2020/12/11
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Hastelloy X-750棒材
鎳基變形高溫合金
美國牌號：HastelloyX/UNS NO6002
中國牌號：GH3536/GH536/GH22/GH334/GH739/SG-5
法國牌號：NC22FeD
德國牌號：NiCr22FeMo
英國牌號：Nimonic PE13
一、HastelloyX 概述
HastelloyX是主要用鉻和鉬固溶強化的一種含鐵量較高的鎳基高溫合金，具有良好的抗養化和耐腐蝕性能，在900℃以下有中等的持久和蠕變強度，冷、熱加工成型性和焊接性能良好。使用于制造航空發動機的燃燒室部件和其他高溫部件，在900℃以下*使用，短時工作溫度可達1080℃。供應的主要品種有板材、帶材、管材、棒材、鍛件、環形件和精密鑄件。
1.1 HastelloyX 材料牌號 HastelloyX
1.2 HastelloyX 相近牌號 GH3536,GH536,GH22,GH334,GH739,SG-5(中國)，
UNS NO6002，NC22FeD（法國）， NiCr22FeMo（德 國），Nimonic PE13（英國）
1.3 HastelloyX 材料的技術標準
1.4 HastelloyX 化學成分 見表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按計算量加入、不分析。
1.5 HastelloyX 熱處理制度 板材和管材：1130～1170℃，快速空冷或水冷；棒材和環形件檢驗試樣：1175℃±15℃，空冷或更快冷卻；帶材：1065～1105℃，快速冷卻。
1.6 HastelloyX 品種規格與供應狀態 供應δ0.5～4.0mm的板材，δ0.05～0.8mm的帶材，外徑4～20mm、壁厚1.0～2.0mm的管材，直徑0.2～10.0mm的焊絲，直徑≤300mm的棒材和各種直徑及壁厚的環形件以及不同形狀和尺寸的精密鑄件。板材、帶材和管材經固溶處理和酸洗后供應，帶材也可呈冷軋狀態供應；焊絲以硬態、半硬態、固熔加酸洗、光亮固溶處理狀態成盤交貨，也可以直條交貨；棒材和環形件不經熱處理交貨。精密鑄件于鑄造狀態供應。
1.7 HastelloyX 熔煉與鑄造工藝 采用電弧爐加電渣或非真空感應爐加電渣重熔工藝。生產鑄件則采用感應爐重熔母合金后澆注于加熱的模殼內，澆注速度以快些為好。
1.8 HastelloyX 應用概況與特殊要求 該合金在國外航空發動機和民用工業中獲得了極為廣泛的應用，我國主要用于制造燃燒室部件和其他熱端部件以及蜂窩結構等。合金在高溫下*使用后有一定的時效硬化現象。
二、HastelloyX 物理及化學性能
2.1 HastelloyX 熱性能
2.1.1 HastelloyX 熔化溫度范圍 1295～1381℃[1]。
2.1.2 HastelloyX 熱導率 見表2-1。
2.1.3 HastelloyX 比熱容 見表2-2。
2.1.4 HastelloyX 線膨脹系數 見表2-3。
2.1.5 HastelloyX 合金鑄件的熱擴散率 見表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電性能 電阻率見表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 合金無磁性。
2.5 HastelloyX化學性能
2.5.1 HastelloyX抗氧化性能 合金在空氣介質中試驗100h后的氧化速率見表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力學性能
HastelloyX技術標準規定的不同品種的力學性能見表3-1。
表3-1
品種 | 室溫拉伸性能 | 815℃持久性能 | 其他性能 | ||||
σP0.2/MPa | σb/MPa | δ5/% | σ/MPa | t/h | δ5/% | ||
不小于 | |||||||
冷軋薄板 | 310 | 725 | 35 | 110 | 24 | 8.0 | 彎曲180° |
① δ<0.25mm的帶材的室溫抗拉強度σb≥725MPa,δ5≥25%。
② 精鑄件鑄態815℃的σb≥240MPa,δ5≥12%。經800℃，50h，空冷處理后HRC≤24。
四、HastelloyX 組織結構
4.1 HastelloyX相變溫度
4.2 HastelloyX時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 HastelloyX合金組織結構
