Nimonic80A 

鎳基變形高溫合金 
英國牌號：Nimonic80A
中國牌號：GH80A
一、Nimonic80A概述 
Nimonic80A是以鎳-鉻為基體，添加鋁、鈦形成γ′相彌散強化的高溫合金，除鋁含量略高外，其他與GH4033相近，使用溫度700～800℃，在650～850℃具有良好的抗蠕變性能和抗氧化性能。該合金冷、熱加工性能良好，主要供應(yīng)熱軋棒材、冷拉棒材、熱軋板材、冷軋板材、帶材以及環(huán)形件等，用于制造發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、螺栓、葉片鎖板等零件。 
1.1 Nimonic80A材料牌號 Nimonic80A。 
1.2 Nimonic80A相近牌號 GH80A(中國)。 
1.3 Nimonic80A材料的技術(shù)標準 
1.4 Nimonic80A化學成分 見表1-1。 
表1-1 %

C    
Cr

Ni

Al

Ti

0.04～0.10

18.0～21.0

余

1.00～1.80

1.8～2.7

Co

Fe

B

Mn

Si

P

S

Ag

Bi

Cu

Pb

不大于

2.0

1.50

0.008

0.40

0.80

0.020

0.015

0.0005

0.0001

0.20

0.002

注：B按計算量加入，允許加入微量的Ce、Zr、Mg元素。 
1.5 Nimonic80A熱處理制度 葉片用棒材為：1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±5℃,16h,空冷。熱軋、鍛制及冷拉棒材：按表1-2的規(guī)定進行。軋制環(huán)件：(1050～1080℃)±10℃，不大于2h，水冷＋750℃±5℃(或+700℃±5℃),4h(或16h),空冷。熱軋板材、冷軋薄板和帶材為：供應(yīng)狀態(tài)＋750℃±10℃，4h，空冷。 
表1-2

材料類型

固溶處理制度

時效制度

熱加工用熱軋（或鍛制）棒材

1080℃±10℃，8h，空冷

700℃±5℃,16h,空冷或750℃±5℃,4h,空冷

熱加工用熱軋 
（或鍛制）棒材

按制度①或②進行 
①1080℃±10℃,保溫時間按表1-3規(guī)定，油冷或水冷或空冷。（正常情況，d≥40mm，油冷） 
②1080℃±10℃,保溫時間按表1-3規(guī)定，空冷+1080℃±10℃，保溫30min，水冷

冷拉棒材

1080℃±10℃,保溫時間按表1-4規(guī)定，水冷或空冷。

表1-3

直徑mm    
保溫時間h

直徑mm

保溫時間h

≤3

1

6～12.5

4

3～6

2

12.5

8

1.6 Nimonic80A品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)直徑d20～55mm的葉片用熱軋棒材、直徑不大于300mm的熱軋或鍛制棒材。冷拉棒材供應(yīng)直徑8～45mm圓棒及內(nèi)切圓直徑d8～36mm的六角形棒材。供應(yīng)外徑1000mm、內(nèi)徑900mm、高度130mm的軋制形件。供應(yīng)厚度不大于9.5mm的熱軋板材、厚度不大于4.0mm的冷軋薄板材，厚度不大于0.8mm的冷軋帶材。葉片用熱軋棒材不經(jīng)熱處理供應(yīng)，其表面應(yīng)全部磨光或車光。機加工用熱軋棒材經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng)。鐓鍛用冷拉棒材以冷拉并磨光狀態(tài)供應(yīng)，機加工用冷拉棒材以冷拉經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng)，熱加工用棒材以制造狀態(tài)并除氧化皮供應(yīng)（對鍛造廠用棒材應(yīng)車光后供應(yīng)，其表面粗糙度應(yīng)不小于3.2μm）。軋制環(huán)形件以固溶處理和粗加工狀態(tài)供應(yīng)。熱軋板材、冷軋板材和帶材經(jīng)軟化處理、堿酸洗、切邊和平整或矯直后供應(yīng)。 
1.7 Nimonic80A熔煉與鑄造工藝 葉片用棒材和板材采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。軋制環(huán)形件與熱軋、鍛制及冷拉棒材采用感應(yīng)熔煉加電渣重熔，或真空感應(yīng)熔煉加真空電弧重熔，或真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。 
1.8 Nimonic80A應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用作發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、扇形件安裝環(huán)、螺栓、葉片鎖板等零件。 
二、Nimonic80A物理及化學性能 
2.1 Nimonic80A熱性能 
2.1.1 Nimonic80A熔化溫度范圍 熔點1405℃[1]。 
2.1.2 Nimonic80A熱導(dǎo)率 見表2-1。 
表2-1[1]

θ℃    
100

200

300

400

500

600

700

800

900

λ(W(m·℃))

12.11

13.83

15.48

16.75

18.39

20.93

23.48

25.57

27.66

2.1.3 Nimonic80A線膨脹系數(shù) 見表2-2。 
2.2 Nimonic80A密度 ρ=8.15gcm3[2]。 
表2-2[2]

θ℃    
16～100

16～200

16～300

16～400

16～500

16～600

16～700

α10-6℃-1

12.18

12.86

13.69

14.08

14.50

14.94

15.36

2.3 Nimonic80A電性能 室溫ρ=1.23×10-6Ω.m[1]。 
2.4 Nimonic80A磁性能 無磁性。 
2.5 Nimonic80A化學性能 
2.5.1 Nimonic80A抗氧化性能 在空氣介質(zhì)中試驗100h的氧化速率見表2-3。 
表2-3[3]

θ℃    
700

750

800

氧化速率(g(m2·h))

