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Il Nimonic 105, designato come UNS N12105 e numero di materiale W.Nr. 2.4634, è una superlega di nichel-cromo-cobalto rafforzata da aggiunte di molibd...
Il Nimonic 105 bar, designato come UNS N12105 e numero di materiale W.Nr. 2.4634, è una superlega di nichel-cromo-cobalto rafforzata da aggiunte di molibdeno, alluminio e titanio. È stata progettata per garantire un'eccezionale resistenza alle alte temperature e al creep, rendendola adatta ai componenti a sezione calda più impegnativi dei motori delle turbine a gas, in particolare alle parti rotanti che operano a temperature fino a circa 950°C (1740°F). Questa forma di barra è un materiale fondamentale per la lavorazione e la forgiatura di pale di turbine, dischi e altri componenti ad alta sollecitazione nel settore aerospaziale e della generazione di energia industriale.
Il Nimonic 105 appartiene a una classe di superleghe a base di nichel lavorate ad alte prestazioni, progettate per applicazioni estreme caratterizzate da temperature elevate e sollecitazioni intense. Combina l’irrobustimento per soluzione solida apportato dal cobalto e dal molibdeno con l’irrobustimento per precipitazione derivante dall’alluminio e dal titanio, che formano la fase gamma prime (γ’). La lega è nota per la sua eccellente resistenza allo scorrimento e alla rottura a lungo termine, nonché per la buona resistenza all’ossidazione. Le barre e le billette sono materie prime essenziali per la produzione di parti rotanti critiche nelle sezioni più calde delle turbine.
L'eccezionale capacità alle alte temperature delle barre di Nimonic 105 è ottenuta grazie a una complessa composizione a più elementi. Fornita da Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd., la barra è prodotta secondo precise specifiche aerospaziali per garantire prestazioni costanti.
| Elemento | Percentuale (%) - Gamma tipica | Funzione primaria nella lega |
|---|---|---|
| Nichel (Ni) | Equilibrio | Elemento di base; costituisce la matrice austenitica e favorisce la precipitazione di γ’. |
| Cromo (Cr) | 14.0 – 15.7 | Resiste all'ossidazione e alla corrosione a caldo. |
| Cobalto (Co) | 18.0 – 22.0 | Aggiunta significativa; fornisce un potente rafforzamento della soluzione solida e migliora la stabilità alle alte temperature. |
| Molibdeno (Mo) | 4.5 - 5.5 | Fornisce un rafforzamento della soluzione solida e migliora la resistenza allo scorrimento. |
| Alluminio (Al) | 4.5 – 4.9 | Elemento indurente primario; forma la fase di rinforzo gamma prime (γ’) Ni₃Al. |
| Titanio (Ti) | 0.9 – 1.5 | Elemento di indurimento secondario; sostituisce la fase γ’ (Ni₃(Al,Ti)). |
| Carbonio (C) | 0.12 – 0.20 | Controllo della formazione di carburi rinforzanti ai confini dei grani. |
| Boro (B) | 0.003 – 0.010 | Aggiunta di tracce per rafforzare i confini dei grani. |
| Zirconio (Zr) | 0.03 – 0.10 | Aggiunta di tracce per migliorare la durata della rottura per scorrimento e la duttilità. |
| Manganese (Mn) | 1,0 max | Elemento residuo. |
| Silicio (Si) | 1,0 max | Elemento residuo. |
| Ferro (Fe) | 1,0 max | Impurità; mantenuta molto bassa. |
| Rame (Cu) | 0,2 max | Impurità. |
Le proprietà meccaniche delle barre di Nimonic 105 sono sviluppate attraverso un rigoroso processo di trattamento termico di solubilizzazione e invecchiamento. La sua resistenza alle alte temperature, in particolare la resistenza al creep, è la sua caratteristica distintiva.
Resistenza alle alte temperature
| Proprietà meccanica | Valore tipico a temperatura ambiente (invecchiato) | Specifica pertinente (ad esempio, AMS) | |
|---|---|---|---|
| Resistenza alla trazione | ≥ 1100 MPa (160 ksi) | Eccellente ritenzione a 850°C | AMS 5703 (barre e forgiati) |
| Resistenza allo snervamento (offset 0,2%) | ≥ 760 MPa (110 ksi) | Elevata resistenza allo scorrimento | – |
| Allungamento in 4D | ≥ 10% | Mantiene la duttilità dopo l'invecchiamento | – |
| Durezza | 32 – 40 HRC | – | – |
| Resistenza alla rottura per scorrimento (1000h) | N/D | ≈ 170 MPa (25 ksi) a 950°C / 1740°F | – |
Le proprietà fisiche della Lega 105 sono fondamentali per la progettazione di macchine rotanti ad alta temperatura.
Note / Condizioni
| Proprietà fisica | Valore a temperatura ambiente (20°C) | |
|---|---|---|
| Densità | 7,92 g/cm³ (0,286 lb/in³) | – |
| Intervallo di fusione | 1280 – 1345 °C (2335 – 2455 °F) | – |
| Calore specifico | ≈ 460 J/kg-°C (0,110 BTU/lb-°F) | A 100°C |
| Conduttività termica | 11,3 W/m-K (78,3 BTU-in/hr-ft²-°F) | A 100°C |
| Coefficiente medio di espansione termica | 12,6 μm/m-°C (7,0 μin/in-°F) | 20-100°C (68-212°F) |
| Resistività elettrica | 1,30 μΩ-m (51,2 μΩ-in) | A 20°C |
| Modulo di elasticità (trazione) | 214 GPa (31,0 x 10^6 psi) | A 20°C |
Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd. fornisce barre di Nimonic 105 principalmente come billette e barre di forgiatura per componenti di turbine aerospaziali.
