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Nimonic 105镍基高温合金管Nimonic 105薄板

更新：2023/3/24 16:08:28 点击：

品牌：沃乘
型号： Nimonic 105

产品介绍

Nimonic 105（Ni-15Cr-20Co-5Mo-4.7Al-1.3Ti-B-Zr）是Y'相析出强化的变形镍基高温合金，具有较高的室温和高温强度和良好的耐腐蚀和抗氧化性能，使用温度为750~950℃，主要用于航空发动机涡轮叶片、涡轮盘、环形件、螺栓及紧固件等。Nimonic 105合金的国内对应牌号为GH4105。

Nimonic105合金主要由晶内析出的γ’相强化，晶界通过析出Mz3Co碳化物强化，主要应用于制造航空发动机涡轮叶片和高温螺栓。由于具有较高的室温和高温拉伸强度和持久强度，合金是先进超超临界汽轮机叶片候选材料之一。合金中添加较多固溶强化元素Cr和Mo 以及γ相形成元素Al和Ti等，其成分范围见表

沃乘Nimonic105合金的化学成分
C	Cr	Al	Ti	Co	Mo	B
≤0.17	14~15.7	4.5~4.9	0.9~1.5	18~22	4.5~5.5	0.01~0.03
Zr	Cu	Mn	Si	Fe	Ni
≤0.15	≤0.2	≤1.0	≤1.0	≤1.0	余

合金的相组成

Nimonic 105合金的组成相主要包括y相基体、与基体共格关系的γ相以及少量MC和M23C6碳化物。

（1）γ基体

Nimonic 105合金的基体相为γ相，它具有面心立方的晶体结构（Face-centered cubic，FCC），主要组成元素是Ni元素，如图2-6（a）所示24。y相具有较高的固溶度，可以溶解较多的Cr、Mo、Co和Fe等元素，起到固溶强化作用，从而强化基体。γ相对Al和Ta元素的固溶度相对较低。

（2）γ’相

Y【Nis（Al，Ti）】相是合金的主要强化相，具有L12长程有序的面心立方结构，见图2-6（b），每个晶胞中包含1个Al原子和3个Ni原子，Al原子位于晶胞顶点位置，而Ni原子占据面心位置。γ相中Ni原子可以被Co原子取代，Al原子可以被Ti和Mo原子取代，而Cr原子可以取代Ni或Al原子。由于γ相与γ相的晶体结构相同，点阵常数相差很小，因此在低于γ相的溶解温度以下进行热处理或服役过程中，y’相在γ基体中大量析出，其形貌通常为球

形，并与基体保持共格关系。基体中析出的Y相阻碍位错运动，从而提高合金的强度。y'相的形貌、含量、尺寸和分布等对合金的力学性能有较大影响。

（3）碳化物

合金中主要的碳化物为MC和M23CσMC碳化物具有面心立方结构，其特点是高熔点、高硬度。在冶炼和凝固过程中，合金中的C元素容易和Ti、Mo 和 Zr元素结合形成一次 MC碳化物，其熔点可达1300℃，在后续热处理过程中不能完全溶解而保留在基体中。一次MC碳化物通常比较稳定，然而在高温长时时效或服役时可能会发生缓慢的分解，转变为MzsCa或MsC等碳化物。在时效过程中还可能析出少量细小的二次 MC碳化物。在Nimonic 105合金中，MC碳化物主要是TiC，呈球形或块状分布在晶界和晶内，阻碍位错运动，钉扎晶界，起到一定的强化作用。

M23C6碳化物也是面心立方结构，其中M元素主要为Cr元素，即Crac6 碳化物，部分Cr元素可以被Mo、Co和Ni元素取代。M23C6碳化物的形貌通常为球形或块状，分布在晶界和晶内，但主要在晶界上析出，呈不连续分布，可以阻碍位错运动和晶界滑动，提高合金的持久强度。在长期服役或时效后，MzsC6碳化物会长大粗化，当MzsC6碳化物在晶界上形成连续的碳化物链时，有利于裂纹在晶界形核和扩展，降低合金的冲击韧性和持久寿命。

金的热加工及热处理工艺

（1）热加工

Nimonic105合金中元素种类较多、含量较高，较高的合金化程度增大了变形抗力，提高了再结晶温度，因此合金的热加工窗口较窄，应控制合金的热加工工艺，避免合金在变形过程中出现开裂。Farag 等研究了 Nimonic 105合金在温度为950~1250℃和应变速率为0.38~64.3s范围内的热变形行为，结果表明在v相溶解温度以上，合金的热变形行为与单相镍基合金相似。合金的动态再结晶体积分数随温度的提高和应变速率的降低而增加。计算获得合金热变形动态再结晶激活能的平均值为345kJ/mol，合金适宜的热加工参数为1007~1177℃/0.4s'4和1127~1207℃/65s'。由于热脆性，合金在较高温度变形出现沿晶裂纹；在低温变形时，由于大量的应变硬化，合金出现穿晶裂纹。

（2）热处理工艺

热处理工艺对镍基高温合金的晶粒尺寸、析出相的溶解和分布等有重要影响，进而影响合金的力学性能。镍基高温合金通常采用固溶、中间时效和预时效的热处理工艺。固溶处理是为了控制晶粒尺寸，减轻或消除成分偏析，使成分和组织均匀，并溶解大部分析出相，从而使合金在时效过程中析出细小的析出相。中间时效一般在高于γ'相溶解温度而低于碳化物的溶解温度进行，使细小的碳化物（如Mz3C6和McC等）在晶界析出，钉扎品界，起到稳定晶界的作用，提高合金的持久强度。预时效处理使基体中析出一定含量的细小的Y相，进一步提高合金的强度。Nimonic105合金用作叶片材料时通常采用固溶+双时效处理：1150°C×4h，空冷+1050~1065°C×16h，空冷+850℃×16h，空冷。合金用作螺栓材料时采用固溶+单时效处理：1125℃×4 h，空冷+850℃×16h，空冷。