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Nimonic 90（UNS N07090 / W.Nr. 2.4632 / 中国 GH90 或 GH4090）是一款γ′ 沉淀硬化型 Ni-Cr-Co-Ti-Al 高温合金，典型成分为 Ni–19.5Cr–18Co–2.6Ti–1.5Al（Al+Ti 总量 ≈ 3.8–4.8%）。它由英国 Henry Wiggin（现 Special Metals 技术传承）开发，专为650–870℃ 长期承温、高蠕变要求的转动件与受力件设计——典型如航空发动机涡轮叶片、导向叶片（NGV）、高温阀门弹簧、锁紧环及热段紧固件。
与固溶强化型合金（Inconel 625 / Hastelloy X）及低 γ′ 的 Nimonic 263 相比，Nimonic 90 依靠更高体积的 γ′ 相 [Ni₃(Al,Ti)]（≈18–22%）获得显著更优的应力-断裂与蠕变强度，代价是焊后热影响区易应变时效开裂（Strain-Age Cracking, SAC），故通常不用于大型薄壁焊接钣金组件（燃烧室筒体优先选 Nimonic 263）。
1. 牌号对照与执行标准
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体系 |
牌号 / 标准 |
|---|---|
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UNS（美） |
N07090 |
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商用名 |
Nimonic® 90（Wiggin / Rolls-Royce 起源） |
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DIN / EN |
2.4632 / NiCr20Co18Ti（DIN 17744 高温合金参照） |
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中国（航空） |
GH90（老航空文献）/ GH4090（现代高温合金目录），按 UNS N07090 成分与 BS HR 1 性能验收 |
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BS（英） |
BS HR 1（棒/锻/丝）；BS HR 2（薄板限量） |
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AMS |
AMS 5829（棒/丝/锻件相关） |
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焊丝 |
同质 N07090 或 Inconel 82（ERNiCr-3，非受力时效件慎用） |
2. 化学成分（BS HR 1 / AMS 5829 要求）
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元素 |
最小值(%) |
最大值(%) |
典型值 |
作用 |
|---|---|---|---|---|
|
Ni |
余量(Bal.) |
余量 |
55–60 |
γ 基体；γ′(Ni₃(Al,Ti)) 形成基体 |
|
Cr |
18.0 |
21.0 |
19.5 |
Cr₂O₃ 保护膜（抗氧化至≈1040℃）；稳定 γ |
|
Co |
15.0 |
21.0 |
18.0 |
提高 γ′ 固溶温度(~985–1010℃)；固溶强化 |
|
Ti |
2.2 |
3.0 |
2.6 |
主 γ′ 形成元素（Ni₃Ti 主导） |
|
Al |
1.0 |
2.0 |
1.5 |
次 γ′ 形成元素（Ni₃Al 固溶入 γ′）；微量 Al₂O₃ 亚层助抗氧化 |
|
Mo |
— |
0.50（少数规范 1.0） |
≤0.30 |
固溶强化（次要） |
|
C |
0.04 |
0.10 |
0.06–0.08 |
M₂₃C₆ / MC 晶界碳化物，微量强化 |
|
Fe |
— |
3.0（典型 ≤1.0） |
≤1.0 |
杂质上限 |
|
B |
— |
0.008–0.015 |
0.004–0.006 |
晶界强化（微量） |
|
Mn / Si |
— |
1.0 / 0.50（依规范） |
≤0.5 / ≤0.2 |
脱氧 |
|
S |
— |
≤0.015（严者 ≤0.010） |
— |
严控 |
|
(Al+Ti)总 |
3.8–4.8% |
— |
— |
关键：高 γ′ 体积分数来源 |
3. 典型室温和高温力学性能（固溶+双级时效）
标准热处理（参考 BS HR 1）：
-
固溶：1080–1150℃（典型1120–1140℃）× 按截面保温 → 油/水淬
-
时效：700–750℃ × 16 h / AC + 650℃ × 16 h / AC（双级）
室温（时效态）：
-
Rm：1150–1280 MPa
-
Rp0.2：750–900 MPa
-
A₅₀：15–25%
-
Z：20–35%
-
硬度：34–42 HRC
高温拉伸（时效态典型值）：
|
温度(℃) |
Rm(MPa) |
