Сплав 90, Нимоник 90 Бар (Круглый планка, Плоский Бар), UNS N07090

Сплав 90, проволока Nimonic 90, UNS N07090

Сплав 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) — введение с описанием состава, свойств, применений и форм продукции

Сплав 90, коммерчески известный как Nimonic 90 и обозначенный UNS N07090, представляет собой высокопроизводительный суперсплав из никеля, хрома, алюминия и титана, известный исключительной прочностью к высоким температурам, устойчивостью к ползучести и долгосрочной устойчивостью к окислению. Этот сплав специально разработан для отличной работы в экстремальных тепловых условиях — включая длительное воздействие повышенных температур, циклических механических напряжений и суровых атмосфер, таких как газы сгорания — что делает его критически важным материалом в аэрокосмической, энергетической и развитой промышленности, где компоненты должны выдерживать экстремальную температуру и тяжёлые эксплуатационные нагрузки. Он доступен в широком спектре форм для удовлетворения различных промышленных потребностей, включая пруток (круглый прут, плоский), ленточные, проволочные, стержни, трубы, трубы, фольгу, пластины, листы, полосу и ковочный материал. Nimonic 90 Wire, в частности, выделяется своими одинаковыми высокотемпературными свойствами, гибкостью и точностью, что делает её идеальной для сварки, термонапылительных покрытий и сложных компонентов в горячих секциях газовых турбин и высокотемпературных промышленных системах. Ниже приведён подробный обзор его химического состава, ключевых свойств, практических применений и доступных форм продукта.

Химический состав

Точно сбалансированный химический состав сплава 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) является основой его исключительной производительности при высоких температурах и коррозионной устойчивости. Типичный состав (по весу) выглядит следующим образом:

Никель (Ni): 57-61% (основной матричный элемент, обеспечивающий структурную устойчивость при ультравысоких температурах и служащий основой для усиления силы гамма-осадков (γ')

Хром (Cr): 18-20% (образует плотный, прилипший слой оксида хрома, обеспечивающий превосходную устойчивость к окислению и сульфидированию при температурах до 1100°C)

Кобальт (Co): 15-17% (повышает прочность на высокие температуры, устойчивость к ползучести и термическую усталость за счёт стабилизации матрицы сплава и уменьшения грубости осадка)

Алюминий (Al): 1,4–1,8% (работает с титаном для образования крупных фракций гамма-праймов (γ') межметаллических осадков, ядра способствует высокотемпературной прочности сплава)

Титан (Ti): 2,4-2,8% (в сочетании с алюминием образуют гамма-праймовые осадки, значительно повышая прочность на ползучую прочность и поддерживая механическую целостность при повышенных температурах)

Углерод (C): 0,03-0,08% (образует мелкие карбиды с хромом и титаном, усиливая границы зерен и улучшая устойчивость ползучести без ущерба пластичности)

Железо (Fe): ≤ 1,0% (минимизировано для сохранения высокотемпературных свойств и предотвращения деградации устойчивости к окислению)

Кремний (Si): ≤ 0,4% (способствует окислению во время производства и поддерживает формирование стабильного оксидного слоя для повышения долгосрочной устойчивости к окислению)

Марганец (Миннесота): ≤ 0,5% (повышает температурную обработку, позволяя производить различные формы продукции, такие как проволока, фольга и полоса)

Бор (B): 0,003-0,010% (укрепляет границы зерна, снижает восприимчивость к разрыву ползучести и улучшает пластичность при высоких температурах)

Цирконий (Zr): 0,05-0,15% (стабилизирует карбиды, совершенствует микроструктуру и дополнительно повышает устойчивость ползучести и термическую усталость)

Фосфор (P): ≤ 0,02% (строго ограничено, чтобы избежать хрупкости границы зерна при высоком напряжении или термическом цикле)

Сера (S): ≤ 0,01% (минимизировано для обеспечения хорошей пластичности и устойчивости к коррозионным трещинам в суровых условиях)

Эта инженерная смесь — ориентированная на элементы никеля, хрома, кобальта и образования осадков — обеспечивает фирменный баланс Alloy 90 между прочностью на высокие температуры, устойчивостью к ползучести и устойчивостью к окислению, что критически важно для требовательных тепловых применений.

