HastelloyX镍基变形高温合金 美国牌号:HastelloyX/UNS (NO6002) 中国牌号:GH3536/GH536/GH22/GH334/GH739/SG-5 法国牌号:NC22FeD 德国牌号:NiCr22FeMo 英国牌号:Nimonic PE13 一、HastelloyX 概述 HastelloyX是主要用铬和钼固溶强化的一种含铁量较高的镍基高温合金,具有良好的抗养化和耐腐蚀性能,在900℃以下有中等的持久和蠕变强度,冷、热加工成型性和焊接性能良好。使用于制造航空发动机的燃烧室部件和其他高温部件,在900℃以下长期使用,短时工作温度可达1080℃。供应的主要品种有板材、带材、管材、棒材、锻件、环形件和精密铸件。 1.1 HastelloyX 材料牌号 HastelloyX 1.2 HastelloyX 相近牌号 GH3536,GH536,GH22,GH334,GH739,SG-5(中国), UNS NO6002,NC22FeD(法国), NiCr22FeMo(德 国),Nimonic PE13(英国) 1.3 HastelloyX 材料的技术标准 1.4 HastelloyX 化学成分 见表1-1。 表1-1 % C Cr Ni Co W Mo Al Ti Fe B Cu Mn Si P S 不大于 0.05~0.15 20.5~23.0 余量 0.50~2.50 0.20~1.00 8.0~10.0 ≤0.50 ≤0.15 17.0~20.0 0.010 0.50 1.00 1.00 0.025 0.015 注:B按计算量加入、不分析。 1.5 HastelloyX 热处理制度 板材和管材:1130~1170℃,快速空冷或水冷;棒材和环形件检验试样:1175℃±15℃,空冷或更快冷却;带材:1065~1105℃,快速冷却。 1.6 HastelloyX 品种规格与供应状态 供应δ0.5~4.0mm的板材,δ0.05~0.8mm的带材,外径4~20mm、壁厚1.0~2.0mm的管材,直径0.2~10.0mm的焊丝,直径≤300mm的棒材和各种直径及壁厚的环形件以及不同形状和尺寸的精密铸件。板材、带材和管材经固溶处理和酸洗后供应,带材也可呈冷轧状态供应;焊丝以硬态、半硬态、固熔加酸洗、光亮固溶处理状态成盘交货,也可以直条交货;棒材和环形件不经热处理交货。精密铸件于铸造状态供应。 1.7 HastelloyX 熔炼与铸造工艺 采用电弧炉加电渣或非真空感应炉加电渣重熔工艺。生产铸件则采用感应炉重熔母合金后浇注于加热的模壳内,浇注速度以快些为好。 1.8 HastelloyX 应用概况与特殊要求 该合金在国外航空发动机和民用工业中获得了较为广泛的应用,我国主要用于制造燃烧室部件和其他热端部件以及蜂窝结构等。合金在高温下长期使用后有一定的时效硬化现象。 二、HastelloyX 物理及化学性能 2.1 HastelloyX 热性能 2.1.1 HastelloyX 熔化温度范围 1295~1381℃[1]。 2.1.2 HastelloyX 热导率 见表2-1。 2.1.3 HastelloyX 比热容 见表2-2。 2.1.4 HastelloyX 线膨胀系数 见表2-3。 2.1.5 HastelloyX 合金铸件的热扩散率 见表2-4。 表2-1[1] θ/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 λ/(W/(m·℃)) 13.38 17.97 20.27 22.40 24.62 26.79 29.05 31.14 33.44 表2-2 θ/℃ 17 100 200 280 408 500 600 700 800 900 c/(J(kg·℃)) 372.6 372.6 389.4 456.4 427.1 452.2 464.7 515.0 535.9 561.0 表2-3[1] θ/℃ 20~100 20~200 20~300 20~400 20~500 20~600 20~700 20~800 20~900 α/10-6℃-1 12.1 12.5 13.4 14.0 14.3 14.8 15.5 15.8 16.1 2.2 HastelloyX密度 ρ=8.28g/cm3[1]。 2.3 HastelloyX电性能 电阻率见表2-5。 表2-4 θ/℃ 24 100 300 400 500 600 700 800 900 Q/(10-6m2/S)) 2.78 3.06 3.68 3.64 4.36 4.32 4.38 4.91 5.23 2.4 HastelloyX磁性能 合金无磁性。 2.5 HastelloyX化学性能 2.5.1 HastelloyX抗氧化性能 合金在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-6。 表2-5[1] θ/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 p/(10-6Ω.M)) 1.18 1.20 1.21 1.22 1.24 1.25 1.26 1.27 1.29 表2-6[1] θ/℃ 700 800 900 1000 1100 氧化速率/(g/(m2·h)) 0.0023 0.060 0.117 0.200 0.611 三、HastelloyX力学性能 HastelloyX技术标准规定的不同品种的力学性能见表3-1。 