Rp0.2(MPa) |
A₅₀(%) |
|---|---|---|---|
|
20 |
1180–1260 |
800–870 |
18–25 |
|
540 |
1050–1120 |
700–770 |
16–22 |
|
650 |
950–1020 |
620–690 |
15–21 |
|
760 |
780–850 |
500–570 |
14–20 |
|
815 |
620–690 |
400–460 |
13–19 |
|
870 |
480–540 |
300–360 |
12–18 |
应力-断裂（典型，仅供初步估算）：
-
750℃ / 240 MPa ≈ 1000 h
-
815℃ / 150 MPa ≈ 500–1000 h
-
870℃ / 100 MPa ≈ 500–1000 h
-
900℃ / 70 MPa ≈ 200–600 h（边际，不推荐持续设计）
4. 物理常数（20℃ 退火+时效态）
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性能 |
数值 |
|---|---|
|
密度 |
8.18 g/cm³ (0.295 lb/in³) |
|
熔点范围 |
1320–1365℃（固相线≈1320℃） |
|
弹性模量 E |
210–215 GPa @20℃；≈165 GPa @700℃ |
|
平均线胀系数(20–800℃) |
13.0×10⁻⁶ /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 |
≈1.20 µΩ·m @20℃ |
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磁性 |
无磁性（FCC γ 全温区） |
5. 抗氧化与环境表现
-
静态空气氧化： Cr₂O₃ 膜 + 微量 Al₂O₃ 亚层 → 连续使用上限 ≈ 1040℃（1900°F）；短时可达 1090℃。
-
热腐蚀（Type I / II）： 与 Inconel 625/617 相当（Cr≈20%）；海洋/舰船环境可能需 MCrAlY 涂层。
-
深冷韧性： FCC 基体 → 无韧脆转变；–196℃ A₅₀ 仍 ≥15–18% → 可用于深冷紧固件（非主储罐材）。
6. 典型应用
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领域 |
部件 |
选用依据 |
|---|---|---|
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航空/工业燃机 |
涡轮工作叶片（小发一二级）、导向叶片(NGV)、涡轮围带 |
650–870℃ 蠕变 + 氧化(Al助) + 成熟 pedigree |
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高温阀门弹簧、锁紧环、调节器弹簧 |
高屈服+良好应力松弛抗力(400–600℃设计) |
|
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热段螺栓/双头螺柱（涂 Ag 或 MCrAlY 防咬死/固体接触摩擦） |
强度至 870℃；需防微动磨损 |
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航天/小型涡轮泵 |
小尺寸涡轮叶片 |
锻+时效可行；可 HIP 铸+锻 |
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MRO |
原厂图纸指定 Nimonic 90 / BS HR 1 / AMS 5829 件替换 |
需全熔炼追溯+双级时效记录 |
7. 小结
Nimonic 90（UNS N07090 / W.Nr. 2.4632 / GH90≈GH4090）是含 Ni–19.5Cr–18Co–2.6Ti–1.5Al 的 γ′ 沉淀硬化镍基高温合金：
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经 1080–1150℃ 固溶 + 700–750℃/16h + 650℃/16h 双级时效 获 18–22% γ′ → 650–870℃ 蠕变优于 Nimonic 263 / Hastelloy X；
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抗氧化至 ≈1040℃（Cr₂O₃ + 微量 Al₂O₃）；
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典型应用：涡轮叶片/导向叶片、高温弹簧、紧固件；
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因高 Al+Ti → 焊后 HAZ 易应变时效开裂，不适合大薄壁焊接钣金（用 Nimonic 263）；
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不适用于 > 950℃ 长期离心载荷件（选 Waspaloy / Udimet 720 / René 80 等盘合金）。
