高温合金GH/NS
交期：30天
描述：GH4090是Ni-Cr-CO基沉淀硬化型变形高温合金，使用温度高达920°C。合金在815°C〜870°C具有 较高的抗拉强度和抗蠕变能力、良好的抗氧化和耐腐蚀性能，在冷热反复交替作用下有较高的疲劳强度。 合金具有良好的加工和焊接性能。适合制作航空涡轮发动机涡轮盘、叶片、高温紧固件、卡箍、密封圈及弹 性元件等。主要产品有热轧棒材、冷拉棒材、冷轧板材、带材和冷拉丝材。
规格：板，棒，带，线，管，可定制
GH4090高温合金
1合金介绍
1.1概述
GH4090是Ni-Cr-CO基沉淀硬化型变形高温合金，使用温度高达920°C。合金在815°C〜870°C具有 较高的抗拉强度和抗蠕变能力、良好的抗氧化和耐腐蚀性能，在冷热反复交替作用下有较高的疲劳强度。 合金具有良好的加工和焊接性能。适合制作航空涡轮发动机涡轮盘、叶片、高温紧固件、卡箍、密封圈及弹 性元件等。主要产品有热轧棒材、冷拉棒材、冷轧板材、带材和冷拉丝材。
1. 2 应用概况及特性
合金已用于制作航空发动机高温弹簧元件、高温紧固件、燃烧室卡圈和止动销等零部件。相近牌号在 国外还用于制作航空发动机涡轮工作叶片、涡轮盘等零部件。
合金在1040°C以下具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能，在1040°C以上时易产生晶间氧化。
1.3材料牌号
GH4090(GH90)。
1.4 相近牌号
Nimonic90(英)。
1.5材料技术标准
GB/T 14992高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
GB/T 14994 高温合金冷拉棒材
HB/Z 140航空用高温合金热处理工艺
WS9-7014 GH90(N90)合金弹簧用冷拉丝材
WS9-7015. 1 GH90(N90)合金冷拉和固溶处理的弹簧丝材
WS9-7015. 2 GH90(N90)合金冷拉和固溶处理的弹簧扁丝
WS9-7016 GH90(N90)合金冷拉棒材
WS9-7086 GH90CN90)合金冷轧薄板和带材(硬态)
WS9-7087 GH90CN90)合金冷轧薄板和带材(软态)
1. 6 熔炼工艺
釆用非真空感应炉+电渣重熔、或真空感应炉+电渣重熔、或真空感应炉+真空自耗重熔、或真空感 应炉+真空电弧重熔熔炼工艺。
1.7 化学成分
摘自 GB/T 14992、杂质元素分析有区别的摘自 GB/T 14994、WS9-7014、WS9-7015. l、WS9-7015. 2、 WS9-7016.WS9-7086 和 WS9-7087,见表 1-1。
元素 | C | Cr | Ni | Co | Al | Ti | Fe | Zr | B |
质量分数/% | ≤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 | — |
质量分数/% | ≤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 规定检验的杂质元素。其 中:WS9-7014 规定 ω(Pb)≤0. 0010% ； WS9-7015. 1 和 WS9-7015. 2 规定只分析:ω(Pb)≤0. 0010%o | |||||||||
1.8 热处理制度
摘自 HB/Z 140, GB/T 14994, WS9-7014, WS9-7015. 1, WS9-7015. 2、WS9-7O16、WS9-7086 和 WS9-7087,各品种的标准热处理制度见表1-2。
表1-2
品种 | 标准热处理 |
冷拉棒 | 1080°C±10°C/AC 或 WQ + 750°C±10°C*4h/AC,其中固溶保温时间：d(3mm,lh； 3mmVc/W6mm,2h；6mm<dW12. 5mm,4h；d<12. 5mm,8h |
冷轧板材和带材 | 制度 I，软态：(1100-1150)°C*(1-10) min/适当冷却 + 750°C 土 10°C*4h/AC, 2280HV； 制度 U .硬态：(700〜725)°C*4h/AC |
弹簧用冷拉丝 | 制度 I ：600°C±10°C*16h/AC； 制度Ⅱ ：650°C ± 10°C *4h/AC |
冷拉和固溶的弹簧丝材和扁丝 | 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/适当冷却 + 925°C*lh/AC+750*C 土 10°C *4h/AC |
1. 9 品种规格与供应状态
摘自 GB/T 14994、WS9-7014、WS9-7015. 1、WS9-7015. 2、WS9-7016、WS9-7086 和 WS9-7087。
1.9. 1主要规格
冷拉棒包括d8mm〜45mm圆形棒材，公称边长a8mm〜30mm方形棒材；内切圆公称a8mm~36mm 六角形棒材；d0. 05mm~8mm冷拉丝；1. 65mm*0. 5mm扁丝；δ≤4mm冷轧薄板δ≤0. 8mm带材。
1.9.2供应状态
棒材在最终一次中间退火后的冷拉变形量应为8%〜12%,锻锻用冷拉棒材以冷拉+磨光、或经固溶处理后供应。机加工用冷拉棒材经固溶处理+除氧化皮后供应；弹簧用冷拉丝材以冷拉状态供应。冷拉 和固溶处理的弹簧丝材以冷拉、或冷拉+1080°C固溶处理后供应；软态冷轧薄板和带材经软化处理+碱酸洗或光亮热处理+切边+平整或矫直后供应，要求硬度≤250HV。硬态冷轧薄板和带材在最后一次中间 退火后的冷轧变形量应为20%〜35%,以冷轧+切边+平整或矫直后供应。
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、弹性和化学性能
2. 1 熔化温度范围 1310°C~1370°。
2.2相变点
