NimoNic PE13 时效状态锻造注意事项
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NimoNic PE13镍基变形高温合金物理及化学性能
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/℃ 0 408 500 600 700 800 900
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、NimoNic PE13镍基变形高温合金力学性能
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、NimoNic PE13镍基变形高温合金组织结构
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、NimoNic PE13镍基变形高温合金工艺性能与要求
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。
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NimoNic PE13镍合金代表作品个具有商业重要性的镍合金是合金400，它是由国际镍公司(后来叫Inco合金公司)于1905年开发出来并推向市场，商标为蒙乃尔(MONEL)。下一个重要的里程碑是1930年左右问世的镍-钼合金B和镍-铬-钼-钨合金C。它们的发明者是Haynes Stellite公司(现在叫Haynes国际公司)，其中的两个注册商标为HASTELLOY。镍基合金发展的下一个重要阶段来自于Inco公司，1931年开发出镍-铬-铁合金600及1949年开发出镍-铁-铬合金，分别ming名为INCONEL和INCOLOY。Inco和Haynes公司利用zui初这些商标的知名度和美誉度，共计推出了MONEL、INCONEL、INCOLOY和HASTELLOY系列的大约50种耐腐蚀和耐热合金。VDM公司是一个后来比较出名的镍基合金开发者和生产者，其商标是Nicrofer, Nimofer和Nicorros。镍基合金发展历史镍基高温合金(以下简称镍基合金)是上世纪30年代后期开始研制的。
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NimoNic PE13镍基高温合金(以下简称镍基合金)是30年代后期开始研制的。英国于1941年首先生产出镍基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；为了提高蠕变强度又添加铝，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美国于40年代中期，苏联于40年代后期，中国于50年代中期也研制出镍基合金。镍基合金的发展包括两个方面：合金成分的改进和生产工艺的革新。50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度，但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金。为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。 [5];
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