0.037

0.041

0.047

三、Nimonic80A力學性能 
Nimonic80A渦輪葉片用棒材規(guī)定性能見表3-1。 
表3-1

技術(shù)標準    
試樣串聯(lián)對數(shù)

持久性能

θ℃

σMPa

斷裂時間h

單個值

平均值

范圍值(Rmax)=(F)·()

WS9-7009-1996

3

750

340

≥23

≥32

≤0.6×實際平均值

四、Nimonic80A組織結(jié)構(gòu) 
4.1 Nimonic80A相變溫度 
4.2 Nimonic80A時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 
4.3 Nimonic80A合金組織結(jié)構(gòu) 葉片毛坯按不同熱處理規(guī)范處理的組織特征：1080℃±10℃,8h,空冷處理：在1080℃時基體中的γ′相和一些M7C3及M23C6型晶界碳化物溶入固溶體。在冷卻過程中晶界形成M7C3和M23C6型富鉻碳化物。M7C3大約在1000℃以上沉淀出來，并在較低溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6。M23C6在750～1000℃析出，也能獨立成核，生成晶界碳化物。所以在1080℃±10℃,8h,空冷處理后，晶界上呈現(xiàn)出不連續(xù)狀態(tài)的M7C3和M23C6，晶內(nèi)有γ′相和MC。 
1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±5℃,16h,空冷處理：合金在固溶組織的基礎(chǔ)上經(jīng)700℃±5℃,16h時效，晶界上的M7C3繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6，所以在晶界上沉淀出叫連續(xù)的M23C6，晶內(nèi)的γ′相也長大成球形質(zhì)點[4]。 
五、Nimonic80A工藝性能與要求 
5.1 Nimonic80A成形性能 
5.1.1 Nimonic80A鍛造 合金具有良好的鍛造性能。鋼錠加熱溫度1120～1150℃，開鍛溫度不低于1000℃。停鍛溫度不低于950℃[2]。 
5.1.2 Nimonic80A熱軋板 軋制加熱溫度1120～1150℃，停軋溫度不低于930℃[2]。
5.1.3 Nimonic80A渦輪葉片的鍛造 渦輪葉片用毛坯應(yīng)按規(guī)定的工序要求噴涂防護潤滑劑，待烘干后方可入爐加熱。零件毛坯在電爐中加熱，裝爐溫度800℃±20℃，保溫60min，加熱溫度1090℃±10℃，保溫35min，開鍛溫度1090℃，停鍛溫度950℃，在臥鍛機上頂鍛，鍛前用二硫化鉬潤滑模膛。零件毛坯鍛造中間工序應(yīng)進行固溶處理，加熱溫度1130℃±10℃，保溫60min，空冷。吹砂后，再按規(guī)定的工序要求噴涂防護潤滑劑，烘干后入爐加熱。零件毛坯再按上述規(guī)定進行裝爐、加熱、保溫，并在曲柄壓力機上進行終鍛，鍛前用二硫化鉬潤滑模膛。 
5.2 Nimonic80A焊接性能 合金可以進行自動對接氬弧焊和縫焊。 
5.2.1 Nimonic80A不加焊絲的自動鎢極氬弧焊（對接）規(guī)范見表5-1。 
表5-1[2]

厚度mm    
焊前狀態(tài)

電流A

電壓V

焊速(mmin)

墊板

氣體流量(Lmin)

背面氣體流量(Lmin)

鎢極直徑mm

焊嘴直徑mm

槽寬

槽深

1.2

軟態(tài)

55

10～12

0.21

4.57

1.5

10～15

5～6

2～4

10～14

注：焊前用砂布打磨試樣并用丙酮清洗，厚度不大于1.2mm板材不加充焊絲，一次焊接成形。 
5.2.2 Nimonic80A縫焊規(guī)范見表5-2。 
表5-1[2]

厚度mm    
焊前狀態(tài)

滾盤寬mm

功率級

電壓V

脈沖格

休止格

熱量格

焊接速度(mmin)

電極壓力N

上

下

1.2

軟態(tài)

5.5

6.5

3

390

15

15

5～8

0.15

8728

5.2.3 Nimonic80A焊接接頭的力學性能見表5-3。 
表5-3[2]

焊接方法    
接頭方式

厚度mm

焊前狀態(tài)

焊后狀態(tài)

接頭強度

強度系數(shù)%

θ℃

σbMPa

自動氬弧焊

對接

1.2

軟態(tài)

1080℃±10℃,8h,空冷＋750℃±5℃,4h,空冷

20

1138～1236

100

縫焊

搭接

1.2

軟態(tài)

20

950～1080

85

注：本表數(shù)據(jù)時兩批板材，每批2個試樣的拉伸試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果。 
5.3 Nimonic80A零件熱處理工藝 零件的熱處理工藝按相應(yīng)的材料技術(shù)標準的熱處理制度進行。對于板材、帶材的沖壓成形件，在每成形一次后需進行中間真空退火，1060℃±10℃,10min,氬氣風扇冷卻，零件的zui終熱處理是在真空爐中進行時效處理，750℃±10℃,4h,氬氣風扇冷卻。對于葉片在固溶后（時效前）制造過程中產(chǎn)生的局部加工硬化應(yīng)按規(guī)定的要求進行氬氣或氫氣保護表面退火，退火溫度1070～1090℃。 
5.4 Nimonic80A表面處理工藝 
5.5 Nimonic80A切削加工與磨削性能 Nimonic80A具有良好的機加工性能，*熱處理狀態(tài)具有好的機加工性能。 

表1-4

直徑或較小截面尺寸mm    
保溫時間min

直徑或較小截面尺寸mm

保溫時間min

≤15

15～30

15～25

30～45