| Forma del prodotto | Gamma di dimensioni standard | Specifiche standard fondamentali | Condizioni di fornitura comuni |
|---|---|---|---|
| Forgiatura di billette e barre | Diametro da 100 mm (4″) a 400 mm (16″) | AMS 5703, AMS 5704 (forgiati), UNS N12105, DIN 17752 (W.Nr. 2.4634) | Trattati in soluzione (condizione A), forgiati e trattati in soluzione |
| Barra tonda (per la lavorazione) | Diametro da 30 mm a 150 mm | AMS 5703 | Trattati in soluzione e invecchiati (pronti per la lavorazione) |
I componenti forgiati o lavorati da barre di Nimonic 105 sono utilizzati nei luoghi più critici ad alta temperatura: Turbine a gas aerospaziali: Pale di turbine ad alta pressione, palette, dischi (forgiati) e guarnizioni rotanti nei motori a reazione militari e commerciali più vecchi. Turbine a gas industriali: Pale e dischi per turbine per la produzione di energia elettrica a terra. Componenti dei motori a razzo: Parti selezionate ad alta temperatura.
Il Nimonic 105 richiede un preciso trattamento termico in più fasi per sviluppare le sue proprietà: Trattamento della soluzione: Viene solitamente eseguito a una temperatura compresa tra 1150 e 1180 °C (2100-2155 °F), seguita da un raffreddamento rapido (in olio o con aria forzata). Questo processo provoca la dissoluzione della fase γ’ e di altri composti. Invecchiamento primario: È comune un processo di invecchiamento in due fasi, ad esempio a 1050 °C per 4 ore (raffreddamento all’aria), seguito da 700-750 °C per 16 ore (raffreddamento all’aria). Questa precipitazione accuratamente controllata consente di ottenere le dimensioni e la distribuzione ottimali delle particelle γ’ per garantire resistenza alle alte temperature e resistenza allo scorrimento.
La lavorazione della barra di Nimonic 105, soprattutto se invecchiata, è estremamente impegnativa a causa della sua elevata resistenza, durezza e tendenza all'incrudimento. È considerata una delle superleghe più difficili da lavorare. Una lavorazione di successo richiede: macchine utensili estremamente rigide e potenti; utensili da taglio in carburo o ceramica di qualità superiore; velocità di taglio molto basse; avanzamenti da moderati a pesanti; sistemi di raffreddamento ad alta pressione. La maggior parte dei componenti critici viene prodotta mediante forgiatura a forma quasi netta da billette per ridurre al minimo la quantità di lavorazioni difficili necessarie.
Il Nimonic 105 è generalmente considerato poco saldabile. L'elevato contenuto di alluminio e titanio e la forte reazione all'invecchiamento lo rendono altamente suscettibile alla cricca da deformazione e alla cricca da liquefazione nella zona termicamente alterata (ZTA) durante la saldatura per fusione. Per questo motivo, la saldatura è tipicamente evitata per i componenti rotanti critici. Si possono utilizzare metodi di giunzione alternativi, come la saldatura per inerzia o per attrito lineare per i gruppi di dischi. Qualsiasi saldatura richiede ampi trattamenti termici pre e post-saldatura e viene eseguita solo con procedure strettamente controllate.
Il prezzo della barra di Nimonic 105 di Shanghai NC Metal Materials Co., Ltd. è tra i più alti per le superleghe battute, a testimonianza della sua composizione complessa e dell'applicazione specializzata.
| Fattore prezzo | Impatto sul prezzo di riferimento | Guida all'approvvigionamento |
|---|---|---|
| Elementi di lega di alto valore | L'elevato contenuto di cobalto (18-22%) è uno dei principali fattori di costo, insieme a nichel, molibdeno e alluminio. Il cobalto è un metallo strategico e costoso. | Il Nimonic 105 è un materiale di qualità superiore utilizzato solo quando la sua resistenza specifica alle alte temperature è assolutamente necessaria. Il suo costo è giustificato dalle prestazioni nelle parti rotanti critiche. |
| Produzione specializzata | La produzione richiede tecniche di fusione avanzate (VIM/VAR), complesse lavorazioni termomeccaniche (forgiatura) e precisi trattamenti termici in più fasi, che comportano costi significativi. | Questo materiale viene fornito come prodotto semilavorato (billetta, barra) per essere ulteriormente forgiato o lavorato da produttori di componenti specializzati. |
| Certificazione aerospaziale | Il materiale per i componenti critici per il volo (AMS 5703/5704) richiede una completa tracciabilità, un'ampia NDE (ispezione a ultrasuoni) e rigorosi test meccanici, tra cui prove di temperatura elevata e di creep, con un conseguente aumento dei costi. | L'approvvigionamento fa tipicamente parte di una catena di fornitura qualificata per gli OEM del settore aerospaziale. Le specifiche e i requisiti di prova non sono negoziabili e sono specifici del progetto. |
| Forma e quantità | Le billette di forgiatura di grande diametro e ad alta integrità sono articoli ad alto costo. Gli ordini minimi sono in genere consistenti a causa della produzione specializzata richiesta. | L'acquisto viene generalmente effettuato su base specifica del progetto, con tempi di consegna lunghi. Non è un articolo di magazzino. |
Siamo prezzo all'ingrosso di fabbrica, e i prezzi sono inferiori a 95% dei fornitori. Il nostro preventivo professionale vi aiuterà con il vostro progetto. Aspettando la nostra cooperazione a lungo termine. ）
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