Ключевые свойства

Сплав 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) и его различные формы обладают исключительными свойствами, которые делают их незаменимыми в условиях сверхвысокотемпературных, коррозийных и циклических напряжений:

Механические свойства (состояние отжига в растворе и старение):

Прочность на разрыв: 1100-1250 МПа (159 500-181 300 psi) при комнатной температуре; сохраняет ~480 МПа (69 600 psi) при 900°C (1652°F)

Предел текучести (смещение 0,2%): 750-850 МПа (108 800–123 300 psi) при комнатной температуре; сохраняет ~420 МПа (60 900 psi) при 900°C (1652°F)

Удлинение (в 50 мм): 18-28% при комнатной температуре; 12-20% при 900°C (1652°F) (отличная пластичность для формирования сложных компонентов, таких как лопатки турбины и гильзы сгорания)

Уменьшение площади: 35-45% (превосходная прочность, устойчивость к разрушению при высоких температурах циклических напряжений и механических воздействиях)

Твёрдость: 35-40 HRC (твёрдость Роквелла) при комнатной температуре; поддерживает ~25 HRC при 900°C (1652°F)

Свойства при высоких температурах:

Непрерывная эксплуатационная температура: до 980°C (1796°F) (лучший производитель по никелевым сплавам, укреплённым осадками, с долгосрочной стабильностью в атмосфере воздуха и промышленного горания)

Сопротивление ползучести: исключительное сопротивление деформации ползучести — сила разрыва ползучести за 1000 часов ~240 МПа (34 800 psi) при 900°C (1652°F) и ~120 МПа (17 400 psi) при 980°C (1796°F)

Термическая усталость: Выдерживает многократные термические циклы (например, от 150°C до 950°C) без трещин, что критически важно для таких компонентов, как лайнеры сгорания газовой турбины и лопатки турбин

Устойчивость к окислению: Превосходная устойчивость к окислению и окилению в воздухе при температурах до 1100°C (2102°F), с минимальным приростом массы (≤ 6 мг/см²) даже после 5000 часов при 980°C (1796°F)

Устойчивость к коррозии:

Общая коррозия: отличная устойчивость к высокотемпературным газам сгорания (включая реактивное топливо и побочные продукты природного газа), промышленному пару и агрессивным органическим/неорганическим химикатам

Устойчивость к сульфидации: Устойчива к сульфидиации в средах, содержащих серу (например, угольные электростанции, мусоросжигательные заводы) при температуре до 900°C (1652°F)

Коррозия в ямках/щелях: хорошая устойчивость к образованию ямок в средних хлоридных условиях (например, аэрокосмические компоненты, подвергающиеся воздействию морской атмосферы и влажности)

Устойчивость к карбюризации: Сохраняет целостность в мягких и умеренных карбюризационных атмосферах (например, промышленные печи с термической обработкой), ограничивая поглощение углерода и предотвращая чрезмерный рост карбида

Физические свойства:

Плотность: 8,0-8,2 г/см³ (0,289-0,296 фунта/дюйм³)

теплопроводность: 10,5-12,5 Вт/(м·К) при 20°C (68°F); увеличивается до 22-25 Вт/(м·К) при 950°C (1742°F) (эффективное рассеивание тепла при высоких температурах, снижение теплового напряжения в компонентах)

Коэффициент теплового расширения: 12,5-14,5 мкм/(м·К) (20-950°C) (контролируемое расширение для минимизации теплового напряжения в собранных системах, таких как корпуса турбин)

Модуль упругости: 195-205 ГПа (28 300-29 700 кси) при комнатной температуре; снижается до ~135 GPa (19 600 кси) при 950°C (1742°F)

Температура плавления: 1350-1400°C (2462-2552°F)

Формы произведений

Сплав 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) выпускается в различных вариантах для специализированных применений, устойчивых к высоким температурам и коррозии:

Бар: доступен в виде круглой (диаметры от 8 мм до 180 мм) и плоской (толщина 4–90 мм, ширина 15–450 мм), идеально подходит для обработки в компоненты турбины, клапанные стержни и крепежи для высокотемпературных крепежей.

Лента: тонкие плоские полосы (толщина 0,08–0,9 мм, ширина 4–90 мм), используемые в термонапыляющих покрытиях, высокотемпературных электрических нагревательных элементах и гибких уплотнениях для промышленных печей.

Провод: Проволока Nimonic 90 (диаметры 0,4–5 мм) обладает одинаковыми высокотемпературными свойствами, подходящими для сварки (TIG/MIG), термического распыления и прецизионных нагревательных катушек в промышленных системах с высокой температурой.

Стержни: Цельные цилиндрические стержни (диаметры от 2 мм до 45 мм), используемые для газовой дуговой сварки (GTAW) для наполнителей и производства небольших высокотемпературных компонентов (например, опоры датчиков, штифты лопастей турбины).

Труба и труба: полые формы (внешний диаметр 5–90 мм, толщина стенки 0,4–9 мм) для высокотемпературного транспорта жидкостей (например, топливные линии газотурбин, теплообменные трубки на электростанциях).

Фольга: Ультратонкие листы (толщина 0,015–0,09 мм), используемые в прокладках высокотемпературных уплотнений, тепловых экранах для аэрокосмической электроники и тонкоплёночных тепловых барьерах.

Пластины и листы: плоские формы (пластины: толщина от 2 мм до 45 мм; листы: 0,25–2 мм) для изготовления вкладышей для сгорания, стенок печей и аэрокосмических теплообменников.