2.3热导率（表2-1）
2.4电阻率
2.5热扩散率
2.6 比热容（表2-2）
2.7 线膨胀系数（表2-3）
2.8密度：8.18
2. 9 磁性能
合金无磁性。
2. 10 弹性性能（表2-4）
2. 11 化学性能
2. 11. 1抗氧化性能
2.11.1.1合金在空气介质中，不同温度试验100h 的氧化失重值见表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以上时易产生晶间氧化。
2. 11.2 耐腐蚀性能
2.11.2.1合金在不同含SO2量气氛中，不同温度1000h的腐蚀失重见表2-6。
2. 11. 2. 2 合金在1040°C以下具有良好的耐腐蚀 性能。
表2-5⑴
3力学性能
3. 1 供货技术标准
3.1.1技术标准规定的性能（表3-1）
表3-1
标准号 | 品种与规格/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 | 弹簧用 冷拉丝 | ≤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 | 弹簧用 丝材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 | 弹簧用 扁丝④ | 1. 65*0. 5 | 20 | ≥1080 | ≥620 | ≥5 | 一 | — | — | 一 |
坯料 | 870 | — | — | 一 | — | — | 140 | ≥30 | ||
续表3-1
标准号 | 品种与规格/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 | 软态冷轧板 和带材⑤ | 0. 25—0. 35 | 20 | ≥1080 | ≥695 | ≥15 | 一 | ≥280 | — | — |
>0.35 〜0.45 | 20 | ≥20 | 一 | — | — | |||||
>0. 45 | 20 | ≥25 | 一 | — | — | |||||
所有规格 | 870 | — | 一 | 一 | 一 | — | 140 | ≥30 | ||
WS9-7086 | 硬态冷轧板 和带材⑥ | 一 | 20 | 1390 〜1620 | ≥1030 | 实测 | 一 | — | 一 | — |
试样经 1080*2 ±10°C/AC 或 WQ+750°C±10°C *4h/AC 处理。 拉伸试样经 600C ± 10°C*16h/AC 处理；持久试样经 10800 ± 10°C*8h/AC+700°C ± 10°C*16h/AC 处理。 ③④ 试样经 1080°C±10°C *8h/AC+(700〜725)°C *4h/AC 处理。 拉伸试样经 750oC±10°C*4h/AC 处理，持久试样经 1080°C±10°C*(2〜4)h/AC+700°C±10°C*16h/AC 处理。 试样经(700〜725)°C*4h/AC处理。 | ||||||||||
3.1.2 生产检验数据、基值和设计许用值（表3-2）
对应标准号 | 冶炼工艺 | 品种与规格/mm | 室温拉伸性能 | 650°C拉伸性能 | |||||
σb/MPa | σp0.2 | δ50mm / % | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ||||
* | |||||||||
WS9-7016 | 真空感应炉+电渣 | 冷拉棒① | — | — | — | — | ≥975 | ≥670 | ≥24 |
WS9-7014 | 真空感应炉 | 弹簧用 冷拉丝 | ≤1.0 | 1800 | — | 一 | 一 | 一 | — |
>1.0 〜5.0 | 1515 | 1260 | — | — | — | 一 | |||
WS9-7015. 1 | 弹簧用丝材12 | >0. 99〜8.0 | 1180 | 690 | 27 | — | — | — | |
试样经 1080°C±10°C/AC 或 WQ+750°C ± 10°C*4h/AC 处理。 试样经600°C±10°C*16h/AC处理。 试样经 1080°C ± 10°C*8h/AC+(700〜725)°C*4h/AC 处理。 | |||||||||
表3-2
3.2 短时力学性能
3.2.1 硬度
3. 2.2冲击性能
冷拉棒不同温度的冲击功见表3-3。
3.2.3压缩性能
3.2.4扭转性能
3. 2.5 剪切性能
3.2.6拉伸性能
3.2.6.1冷拉棒不同温度的拉伸性能见表3-4。
3. 2. 6. 2冷轧板不同温度的拉伸性能见表3-5。
3.3 持久和蠕变性能
3.3.1持久性能
3.3. 1. 1 棒材不同温度、100h和300h的持久极限 见表3-6。
3.3. 1.2冷拉棒不同温度光滑和缺口持久性能见 表 3-7。
表 3-3
取样 | θ/°C | Ak/J |
冷拉棒 真空感应炉 +电渣重熔 标准热处理 | 20 | 90 |
650 | 103 | |
700 | 93 | |
750 | 91 | |
800 | 95 | |
850 | 88 | |
900 | 96 |
表3-4
取样 | θ/°C | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
冷拉棒 真空感应炉+电渣重熔标准热处理 | 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 冷轧板不同温度的持久极限见表3-8。
表 3-5
取样 | θ/°C | σb/MPa | σp0.1 | σp0. 2 / MPa | δ5/% | 取样 | θ/°C | σb/MPa | σp0.1 | σp0. 2 / MPa | δ5/% |
