文章目录
Nimonic 263（UNS N07263 / W.Nr. 2.4650 / 中国相近试制牌号 GH263 或 GH5263），是一款γ′相沉淀硬化型镍-铬-钴-钼高温合金，典型成分为 Ni–20Cr–20Co–6Mo–0.4Ti–(≤0.15)Al–0.06C。它由英国 Rolls-Royce / Wiggin 公司开发，专用于650–850℃ 承温、需焊接后直接时效且不产生应变时效开裂（Strain-Age Cracking, SAC）的大型薄壁钣金构件——典型如航空发动机燃烧室火焰筒、过渡段、加力喷管外罩。
与固溶强化型合金（Inconel 625 / Hastelloy X）相比，Nimonic 263 经时效后具有显著更高的蠕变断裂强度；与高强度盘件合金（Inconel 718 / René 41）相比，其 Al+Ti 总量低（≈0.45–0.65% vs. 718 约 5.5% Al+Ti），Mo 部分替代 γ′ 强化并抑制 HAZ 中 γ′ 过快析出，焊缝热影响区不易在焊后时效中沿晶开裂（SAC 抗性优），且固溶态成形性与 Inconel 625 相当。
1. 牌号对照与执行标准
|
体系 |
牌号 / 标准 |
|---|---|
|
UNS（美） |
N07263 |
|
DIN / EN |
2.4650 / NiCr20Co20Mo6Ti（DIN 17744 参照） |
|
英国牌号 |
Nimonic 263；BS HR 10（薄板/带/中板）；BS HR 12（棒/锻件参考） |
|
AMS（薄板/带） |
AMS 5872（固溶退火态薄板及带材） |
|
中国近似 |
GH263 / GH5263（航空试制技术条件，多按 UNS N07263 成分与 BS HR 10 性能验收） |
|
焊丝 |
ERNiCrMo‑9 / ERNiCrMo‑12 或同质 N07263 焊丝 |
2. 化学成分（BS HR 10 / AMS 5872 要求）
|
元素 |
最小值(%) |
最大值(%) |
典型控制值 |
作用 |
|---|---|---|---|---|
|
Ni |
余量(Bal.) |
余量 |
48–52 |
γ 基体；γ′(Ni₃Ti) 形成基体 |
|
Cr |
19.0 |
21.0 |
20.0 |
Cr₂O₃ 保护膜（抗氧化）；稳定 γ |
|
Co |
19.0 |
21.0 |
20.0 |
提高 γ′ 固溶温度(~885–900℃)；固溶强化 |
|
Mo |
5.6 |
6.1 |
5.9 |
固溶强化；提高蠕变抗力及耐点蚀性 |
|
Ti |
0.30 |
0.60 |
0.40 |
主 γ′ 形成元素 (Ni₃Ti)；时效硬化源 |
|
Al |
— |
0.30(有些版≤0.60) |
≤0.15(常0.06–0.10) |
次 γ′ 形成元素；刻意压低以降低 SAC 敏感性 |
|
C |
0.04 |
0.08 |
0.06 |
晶界 M₂₃C₆ / MC 碳化物，微量强化 |
|
Fe |
— |
0.50(有些规范0.30) |
≤0.20 |
杂质上限 |
|
Mn |
— |
0.60 |
≤0.30 |
脱氧 |
|
Si |
— |
0.40 |
≤0.15 |
— |
|
S |
— |
0.015 |
— |
— |
|
B |
— |
0.005 |
0.001–0.003 |
晶界强化（微量） |
|
Cu |
— |
0.25 |
— |
杂质 |
关键特征：Al+Ti 总量 ≈ 0.45–0.65%（远低于 Nimonic 90 ≈ 4.0–4.5% 或 Inconel 718 ≈ 5.0–6.0%），Mo ≈ 6% 部分承担强化角色——这是 SAC 抗性好的根本原因。
3. 典型室温和高温力学性能
固溶退火态（SA，供货态供成形）：
Rm ≈ 750–850 MPa，Rp0.2 ≈ 300–380 MPa，A₅₀ ≥ 35–45%
固溶退火 + 时效态（SA+A，典型：800℃×8h/AC 或 750℃×16h/AC）：
|
温度(℃) |
Rm(MPa) |
Rp0.2(MPa) |
A₅₀(%) |
|---|---|---|---|
|
20(RT) |
950–1080 |
620–720 |
25–35 |
|
540 |
880–940 |
560–620 |
26–32 |
|
650 |
820–880 |
510–570 |
24–30 |
|
760 |
650–720 |
400–460 |
22–28 |
|
815 |
520–590 |
320–380 |
20–28 |
|
870 |
400–460 |
250–310 |
18–26 |
-
蠕变/持久（参考，非设计许用值）：
750℃ / 200 MPa ≈ 100–200 h；800℃ / 140 MPa ≈ 80–150 h；815℃ / 105 MPa ≈ 50–100 h
→ 优于 Hastelloy X / Inconel 625（固溶型），弱于 Inconel 718（盘件合金）但成形焊接性远优。
-
应变-时效开裂（SAC）： 薄板（≤ 2–3 mm）焊接后可直接整体时效；厚大件(>6–8 mm)拘束极高时需谨慎——但总体远优于 Nimonic 90 / René 41 / Waspaloy。
4. 物理常数（20℃ 典型，退火态）
|
性能 |
数值 |
|---|---|
|
密度 |
