Nimonic 90镍基高温合金棒 时效硬化镍铬钴合金

Nimonic 90合金技术综述一、合金定位与成分组织

Nimonic 90（UNS N07090，DIN 2.4632/2.4969，国内对应 GH4090，AWS 030）是镍-铬-钴基沉淀硬化型抗蠕变高温合金，属英国 Nimonic 系列经典牌号，在 Nimonic 80A 基础上提高钴并优化铝钛比以强化蠕变性能。 成分以镍为余量，铬 18–21% 形成 Cr₂O₃ 抗氧化膜，钴 15–21% 提高γ′固溶度、压低层错能并稳定碳化物，钛 2.0–3.0% 与铝 1.0–2.0% 总量约 3–5% 构成 γ′[Ni₃(Al,Ti)] 沉淀强化核心，碳≤0.13%、硅锰≤1.0%、铁≤1.5%、硼≤0.02%、锆≤0.15% 净化晶界，铜≤0.2%、铅≤0.002% 严控低熔点杂质。 密度 8.18 g/cm³，熔点（固相线/液相线）约 1310/1370℃，20–100℃ 线膨胀系数 12.7 μm/m·℃，538℃ 约 14.8 μm/m·℃，弹性模量退火态约 213–220 GPa、弹簧态时效可达 227–240 GPa。 显微组织为奥氏体（γ）基体 + 弥散 γ′ 相 + 微量碳化物，属变形合金，以棒、板、带、丝、锻件、环件供货，强化逻辑是"γ′沉淀为主、钴铬固溶为辅"的双机制协同。

二、力学性能与服役行为

标准热处理（棒材 1080℃×8h AC + 700℃×16h AC；板材 1150℃ 短时淬火 + 925℃×1h AC + 750℃×4h AC）后，室温典型值：抗拉强度 1175–1265 MPa（棒材标准下限≥1200 MPa），屈服强度（Rp0.2）752–831 MPa（标准下限≥685–750 MPa），断后延伸率 25–30%（标准≥16.5%），断面收缩率约 40%+，硬度 HB 293、32–40 HRC。 抗压强度无标准强制值，按 γ′ 强化镍基合金压缩/拉伸近对称、压缩极限略高的规律，室温抗压强度取约 1300–1400 MPa（压缩屈服约 850–950 MPa）。 高温性能是核心竞争力：20℃ Rm≈1235、Rp0.2≈1075 MPa；650℃ Rm≈955、Rp0.2≈720 MPa；760℃ Rm≈800、Rp0.2≈560 MPa；815℃ Rm≈655、Rp0.2≈460 MPa；870℃ Rm≈510、Rp0.2≈340 MPa。 持久性能（挤压棒+锻造，1080℃/8h+700℃/16h）：700℃/330 MPa 约 500 h、750℃/209 MPa 约 300 h、815℃/105 MPa 约 100 h、870℃/52 MPa 约 100 h，815℃/380 MPa 下寿命>1000 h，显著优于 Nimonic 80A。 服役上限约 920℃（抗氧化可达约 950–1000℃），最高使用温度约 1300°F（704℃）下保持高应力；边界是 900℃ 以上 γ′ 迅速回溶、强度陡降，故超温段需靠涂层或换用更高 γ′ 固溶温度的牌号。

三、加工工艺与典型应用

热加工窗口 1050–1200℃，始锻≤1150℃、终锻≥950℃，锻造比≥4 以破碎铸态组织；固溶态（1050–1100℃ 水淬）冷成形性良好，退火板延伸率可达 50%，弹簧绕制须在固溶态进行后时效。 切削因 γ′ 强化与加工硬化严重，宜用硬质合金/陶瓷刀低速大进给、充足冷却液；焊接性尚可，推荐 TIG、电子束，焊后须重新时效恢复强度，异种连接可用 Nimonic 80A 焊材。 以弹簧态时效（650℃×4h 或 600℃×16h）可获 189–260 ksi（1300–1800 MPa）抗拉与低松弛，适用温度可达 600℃；退火+时效态（750℃×4h）则以抗松弛为主，适用至 600–700℃。 典型应用覆盖：航空发动机涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、承力环（815–920℃ 转动件）；汽车与舰船燃气轮机、涡轮增压器涡轮；高温弹簧（600℃ 长期工作）、核反应堆控制机构、工业炉夹具、热作模具与挤压芯棒；排气再热器、紧固件及油气管件（符合 NACE MR0175/ISO 15156-3 抗硫应力开裂）。

Nimonic 90 以"高钴+高钛铝 γ′ 强化"在 815–920℃ 区间拿到室温 Rm≈1200 MPa、Rp0.2≈800 MPa、A≈25–30% 与 815℃/380 MPa>1000 h 持久寿命，室温抗压强度约 1300–1400 MPa、屈服强度 750–830 MPa、断后延伸率 25–30%，是 Nimonic 80A 的蠕变升级版与 GH4090 的母牌号；工程边界是 900℃ 以上 γ′ 回溶软化、钴含量高导致成本高企，适合作为"高应力中温段涡轮转动件与高温弹簧"而非超温（>950℃）长期承载体或低成本通用件。

UNS N06600、Inconel600、Alloy600、UNS N06601、Inconel601、Alloy601、UNS N06625、Inconel625、Alloy625、Inconel690、Inconel718、InconelX-750

二、英科：

UNS NO8800、Incoloy800、Alloy800UNS NO8810、Incoloy800H、Alloy800H/800HT、UNS NO8825、Incoloy825、Alloy825

三、Carpenter20合金：

Alloy20cb-3、UNS NO8020

四、蒙乃尔：

Monel400NO4400Alloy400MonelK500NO5500

五、哈氏合金：

Hastelloy C-276、C-22、C-4、Hastelloy B、B-2、B-3、Hastelloy X、G、G2、G3、Hastelloy G30

六、固溶强化性铁镍基合金：

NS111、NS112、NS113、NS131、NS141、NS142、NS143

七、固溶强化型镍基合金：

NS311、NS312、NS313、NS314、NS315、NS321、NS322、NS331、NS332、NS333、NS334、

NS335、NS336、NS341

八、时效强化型镍基合金：

NS411

九、固溶强化型铁基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

十、时效硬化性铁基合金：

GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132/SUH660、GH2135、GH2136、GH2302

十一、固溶强化型镍基合金：

GH3030、GH3039、GH3044、GH3028

十二、时效硬化型镍基合金：

GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169

十三、奥氏体不锈钢:

904L（UNS N08904）、Nitronic60(S21800）、nitronic50(XM-19)/S20910、304L、316Ti、316N、316LN、316Mod、317L、317LN、309S、310S、304N

十四、复合式不锈钢：

SAF2205（F51）、SAF2507（F53）、S32760、254SMo（F44、DIN1.4529）、329J1（0Cr26Ni5Mo2）、SAF2506、0Cr17Mn13Mo2N(A4钢)

十五、沉淀硬化不锈钢

17－4PH(SUS630、S17400、0Cr17NiCu4Nb)、17-7PH（SUS631、0Cr17Ni7Al)、15-7Mo（SUS632、0Cr15Ni7Mo2Al）、15-5PH VAR(S15500、0Cr15Ni5Cu3Nb)

十六、其它：

可伐合金4J29 Kovar，Invar合金4J36 Invar合金、4J34，4J46，4J32，4J42