Die Beherrschung der Warmumformbarkeit von Nimonic 75 und 80A ist von entscheidender Bedeutung für die Herstellung hochwertiger -Luft- und Raumfahrtkomponenten und deren Endung als Metallschrott. Diese Hochtemperaturlegierungen reagieren äußerst empfindlich auf Temperaturschwankungen. Unser technischer Leitfaden bietet die notwendigen Heizbereiche und Schmiedeprozesse, um Kornvergröberung und Heißrissbildung zu verhindern. Als führender Hersteller von Nickellegierungen bietet Gnee Steel VIM + ESR-Schmelzstäbe mit hervorragenden Schmiedeeigenschaften und struktureller Gleichmäßigkeit, um Ihre anspruchsvollsten Projektanforderungen zu erfüllen.
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Leitfaden zum Warmumformen und Schmieden von Nimonic 75- und 80A-Hochtemperaturlegierungen
Leitfaden zum Warmumformen und Schmieden von Nimonic 75- und 80A-Hochtemperaturlegierungen
In diesem Leitfaden werden die Warmbearbeitungs- und Schmiedeprozesse für zwei Superlegierungen auf Nickel-Chrom--Basis beschrieben, die häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie im Turbinenbau eingesetzt werden: Nimonic 75 und Nimonic 80A. Nimonic 75 ist eine durch feste Lösung-verstärkte Legierung mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und mäßiger Festigkeit; während Nimonic 80A eine ausscheidungsverstärkte Legierung mit überlegener Zeitstandfestigkeit ist.
Wie bearbeitbar ist NIMONIC 75?
Nimonic 75 ist ein hitzebeständiges Superlegierungsmaterial (HRSA) auf Nickelbasis mit einem Bearbeitbarkeitsgrad von 17 % und einer Härte von 90 HRB.
1. Chemische Zusammensetzung: Nimonic 75 vs. Nimonic 80A
| Element | Nimonic 75-Gehalt (%) | Nimonic 80A-Gehalt (%) |
|---|---|---|
| Nickel (Ni) | Saldo (größer oder gleich 73,0) | Saldo (größer oder gleich 65,0) |
| Chrom (Cr) | 18.0 – 21.0 | 18.0 – 21.0 |
| Titan (Ti) | 0.2 – 0.6 | 1.8 – 2.7 |
| Aluminium (Al) | 0.1 – 0.2 | 1.0 – 1.8 |
| Kohlenstoff (C) | 0.08 – 0.15 | 0,10 max |
| Silizium (Si) | Kleiner oder gleich 1,0 | Kleiner oder gleich 1,0 |
| Mangan (Mn) | Kleiner oder gleich 1,0 | Kleiner oder gleich 1,0 |
| Eisen (Fe) | Kleiner oder gleich 5,0 | Kleiner oder gleich 3,0 |
| Kupfer (Cu) | Kleiner oder gleich 0,5 | Kleiner oder gleich 0,2 |
| Schwefel (S) | Kleiner oder gleich 0,015 | Kleiner oder gleich 0,015 |
| Kobalt (Co) | – | Kleiner oder gleich 2,0 |
| Bor (B) | – | Kleiner oder gleich 0,008 |
| Zirkonium (Zr) | – | Kleiner oder gleich 0,15 |
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2. Vergleich der mechanischen Eigenschaften zwischen Nimonic 75 und Nimonic 80A
| Eigentum | Nimonic 75 (geglüht) | Nimonic 80A (lösungsbehandelt + gealtert) |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit, ultimativ (Raumtemperatur) | 650 – 750 MPa | 1000 – 1250 MPa |
| Zugfestigkeit, Streckgrenze (0,2 % Offset) (Raumtemperatur) | 300 – 450 MPa | 620 – 850 MPa |
| Bruchdehnung (Raumtemperatur) | 30 – 40% | 20 – 30% |
| Härte, Rockwell C (HRC) | 15 – 25 | 28 – 38 |
| Härte, Brinell (HB) | 150 – 200 | 280 – 350 |
| Elastizitätsmodul (E-Modul) | 211 GPa | 211 GPa |
| Poissonzahl | 0.30 | 0.30 |
| Schlagfestigkeit (Charpy V-Kerbe, Raumtemperatur) | ~100 – 150 J | ~40 – 80 J |
Mechanische Eigenschaften von Nimonic 75- und Nimonic 80A-Legierungen bei hohen Temperaturen
| Temperatur | Eigentum | Nimonic 75 | Nimonic 80A |
|---|---|---|---|
| 500 Grad | Zugfestigkeit (ultimativ) | ~600 MPa | ~1050 MPa |
| Streckgrenze (0,2 %) | ~280 MPa | ~750 MPa | |
| 600 Grad | Zugfestigkeit (ultimativ) | ~550 MPa | ~950 MPa |
| Streckgrenze (0,2 %) | ~260 MPa | ~700 MPa | |
| 700 Grad | Zugfestigkeit (ultimativ) | ~450 MPa | ~800 MPa |
| Streckgrenze (0,2 %) | ~240 MPa | ~650 MPa | |
| 750 Grad | Zugfestigkeit (ultimativ) | ~380 MPa | ~700 MPa |
| Streckgrenze (0,2 %) | ~220 MPa | ~600 MPa | |
| 800 Grad | Zugfestigkeit (ultimativ) | ~300 MPa | ~550 MPa |
| Streckgrenze (0,2 %) | ~180 MPa | ~450 MPa |
Kriech- und Spannungsbrucheigenschaften von Nimonic 75- und Nimonic 80A-Legierungen
| Eigentum | Nimonic 75 | Nimonic 80A |
|---|---|---|
| Zeitstandfestigkeit (1000 Stunden bis 0,1 % Kriechen) | ||
| – bei 600 Grad | ~100 MPa | ~250 MPa |
| – bei 700 Grad | ~50 MPa | ~150 MPa |
| – bei 750 Grad | ~30 MPa | ~100 MPa |
| Spannungsbruch (1000 Stunden) | ||
| – bei 700 Grad | ~80 MPa | ~200 MPa |
| – bei 750 Grad | ~50 MPa | ~140 MPa |
| – bei 800 Grad | ~30 MPa | ~90 MPa |
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3. Warmumformung und Schmieden von Nimonic 75 (UNS NO6075)
Nimonic 75 weist eine relativ gute Duktilität auf und lässt sich leichter formen als 80A. Es wird üblicherweise zur Herstellung von Brennkammern, Flammrohren und Plattenkomponenten verwendet.