Лента: Узкие, плоские полосы (толщина 0,08–1,8 мм, ширина от 2 мм до 45 мм) для точных компонентов, таких как уплотнения турбины, ребра теплообменника и электрические контакты в условиях высоких температур.

Ковочный материал: заготовки и слитки для горячей ковки в сложные формы (например, газотурбинные диски, лопасти турбин, двери промышленных печей), требующие исключительной прочности при высоких температурах.

Применение

Исключительная прочность на высокие температуры, устойчивость к ползучести и устойчивость к окислению сплава 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) по различным формам делают его критически важным материалом в отраслях, требующих производительности при экстремальных тепловых условиях:

Аэрокосмическая и авиационная отрасль:

Газотурбинные двигатели: лопасти турбины высокого давления, лопатки, вкладыши сгорания и компоненты форсажа (из пластины, ковочного материала и листов) выдерживают температуры до 980°C (1796°F).

Аэрокосмические крепежи: высокотемпературные болты, шпильки и заклёпки (от стержня и шатуна), фиксирующие компоненты двигателя горячего сечения, подвергающиеся воздействию циклических тепловых напряжений и вибраций.

Ракетные двигательные системы: Гильзы камеры сгорания и компоненты сопел (из ковочного приклада, трубы и листа), устойчивые к экстремальному нагреву от сгорания ракетного топлива.

Энергия и производство электроэнергии:

Газо/паровые турбины: компоненты горячего сечения (из плит, ковочного материала и стержня) для промышленных турбин, выдерживающих высокие температуры и циклическую нагрузку.

Установки по переработке отходов в энергию: высокотемпературные влошки камеры горания и тепловые компоненты (из листов и пластин) выдерживают коррозийные дымовые газы и температуры выше 900°C.

Ядерная энергетика: передовые теплообменные трубки и конструктивные компоненты (из труб и пластин), устойчивые к излучению и высокотемпературным охлаждающим жидкостям в реакторах следующего поколения.

Промышленная и высокотемпературная обработка:

Высокотемпературные печи: стенки печей, нагревательные элементы, термопарные оболочки и мартенинские пластины (из провода, пластин и трубки), работающие в воздухе или инертных атмосферах до 1100°C (2102°F).

Химическая переработка: Лайнеры реакторов, опорные решётки катализатора и теплообменники (от пластин, трубки и штанги) выдерживают агрессивные химикаты (например, сильные кислоты, расплавленные соли) при повышенных температурах.

Металлургическая обработка: высокотемпературные термообработочные приборы, детали для обработки расплавленных металлов и компоненты отжигающих печей (из прутка, ковочного материала и пластин), устойчивые к износу и высокому нагреву.

Оборона и специализированная инженерия:

Двигатели военной авиации: Критически важные компоненты горячего сечения (из ковочного материала и пластин), требующие высоких температур в боевых условиях.

Гиперзвуковые транспортные средства: тепловые экраны и конструктивные элементы (из пластин и ковочного материала), выдерживают аэродинамическое нагрев до 980°C (1796°F).

Военно-морские системы: передовые компоненты морских газовых турбин (от пластин, трубы и перекладины), устойчивые к коррозии морской воды и высоким температурам.

Специализированные приложения по форме:

Проволока: сварка шпаклевки для соединения высокотемпературных компонентов, термические распыляющие покрытия для защиты от износа и коррозии, а также прецизионные нагревательные спирали.

Пластина/лист: Лайнеры для сгорания, стенки печей и аэрокосмические теплообменники, требующие больших плоских высокотемпературных поверхностей.

Труба/труба: Высокотемпературный транспорт жидкостей (топливные линии, теплообменные трубки) и термопарные защитные оболочки в коррозийных средах.

Ковочный материал: Сложные диски турбин, лопасти турбин и прочные компоненты промышленных печей, требующие индивидуальной формы и исключительной температурной прочности.

В итоге, сплав 90 (Nimonic 90 Wire, UNS N07090) — доступный в вариантах от стержня и проволоки до пластин и ковки — обеспечивает исключительную прочность на высокие температуры, устойчивость к ползучести и устойчивость к окислению. Её разнообразные формы продукции позволяют разрабатывать индивидуальные решения в аэрокосмическом, энергетическом, промышленном и оборонном секторах, что делает его критически важным материалом в приложениях, требующих надёжной работы при экстремальных тепловых условиях.

Упаковка Стандартная упаковка:

Типичная упаковка оптом включает паллетированный пластик объемом 5 галлонов/25 кг. ведра, волокнистые и стальные бочки до супермешков по 1 тонне в полном контейнере (FCL) или грузовиках (T/L). Исследовательские и пробные количества, а также гигроскопические, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут упаковываться под аргон или вакуум. Решения упаковываются в полипропиленовых, пластиковых или стеклянных банках до паллетированных жидких контейнеров объемом 1122 галлона. Специальный пакет доступен по запросу.