速加工。
5組織結構
5. 1 相變溫度
γ相溶解溫度范圍980°C~1000°C；M23C6型碳化物溶解溫度范圍1100°C~1150°C。
5.2 時間-溫度-組織轉變曲線
5.3 典型組織
合金經標準熱處理后的組織主要由γ基體、γ'相、MC和M23G型碳化物組成(圖5-1和圖5-2),其中 主要強化相是γ'-Ni3(AI、Ti),呈方形顆粒，在晶內彌散析出，在晶界上也可見到這種形狀的γ'相。M23C6 型碳化物在晶界上呈不連續的鏈狀析出。
參考文獻
[1]國營紅陽機械廠.航空設計標準手冊[M]. 1981：171.
[2]上海五鋼研究所.GH90合金技術報告.1986.
[3]張耀銘.GH90[M]
[4]鋼鐵研究總院.GH90合金棒材技術報告.1979.
[5]W. Bettenidge,J. Heslop. The Nimonic alloys. 1974.
[6]HENRY WIGGIN & COMPANY LIMITED Nimonic alloy 90,1971.