Schmiedetemperaturbereich:982–1204 Grad (1800–2200 Grad F).
Warmarbeitstemperaturbereich:950–1220 Grad (1740–2230 Grad F).
Prozessablauf:
o Das Erhitzen sollte schnell auf die erforderliche Temperatur erfolgen und ausreichend lange gehalten werden.
o Diese Legierung weist eine gute Duktilität auf und kann große Verformungen ohne Bruch aushalten.
o Da es nicht aushärtet, besteht im Vergleich zu 80 A ein geringeres Risiko temperaturempfindlicher Risse beim Abkühlen.
Wärmebehandlung nach dem-Schmieden:Glühen bei 1050–1051 Grad (1925 Grad F), gefolgt von Luftkühlung zur Optimierung der Mikrostruktur. AZoM+2
Nimonic 75 VS Nimonic 80A
4. Warmumformung und Schmieden von Nimonic 80A (UNS NO7080)
Nimonic 80A ist für Anwendungen mit hoher Beanspruchung (z. B. Turbinenschaufeln, Auslassventile) konzipiert und erfordert aufgrund seiner ausscheidungshärtenden Eigenschaften eine sorgfältige Handhabung beim Schmieden.
Schmiedetemperaturbereich:1050–1200 Grad (1920–2190 Grad F).
Optimale Schmiedetemperatur:950–1150 Grad gelten im Allgemeinen als praktischer Bereich; Temperaturen über 1150 Grad können zu anfänglichem Schmelzen führen, insbesondere bei hohen Dehnungsgeschwindigkeiten.
Prozessablauf:
o Vorheizen/Halten:Typischerweise 1 Stunde lang in einem Drehrohrofen vorgewärmt oder bei großen Knüppeln 8 Stunden lang bei 1080 Grad gehalten.
o Verformung:Aufgrund des engen Schmiedebereichs und der relativ schlechten Schmiedeeigenschaften dieser Legierung wird Hochgeschwindigkeitsschmieden (z. B. Schneckenpresse) empfohlen. Kühlmethode: Luftkühlung.
Mängelkontrolle:Wenn die Schmiedetemperatur unter 950 Grad liegt, kann es zu Oberflächenrissen kommen.
Wärmebehandlung nach dem Schmieden: Lösungsbehandlung bei 1080 Grad für 8 Stunden, Luftkühlung, gefolgt von einer Alterungsbehandlung bei 700 Grad für 16 Stunden, um die endgültigen mechanischen Eigenschaften zu erreichen.
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5. Vergleich der Eigenschaften zwischen Nimonic 75 und Nimonic 80A
| Besonderheit | Nimonic 75 | Nimonic 80A |
|---|---|---|
| Stärkung | Solide Lösung | Niederschlag (Al + Ti) |
| Schmiedetemp | 982 - 1204 Grad | 1050 - 1200 Grad |
| Heißverarbeitbarkeit | Exzellent | Mäßig bis schlecht |
| Fälschbarkeit | Hoch | Niedrig (höhere Last erforderlich) |
| Hauptrisiko | Mäßig bis niedrig | Oberflächenrisse / Anschmelzen |
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FAQ
F1: Warum liegt die Schmiedetemperatur für Nimonic 80A so viel höher als 75?
A:Nimonic 80A enthält Aluminium (Al), das die ′-Phase bildet. Wenn Sie zu kalt schmieden, beginnt diese Phase auszufallen, wodurch das Material extrem hart und anfällig für „spannungsbedingte Risse“ wird. Durch die Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur (über 1050 Grad) bleiben diese Elemente in Lösung.
F2: Kann ich Nimonic 75 nach dem Warmschmieden luft-kühlen?
A:Ja, Nimonic 75 ist eine Mischkristalllegierung und relativ stabil. Bei Nimonic 80A kann jedoch je nach Querschnitt eine kontrollierte Abkühlung oder ein schnelles Abschrecken mit Wasser erforderlich sein, um die Kornstruktur für die anschließende Alterung zu optimieren.
F3: Was ist die typische Vorlaufzeit für Nimonic-Knüppel mit großem Durchmesser?
A:Wir unterhalten ein großesLagerbestand auf Lagerfür Knüppel bis Φ150mm fürsofortiger weltweiter Versand. Für kundenspezifische Schmiedeläufe bis zu einem Durchmesser von 350 mm beträgt unsere typische Vorlaufzeit 4–6 Wochen.