8.36 g/cm³ (0.302 lb/in³) |
|
熔点范围 |
1315–1370℃（固相线≈1315℃） |
|
弹性模量 E |
208 GPa @20℃；≈165 GPa @700℃ |
|
平均线胀系数(20–800℃) |
13.2×10⁻⁶ /K |
|
热导率 λ |
11.5 W/(m·K)@100℃；≈17 W/(m·K)@700℃ |
|
比热 cp |
≈460 J/(kg·K)@RT |
|
电阻率 |
≈1.18 µΩ·m @20℃ |
|
磁性 |
无磁性（FCC γ 全温区） |
5. 热处理与时效制度
-
固溶退火（Solution Anneal）：
1120–1150℃ × 按截面保温（薄板 5–15 min/mm）→ 快速空冷（薄规格）或水淬（厚板/锻件）
→ 获得单一 γ + 溶解 γ′ / 碳化物；软化至 Rp0.2≈300–380 MPa 便于成形。
-
时效（Precipitation Hardening）：
-
标准（BS HR 10）：800℃ × 8 h / 空冷（单级）
-
替代：750–760℃ × 16 h / 空冷（稍细 γ′，略低峰值强但延展微优）
-
不采用 Inconel 718 的双级时效（无 η 相调控需求）。
-
-
焊后处理：
焊接（GTAW/GMAW）→ 可对整体进行固溶（若局部需）＋直接单级时效。因低 Al+Ti 及 Mo 作用，HAZ 中 γ′ 再析出较缓和 → SAC 概率低。
-
禁忌：
避免长时间 > 950℃（γ′ 粗化/转 η 相 Ni₃Ti 六方）；避免在 650–750℃ 无固溶直接长时保温（轻微 M₂₃C₆ 析出不影响使用但如未时效则未强化）。
6. 焊接、成形与机加工
-
焊接： GTAW / GMAW / EBW 均可。推荐填充金属：同质 N07263 焊丝；Inconel 625（ERNiCrMo‑3）可作异种焊但会降低时效后蠕变强度（不推荐主承力时效件）。
-
焊前：固溶态最好（软、低 HAZ 硬化）；
-
焊后：整体时效 → 全件均匀 γ′ 分布。
-
-
成形： 固溶态薄板最小弯曲半径 R ≈ 2–3 t（冷弯）；回弹大于奥氏体 SS 但可控。中间退火（1120–1150℃→快冷）可恢复塑性。
-
机加： 类似其它 γ′ Ni 基——加工硬化明显，需用硬质合金刀具、低切削速度（8–15 m/min）、大进给、充足冷却液、刚性装夹。
7. 抗氧化与环境耐受
-
静态空气氧化： Cr₂O₃ 膜 → 连续使用上限 ≈ 980℃（短时 1050℃）；在 870–950℃ 燃烧室气流中表现良好。
-
含硫燃气： 由于 Ni 基体（≈50%），低于 Co 基合金（Haynes 25/188）的抗硫化性；但在典型航空燃机主燃区（pO₂ 适中）可用，优于无 Cr 合金。
-
热腐蚀（Type I / II）： 与 Inconel 625/617 相当；若有 Na₂SO₄+V₂O₅ 沉积需 MCrAlY 涂层或评估降额。
8. 典型应用
|
领域 |
部件 |
选用依据 |
|---|---|---|
|
航空发动机（军民） |
环形/筒型燃烧室火焰筒、火焰稳定器、过渡段导管、加力筒体外皮 |
650–800℃ 蠕变 + 焊接后直接时效不裂 + 良好钣金成形 |
|
工业燃气轮机 |
燃烧室衬套、排气过渡锥（≤ 850℃ gas path） |
优于 Hastelloy X 的蠕变；可焊 |
|
航天/导弹 |
发动机热燃气导管（薄壁） |
焊+时效；轻 |
|
MRO |
原厂图纸指定 Nimonic 263 / BS HR 10 / AMS 5872 件替换 |
需成分+时效性能匹配 |
9. 与相近合金简要对比
|
项目 |
Nimonic 263 (N07263) |
Hastelloy X (N06002) |
Inconel 625 (N06625) |
Inconel 718 (N07718) |
|---|---|---|---|---|
|
强化方式 |
γ′(Ti 低)+Mo 固溶 |
固溶(W/Mo/Co) |
固溶(Nb/Mo) |
γ″+γ′(Al+Ti≈5.5%) |
|
650–800℃ 蠕变 |
★★★★☆ |
★★★☆☆ |
★★☆☆☆ |
★★★★★(峰) |
|
薄板焊接SAC倾向 |
低(优) |
很低 |
很低 |
中–高(厚件敏感) |
|
成形性(固溶态) |
★★★★☆ |
★★★★☆ |
★★★★★ |
★★★☆☆(淬敏感) |
|
典型用途 |
燃烧室筒/导管 |
燃烧室(老)/排气集管 |
低温强韧/海水 |
盘/叶/高强紧固 |
Nimonic 263（UNS N07263 / W.Nr. 2.4650）是含 Ni–20Cr–20Co–6Mo–0.4Ti(Al≤0.15) 的沉淀硬化镍基高温合金：
-
经 800℃×8h 单级时效 获得 γ′(Ni₃Ti) 强化，650–850℃ 蠕变优于固溶型 Ni 基（Hastelloy X / Inconel 625）；
-
低 Al+Ti + Mo 替代强化 → 焊缝 HAZ 不易应变时效开裂，适合大型薄壁焊接组件焊后整体时效；
-
固溶态具良好钣金成形性；抗氧化至 ≈980℃（Cr₂O₃）；
-
主用于航空/工业燃机燃烧室火焰筒、过渡导管、加力喷管外壳。
不适用于：高应力旋转件（选 Inconel 718 / René 41 系列盘合金）或 >1050℃ 循环氧化（选 Haynes 188 / Inconel 617）。
