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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极为广泛的应用，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。
★中国高温合金牌号:GH3030 GH3536 GH3600 GH135 GH150 GH302 GH696 GH706 GH747 GH761 GH901 GH903 GH907 GH909 GH984
GH5K GH30 GH44 GH4080A GH4090 GH4093 GH4098 GH128 GH170 GH536 GH600 GH3625 GH3652 GH4033
★美国高温合金:
S44600 S44627 S40300 S41000 S41600 S42200 S43100 S15500 S17400 S13800 S35000 AM-355 17-7PH
PH15-7Mo 3304 304L 304N 309 310 316 16L 316N 317 321 347 202 216 21-6-9 19-9DL17-14-CuMo
★英国高温合金:
N75 N80A N90 N105 N115 N118 N901 N263 NimonicPE11 NimonicPE16sm NimonicPK33 EPK57 PE13 C130
C242 C1023 NimocastPE10 NimocastPD16 NimocastPD18 NimocastPK24 Stellite31
★法国高温合金:
Z6NKCDT.38 NC19FeNb NC22FeD NC22FeDNb NC15T NbAKC20WN NK15CAT NC20T NC20TA NC20KTA NK27CADT
NC20K14 NC20KDTA NK18CDAT NCK18TDA Z12CNKDW20 Z42CKNDW20 Z6NCKDW45 ND27FeV NC17DWY NC15Fe
★德国高温合金:
NiCo15Cr15MoAlTi S-NiCr20 NiCr15Fe NiCr21Mo5Cu NiCo20Cr20MoTi NiCr30 NiCr20Mo9 S-NiCr28Mo
NiCr20CuMo NiCr23Co12Mo NiCr19NbMo NiCr15Fe7TiAl GNiCr50Nb NiCr16TiANiMo30 S-NiCr20Nb
★日本高温合金:
NCF600 NCF601 NCF750 NCF751 NCF800 NCF800H NCF825 NCF80A NCF1B NCF3 NCF2B
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