Materiálový list: Nimonic 90 / 2.4632 (Nicrofer 6025 Co / Alloy 90)
Nimonic 90 (W.Nr. 2.4632, UNS N07090) je precipitačně vytvrditelná superlegura na bázi niklu, chromu a kobaltu. Byla vyvinuta speciálně pro letecký, kosmický a energetický průmysl pro mechanicky extrémně namáhané komponenty pracující za vysokých teplot. Kombinuje vynikající mez kluzu, pevnost v tahu a vysokou dlouhodobou odolnost proti tečení (mez creepu) s mimořádnou odolností vůči vysokoteplotní oxidaci a korozi v agresivních plynech až do teploty 920 °C.
1. Přesné chemické složení
| Prvek (Značka) |
Procentuální podíl (%) |
Hlavní metalurgický význam a vliv |
| Nikl (Ni) |
Zbytek (cca 54 %) |
Základní kov matrice zajišťující plně stabilní austenitickou strukturu a vysokou teplotní houževnatost. |
| Chrom (Cr) |
18.0 - 21.0 % |
Vytváří povrchovou pasivní vrstvu oxidu chromitého chránící superleguru před oxidací a korozí za vysokých teplot. |
| Kobalt (Co) |
15.0 - 21.0 % |
Zásadní metalurgický přídavek, který zvyšuje pevnost mřížky za tepla, posouvá Curieovu teplotu a radikálně zvyšuje odolnost proti creepu. |
| Titan (Ti) |
2.0 - 3.0 % |
Klíčový prvek pro precipitační vytvrzení. Reaguje s niklem za vzniku zpevňující fáze gama-prim (\(\gamma'\)). |
| Hliník (Al) |
1.0 - 2.0 % |
Spolupůsobí s titanem při tvorby intermetalických srážek a napomáhá vnitřní stálosti oxidické ochranné vrstvy. |
| Železo (Fe) |
Max. 1.5 % |
Doprovodný prvek udržovaný na velmi nízké hladině k zachování čistoty letectvím certifikované superlegury. |
| Uhlík (C) |
Max. 0.13 % |
Kontrolované množství přispívá k tvorbě primárních karbidů, které zpevňují hranice zrn za extrémního žáru. |
2. Mechanické vlastnosti (Typické hodnoty při 20 °C ve vytvrzeném stavu)
| Mechanický parametr |
Garantovaná hodnota |
Podmínky a stav materiálu |
| Mez kluzu (Rp 0.2) |
≥ 750 MPa |
Ve stavu po plném precipitačním vytvrzení stárnutím (Solution Treated + Age Hardened). |
| Pevnost v tahu (Rm) |
1100 - 1300 MPa |
Extrémní pevnostní rozsah vyžadovaný pro rotující a dynamicky extrémně zatěžované letecké součásti. |
| Tažnost (A5) |
≥ 15 % |
I přes enormní pevnost si materiál zachovává spolehlivou plastickou rezervu bránící náhlému křehkému lomu. |
| Mez pevnosti při tečení (Creep) |
Špičková do 920 °C |
Garantuje extrémní odolnost proti rozměrovým změnám kovu pod dlouhodobým tlakem za vysokých teplot. |
3. Fyzikální vlastnosti
| Fyzikální veličina |
Hodnota |
Teplota a poznámka |
| Hustota |
8.18 g/cm3 |
Měrná hmotnost superlegury při pokojové teplotě 20 °C. |
| Bod tání |
1330 - 1400 °C |
Vysoká teplota tavení předurčuje materiál pro přímé nasazení v horkých zónách plynových turbín. |
| Tepelná vodivost |
11.5 W/m·K |
Měřeno při 20 °C; roste lineárně s rostoucím teplotním namáháním. |
| Modul pružnosti (E) |
213 GPa |
Modul pružnosti v tahu zaručující špičkovou strukturní tuhost lopatek turbín. |
4. Detailní popis vlastností a korozní odolnosti
Hlavní metalurgickou předností Nimonicu 90 je jeho schopnost dlouhodobě odolávat extrémním kombinovaným mechanickým a tepelným stresům. Přídavek kobaltu a srážkové zpevnění intermetalickými fázemi hliníku a titanu zabraňují popuštění a ztrátě pevnosti i při trvalém žáru. Z hlediska korozní odolnosti vykazuje tato superlegura excelentní stálost v oxidačních atmosférách letectva, spalinách proudových motorů a průmyslových plynů až do teploty 920 °C. Tvorba vysoce stabilní povrchové vrstvy oxidů chromu a hliníku brání pronikání kyslíku do struktury kovu a omezuje tvorbu i odlupování okují při prudkém cyklickém zahřívání a ochlazování (thermal fatigue). Vykazuje rovněž velmi dobrou odolnost vůči vysokoteplotní korozi za přítomnosti solí a popílku síry.
5. Nejčastější průmyslové aplikace a využití
- Letecký průmysl a aerospace: vysoce namáhané lopatky plynových a proudových turbín, disky rotorů, hřídele, těsnicí kroužky a spalovací komory.
- Automobilový průmysl a motorsport: výfukové ventily závodních motorů a vysoce zatěžované komponenty turbodmychadel.
- Energetika: lopatky stacionárních průmyslových plynových turbín a vysokoteplotní svorníky/šrouby parních přehříváků.
- Strojírenství: speciální kovárenské nástroje, zápustky pro tváření za tepla a vysoce pevné žárové pružiny.
6. Přehled norem a specifikace dle hutních polotovarů
| Typ polotovaru |
Technická norma ASTM / AMS / BS / DIN |
Rozsah platnosti a určení aplikace |
| Kruhová tyč / Výkovek |
ASTM B637 / AMS 5721 / BS HR2 / DIN 17752 |
Kované a tažené tyče, kovárenské polotovary a letecké polotovary pro mechanické obrábění turbínových lopatek, vřeten a ventilů. |
| Plech / Deska / Pás |
AMS 5588 / BS HR202 / DIN 17750 |
Válcované žáropevné plechy a pásy pro stavbu plášťů spalovacích komor a konstrukčních lezeckých dílů. |
| Trubka bezešvá |
BS HR401 / DIN 17751 |
Přesné bezešvé trubky pro technologické rozvody paliva a plynů v horkých zónách motorů. |
| Trubka svařovaná |
BS HR401 (Welded) |
Svařované konstrukční trubky pro výfukové a odtahové lezecké systémy proudových systémů. |
| Drát |
ASTM B637 (Drát) / AMS 5824 / DIN 17753 |
Za studena kalibrované dráty určené pro výrobu vysoce pevných vysokoteplotních mechanických pružin a spojovacího materiálu. |
Tento technický list má výhradně informativní charakter. Data jsou sjednocena z oficiálních specifikací výrobců Special Metals, VDM Metals a Haynes International za účelem křížového porovnání ekvivalentů. Historické vojenské a národní normy Nimonic 81 (2.4630) a Nimonic 91 (2.4631) jsou pro zachování kontinuity nákupních specifikací plně integrovány do tohoto standardu.