GH738是以γ′相沉淀硬化的鎳基高溫合金,具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能,工藝塑性良好,組織穩(wěn)定。廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件,使用溫度不高于815℃??梢陨a(chǎn)冷軋和熱軋板材、管材、帶材、絲材和鍛件、鑄件、緊固件。
材料牌號(hào):GH738、GH738 (GH4738)
美國(guó)牌號(hào):Waspaloy
法國(guó)牌號(hào):NC20K14
一、GH738概述
GH738是以γ′相沉淀硬化的鎳基高溫合金,具有良好的耐燃?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能,工藝塑性良好,組織穩(wěn)定。廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件,使用溫度不高于815℃??梢陨a(chǎn)冷軋和熱軋板材、管材、帶材、絲材和鍛件、鑄件、緊固件。
1.1 GH738材料牌號(hào) GH738
1.2 GH738相近牌號(hào) Waspaloy(美國(guó)),NC20K14(法國(guó))
1.3 GH738材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1.4 GH738化學(xué)成分 見(jiàn)表1-1。
表1-1 %
C |
Cr |
Ni |
Co |
Mo |
Al |
Ti |
|||||
0.03~0.10 |
18.0~21.0 |
余 |
12.0~15.0 |
3.50~5.00 |
1.20~1.60 |
2.75~3.25 |
|||||
B |
Zr |
Fe |
Mn |
Si |
P |
S |
Cu |
||||
不小于 |
|||||||||||
0.003~0.010 |
0.02~0.08 |
2.0 |
0.10 |
0.15 |
0.015 |
0.015 |
0.10 |
注:微量雜質(zhì)為ω(Pb)≤0.001%、ω(As)≤0.0025%、ω(Sn)≤0.0012%、ω(Sb)≤0.0025%、ω(Bi)≤0.0001%。
1.5 GH738熱處理制度 1080℃±10℃,4h,空冷+840℃,24h,空冷+760℃,16h,空冷。
1.6 GH738品種規(guī)格和供應(yīng)狀態(tài) 可生產(chǎn)棒材、型材、鍛坯、環(huán)形件、厚板、薄板、帶材、管材、絲材、砂型鑄件、精密鑄件和緊固件等,通常不經(jīng)熱處理交貨,板材固溶處理后交貨。
1.7 GH738熔煉和鑄造工藝 采用真空感應(yīng)熔煉加真空電弧重熔工藝。
1.8 GH738應(yīng)用概況與特殊要求 該合金在國(guó)外廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī),主要用作渦輪葉片及渦輪盤(pán)等轉(zhuǎn)動(dòng)件,有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。由于該合金含鈷較高,在國(guó)內(nèi)較少采用。
二、GH738物理及化學(xué)性能
2.1 GH738熱性能
2.1.1 GH738熔化溫度范圍 1330~1360℃。
2.1.2 GH738熱導(dǎo)率 見(jiàn)表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ |
360 |
460 |
545 |
640 |
770 |
855 |
985 |
λ/(W/(m·℃)) |
16.8 |
18.3 |
20.2 |
22.4 |
24.1 |
25.3 |
28.0 |
2.1.3 GH738比熱容 見(jiàn)表2-2。
表2-2[1]
θ/℃ |
360 |
460 |
545 |
640 |
770 |
855 |
985 |
c/(J/(kg.℃)) |
515 |
540 |
573 |
603 |
640 |
665 |
707 |
2.1.4 GH738線(xiàn)膨脹系數(shù) 見(jiàn)表2-3。
表2-3[1]
θ/℃ |
20~100 |
20~200 |
20~300 |
20~400 |
20~500 |
20~600 |
20~700 |
20~800 |
20~900 |
α/10-6℃-1 |
12.47 |
12.73 |
13.04 |
13.53 |
13.97 |
14.47 |
15.05 |
15.68 |
15.95 |
2.2 GH738密度 ρ=8.22g/cm3。
2.3 GH738電性能
2.4 GH738磁性能 合金無(wú)磁性。
2.5 GH738化學(xué)性能
2.5.1 GH738抗氧化性能 合金在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h后的氧化速率見(jiàn)表2-4。
2.5.2 GH738耐腐蝕性能 合金抗鹽霧腐蝕能力良好。
表2-4[1]
θ/℃ |
900 |
1000 |
氧化速率/(g/(m2· h)) |
0.083 |
0.226 |
三、GH738力學(xué)性能
3.1 GH738技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 見(jiàn)表3-1。
表3-1
拉伸性能 |
HBS |
持久性能 |
||||||
θ/℃ |
σb/MPa |
δ5/% |
φ/% |
θ/℃ |
σ/MPa |
t/h |
δ5/% |
|
不小于 |
不小于 |
|||||||
815 |
608 |
20 |
32 |
299~387 |
815 |
328 |
23 |
8 |
四、GH738組織結(jié)構(gòu)
4.1 GH738相變溫度 合金中γ′相的溶解溫度為980~1050℃,開(kāi)始從基體中析出溫度為630℃,析出峰值溫度為800℃。合金中M23C6碳化物相的開(kāi)始析出溫度為700℃,完全溶解溫度為1020℃。
4.2 GH738時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)
4.3 GH738合金組織結(jié)構(gòu) 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后,除奧氏體基體外,還有γ′相,其化學(xué)式為(Ni0.883Fe0.03Cr0.048Co0.039)3.28(Al0.38Ti0.62Mo痕跡),該相總量占合金重量的20%。此外,還有M23C6型碳化物,其化學(xué)式近似為(Cr0.746Mo0.094Ni0.084Co0.041Fe0.023Ti0.012)23C6。另外,還有少量的Ti(CN)和TiN等相。
該合金經(jīng)650℃和730℃長(zhǎng)期時(shí)效至3000h,γ′相的數(shù)量變化不明顯,分別約有3%和1%左右的補(bǔ)充析出,γ′相大小分別從146nm長(zhǎng)大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6轉(zhuǎn)化,碳化物總量略有增加,從時(shí)效前占基體總量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中無(wú)新相析出,組織穩(wěn)定。
五、GH738工藝性能與要求
5.1 GH738成型性能
5.1.1 GH738合金塑性圖見(jiàn)圖5-1。
5.1.2 GH738合金的再結(jié)晶圖見(jiàn)圖5-2。
5.1.3 GH738該合金熱加工塑性良好,是比較好成形的鎳基高溫合金。鍛造開(kāi)坯加熱溫度1150~1170℃,適宜的熱加工溫度為1040~1170℃,終鍛溫度不低于1000℃。渦輪葉片鍛造溫度通常采用1070~1110℃范圍,模鍛最小變形量應(yīng)大于25%。應(yīng)避免在高溫(1180℃)下小變形量(約10%)熱加工,此時(shí)可能在晶界上形成連續(xù)的MC型碳化物薄膜,導(dǎo)致缺口敏感。在較低溫度下(980~1080℃)熱變形,晶界上很少形成MC碳化物薄膜,只有不連續(xù)的M23C6型碳化物,熱處理后可獲得均勻的4~5級(jí)晶粒度,綜合性能良好。
5.3 GH738零件熱處理工藝 零件熱處理時(shí)應(yīng)注意防止零件表面元素貧化,加熱應(yīng)均勻。
5.4 GH738表面處理工藝 該合金用做渦輪葉片和渦輪盤(pán)等轉(zhuǎn)動(dòng)件時(shí),為了提高疲勞性能,進(jìn)行氬氣保護(hù)消除應(yīng)力退火,以及噴丸處理。為提高渦輪葉片耐燃?xì)飧g及熱疲勞性能,可進(jìn)行擴(kuò)散滲鋁處理。
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