冷轧板 | 20 | 1180 | 808 | 831 | 23 | 冷轧板 | 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：试样经 1150°C*(2〜3)min+1040°C*20min/AC+750°C*4h/AC 处理。 | |||||||||||
表3-6
取样 | θ/°C | στh/MPa | 取样 | θ/°C | στh/MPa | ||
σl 00 | σ300 | σl 00 | σ300 | ||||
棒材 标准热处理 | 700 | 425 | 386 | 棒材 标准热处理 | 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 | |||||||||||||||
取样 | θ/°C | σ/MPa | τ/h | δ5/% | ψ/% | τH/h | 取样 | τ/h | ερ/% | 在以下温度，a/MPa | ||||||
700°C | 750°C | 800°C | 850°C | 900°C | ||||||||||||
冷拉棒 真空感应炉 +电渣 标准热处理 | 700 | 420 | 1425 | 12. 3 | 15. 8 | 5150 | ||||||||||
冷轧板 标准 热处理 | 50 | 断裂 | 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缺口半径r=0. 2mmo | ||||||||||||||||
3000 | 271 | 170 | 59 | 29 | — | |||||||||||
3.3.2蠕变性能
3.3.2. 1棒材不同温度和时间的蠕变极限见表3-9。
3. 2.2 冷拉棒700°C和800°C 100h的蠕变性能见表3-10。
3.3. 2.3冷轧板不同温度和时间的蠕变极限见表3-11。
表 3-9
取样 | τ/h | ερ/% | 在以下温度s/MPa | |||||
700°C | 750°C | 800°C | 850°C | 900°C | 950°C | |||
棒材 标准热处理 | 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
取样 | θ/°C | 100h的蠕变性能 | ||
σ/MPa | ετ/% | ερ/% | ||
冷拉棒 真空感应炉+电渣％标准热处理 | 700 | 392 | 0.3629 | 0. 1673 |
800 | 196 | 0.2650 | 0. 1328 | |
表 3-11
取样 | t/h | ερ/% | 在以下温度σ/MPa | ||||
700°C | 750°C | 800°C | 850°C | 900°C | |||
冷轧板 标准热处理 | 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棒材不同温度的旋转弯曲光滑疲劳极限 见表3-12。
3.4. 1.2棒材20°C和75O°C的轴向拉-压疲劳极限 （中值）见表3-13。
3.4.2低周疲劳
3.4.3特种疲劳
3.4.4裂纹扩展速率
3.4.5断裂韧度
3.4.6松弛性能
4工艺性能与要求
取样 | θ/°C | /MPa | /MPa |
棒材 标准 热处理 | 20 | 432 | — |
700 | 463 | 一 | |
800 | 340 | — | |
850 | 286 | — | |
900 | 201 | 153 |
表 3-13
表 3-13 | |||
取样 | θ/°C | ||
棒材 标准热处理 | 20 | 331 | 289 |
750 | 290 | 250 | |
4.工艺性能与要求
4.1成形工艺与性能（表4-1）
表 4-1
加工类型 | 加热温度 | 开锻（轧）/终锻（轧）温度 | 变形量 |
钢锭开坯 | 1150°C±10°C | 开锻＞1050°C ；终锻≥950°C | — |
冷拉坯轧制 | 1150°C±10°C | 开轧＞1050°C ；终轧≥950°C | 最后一道压下率不小于10% |
冷拉棒材 | — | — | 最后一道冷轧变形量8%〜12% |
硬态冷轧薄板和带材 | — | — | 最后一道冷轧变形量20%〜35% |
4. 2 工艺性能
4.3 焊接性能
合金在固溶状态下可进行惰性气体保护钨极电孤焊及闪光对焊。
4. 4 零件热处理工艺
同各品种的标准热处理制度。
4. 5 表面处理工艺
4. 6 切削加工与磨削性能
合金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。
5组织结构
5. 1 相变温度
γ相溶解温度范围980°C~1000°C；M23C6型碳化物溶解温度范围1100°C~1150°C。
5.2 时间-温度-组织转变曲线
5.3 典型组织
合金经标准热处理后的组织主要由γ基体、γ'相、MC和M23G型碳化物组成(图5-1和图5-2),其中 主要强化相是γ'-Ni3(AI、Ti),呈方形颗粒，在晶内弥散析出，在晶界上也可见到这种形状的γ'相。M23C6 型碳化物在晶界上呈不连续的链状析出。
参考文献
[1]国营红阳机械厂.航空设计标准手册[M]. 1981：171.
[2]上海五钢研究所.GH90合金技术报告.1986.
[3]张耀铭.GH90[M]
[4]钢铁研究总院.GH90合金棒材技术报告.1979.
[5]W. Bettenidge,J. Heslop. The Nimonic alloys. 1974.
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