4.3.1 該合金在固溶狀態的組織為奧氏體基體，還有少量的TiN和M6C型碳化物。經700～900℃*時效后主要析出相為M12C和M3B2，同時也伴有微量μ相和L相。經700℃，200h時效后出現少量σ相，但在800℃時效后σ相不存在，而析出微量M23C6，有時出現微量L相。因此合金在*時效后呈現一定程度的時效硬化現象，使塑性下降，高溫強度也有所減低。
4.3.2 冷軋薄板技術標準規定，供應狀態冷軋薄板的晶粒度應在4～8級范圍內。
五、 HastelloyX 工藝性能與要求
5.1 HastelloyX成形性能 合金具有良好的冷、熱加工成形性能。鍛造加熱溫度1170℃±10℃，終鍛溫度不低于950℃；板坯熱軋加熱溫度1150℃±10℃，終軋溫度不低于850℃；環形件熱軋加熱溫度1170℃±10℃。
合金的高溫拉伸塑性圖見圖5-1。高溫鐓粗試樣經1180℃，45min固溶處理后的再結晶曲線見圖5-2。
5.2 HastelloyX焊接性能 該合金具有良好的焊接工藝性能，可采用氬弧焊、縫焊和點焊等方法進行焊接。氬弧焊時*采用HHastelloyX或HGH3113焊絲。
5.2.1 HastelloyX手工氬弧焊對接規范見表5-1。
表5-1[5]
被焊材料 | 厚度/mm | 焊前狀態 | 焊絲 | 接頭形式 | 焊接電流/A | 氬氣流量/(L/min) | 鎢極直徑/mm | 電源及極性 | |
牌號 | 直徑/mm | ||||||||
HastelloyX＋HastelloyX | 1.0＋1.0 | 供應狀態或固溶狀態 | HHastelloyX | 1.2～1.6 | 對接 | 40～60 | 10～13 | 1.6～2.0 | 直流正極性 |
1.5＋1.5 | HHastelloyX | 1.2～1.6 | 50～70 | 12～15 | 1.8～2.2 | ||||
5.2.2 HastelloyX自動鎢極脈沖氬弧焊對接規范見表5-2。
表5-2
厚度/mm | 焊前狀態 | 焊絲 | 弧壓/V | 脈沖電流/A | 維弧電流/A | 脈沖幅比 | 脈沖寬比 | 脈沖頻率 | 焊接速度/(m/min) | 送絲速度/(m/min) | |
牌號 | 直徑/mm | ||||||||||
1.0 | 固溶 | - | - | 8.5 | 60 | 20 | 3 | 2 | 3 | 0.25 | - |
5.2.3 HastelloyX縫焊規范見表5-3。
表5-3[5]
被焊材料 | 厚度/mm | 焊前狀態 | 滾盤寬度/mm | 焊接時間/s | 休止時間/s | 焊接速度/(m/min) | 電極壓力/kN | |
上 | 下 | |||||||
HastelloyX＋HastelloyX | 1.0＋1.0 | 固溶或供應狀態 | 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點焊規范見表5-4。
表5-4[5]
| 被焊材料 | 厚度/mm | 焊前狀態 | 電極直徑/mm | 焊接時間/s | 電極壓力/kN | 單點抗剪強度/MPa | 正拉強度/MPa | |
上 | 下 | |||||||
HastelloyX＋HastelloyX | 1.0＋1.0 | 固溶或供應狀態 | 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焊接接頭的力學性能見表5-5。
表5-5[6]
焊接方法 | 厚度/mm | 焊前狀態 | 焊后處理 | 焊絲牌號 | θ/℃ | 接頭強度 | 持久性能 | ||
σb/MPa | 強度系數/% | σ/MPa | t/h | ||||||
氬弧焊 | 1.5 | 供應狀態 | 未處理 | HHastelloyX | 20 | 800 | 100 | - | - |
脈沖氬弧焊 | 1.0 | 供應狀態 | 未處理 | - | 20 | 842 | 100 | - | - |
1.5 | 供應狀態 | 未處理 | HSG-1 | 20 | 826 | 100 | - | - | |
縫焊 | 1.5 | 供應狀態 | 未處理 | - | 20 | 763 | 96 | - | - |
5.3 HastelloyX零件熱處理工藝 板材制件固溶處理：1150℃±10℃，2～15min，快速空冷。焊接件或火焰筒處理：980℃±10℃，60min，空冷。機加工后除應力處理：870℃±10℃，30～60min，空冷。零件穩定尺寸處理：760℃±10℃，2h，空冷。