表3-1 品种 室温拉伸性能 815℃持久性能 其他性能 σP0.2/MPa σb/MPa δ5/% σ/MPa t/h δ5/% 不小于 冷轧薄板 冷轧带材 冷拔管材 棒材 环形件 精铸件② 310 310 310 275 275 200 725 760② 690 690 690 380 35 30① 25 30 30 10 110 - - 105 105 - 24 - - 24 24 - 8.0 - - 10.0 10.0 - 弯曲180° 弯曲180° 液压、扩口 HBS≤241 HBS≤241 HBS≤96 ① δ<0.25mm的带材的室温抗拉强度σb≥725MPa,δ5≥25%。 ② 精铸件铸态815℃的σb≥240MPa,δ5≥12%。经800℃,50h,空冷处理后HRC≤24。 四、HastelloyX 组织结构 4.1 HastelloyX相变温度 4.2 HastelloyX时间-温度-组织转变曲线 4.3 HastelloyX合金组织结构 4.3.1 该合金在固溶状态的组织为奥氏体基体,还有少量的TiN和M6C型碳化物。经700~900℃长期时效后主要析出相为M12C和M3B2,同时也伴有微量μ相和L相。经700℃,200h时效后出现少量σ相,但在800℃时效后σ相不存在,而析出微量M23C6,有时出现微量L相。因此合金在长期时效后呈现一定程度的时效硬化现象,使塑性下降,高温强度也有所减低。 4.3.2 冷轧薄板技术标准规定,供应状态冷轧薄板的晶粒度应在4~8级范围内。 五、 HastelloyX 工艺性能与要求 5.1 HastelloyX成形性能 合金具有良好的冷、热加工成形性能。锻造加热温度1170℃±10℃,终锻温度不低于950℃;板坯热轧加热温度1150℃±10℃,终轧温度不低于850℃;环形件热轧加热温度1170℃±10℃。 合金的高温拉伸塑性图见图5-1。高温镦粗试样经1180℃,45min固溶处理后的再结晶曲线见图5-2。 5.2 HastelloyX焊接性能 该合金具有良好的焊接工艺性能,可采用氩弧焊、缝焊和点焊等方法进行焊接。氩弧焊时推荐采用HHastelloyX或HGH3113焊丝。 5.2.1 HastelloyX手工氩弧焊对接规范见表5-1。 表5-1[5] 被焊材料 厚度/mm 焊前状态 焊丝 接头形式 焊接电流/A 氩气流量/(L/min) 钨极直径/mm 电源及极性 牌号 直径/mm HastelloyX+HastelloyX 1.0+1.0 供应状态或固溶状态 HHastelloyX HGH3113 1.2~1.6 对接 40~60 10~13 1.6~2.0 直流正极性 1.5+1.5 HHastelloyX HGH3113 1.2~1.6 50~70 12~15 1.8~2.2 5.2.2 HastelloyX自动钨极脉冲氩弧焊对接规范见表5-2。 表5-2 厚度/mm 焊前状态 焊丝 弧压/V 脉冲电流/A 维弧电流/A 脉冲幅比 脉冲宽比 脉冲频率 焊接速度/(m/min) 送丝速度/(m/min) 牌号 直径/mm 1.0 1.2 1.5 固溶 - HGH-1 HGH-1 - 1.0 1.0 8.5 8.5 9.0 60 65 100 20 22 28 3 3 3.5 2 2 2 3 3 3 0.25 0.2 0.23 - 0.20 0.25 5.2.3 HastelloyX缝焊规范见表5-3。 表5-3[5] 被焊材料 厚度/mm 焊前状态 滚盘宽度/mm 焊接时间/s 休止时间/s 焊接速度/(m/min) 电极压力/kN 上 下 HastelloyX+HastelloyX 1.0+1.0 固溶或供应状态 5.5 7.0 0.14~0.18 0.14~0.22 0.34~0.40 0.25 1.5+1.5 5.5 7.0 0.16~0.20 0.14~0.22 0.22~0.34 0.25 5.2.4 HastelloyX点焊规范见表5-4。 表5-4[5] 被焊材料 厚度/mm 焊前状态 电极直径/mm 焊接时间/s 电极压力/kN 单点抗剪强度/MPa 正拉强度/MPa 上 下 HastelloyX+HastelloyX 1.0+1.0 固溶或供应状态 6 7 0.16~0.24 0.1~0.2 ≥9.35 ≥6.36 1.5+1.5 6 7 0.20~0.36 0.2~0.3 ≥12.30 ≥10.60 5.2.5 HastelloyX焊接接头的力学性能见表5-5。 表5-5[6] 焊接方法 厚度/mm 焊前状态 焊后处理 焊丝牌号 θ/℃ 接头强度 持久性能 σb/MPa 强度系数/% σ/MPa t/h 氩弧焊 1.5 供应状态 未处理 HHastelloyX 20 650 815 800 586 337 100 100 100 - 294 110 - 217.6 46.4 脉冲氩弧焊 1.0 供应状态 未处理 - 20 650 842 531 100 90 - - - - 1.5 供应状态 未处理 HSG-1 20 650 826 581 100 98 - 294 - 296.5 缝焊 1.5 供应状态 未处理 - 20 650 815 763 514 325 96 91 100 - 294 110 - 214.2 48.6 5.3 HastelloyX零件热处理工艺 板材制件固溶处理:1150℃±10℃,2~15min,快速空冷。焊接件或火焰筒处理:980℃±10℃,60min,空冷。机加工后除应力处理:870℃±10℃,30~60min,空冷。零件稳定尺寸处理:760℃±10℃,2h,空冷。