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上海欣柏實(shí)業(yè)有限公司
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GH159鈷基變形高溫合金
一、GH159概述
GH159合金是在國外多相鈷基高溫合金(MP合金)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)度多相鈷基高溫合金。它的主要特點(diǎn)是:利用冷變形首先在面心立方基體中誘發(fā)產(chǎn)生交叉網(wǎng)狀分布的片狀ε相來阻止位錯(cuò)的長(zhǎng)程運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)化,再經(jīng)過時(shí)效處理析出彌散的Ni3X相補(bǔ)充強(qiáng)化。該合多金具有超高強(qiáng)度、良好的塑韌性和高的應(yīng)力腐蝕抗力等綜合性能,并且在650℃的高溫下仍能保持其高強(qiáng)度的特性。該合金不僅可廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫緊固螺栓等零件,也可用于應(yīng)力腐蝕環(huán)境下(如海洋大氣環(huán)境)服役的飛機(jī)用超高強(qiáng)度緊固件。供應(yīng)的主要品種是冷拉棒材。
1.1 GH159材料牌號(hào) GH159(GH6159)。
1.2 GH159相近牌號(hào) MP159(美國)。
1.3 GH159材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1.4 GH159化學(xué)成分 見表1-1。
表1-1 %
C
Cr
Ni
Co
Mo
Fe
Ti
Al
Nb
B
Mn
Si
P
S
不大于
≤0.04
18~20
余
34~38
6~8
8~10
2.5~3.25
0.1~0.3
0.25~0.75
0.03
0.20
0.20
0.02
0.01
1.5 GH159熱處理制度 固溶處理1040~1055℃,4~8h,水冷+在室溫進(jìn)行48%±1%的冷拔變形+時(shí)效處理650~675℃,4~4.5h,空冷。
1.6 GH159品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 可以供應(yīng)d5~25mm的冷拉棒材,供應(yīng)狀態(tài)為冷拔態(tài)。
1.7 GH159熔煉與鑄造工藝 采用真空感應(yīng)加真空電弧重熔的雙聯(lián)生產(chǎn)工藝。
1.8 GH159應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的緊固件,在600℃下性能穩(wěn)定,可長(zhǎng)期使用。是目前綜合性能好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件材料。
GH159合金主要是經(jīng)過冷變形誘發(fā)產(chǎn)生大量網(wǎng)狀分布的ε相進(jìn)行強(qiáng)化。因此,對(duì)冷拔變形的工藝參數(shù)要嚴(yán)格控制。變形量過小,強(qiáng)度不足;變形量太大,強(qiáng)度升高,但塑性降低。實(shí)踐證明,當(dāng)冷變形量控制在下限時(shí)合金具有較好的綜合性能。
二、GH159物理及化學(xué)性能
2.1 GH159熱性能
2.1.1 GH159熔化溫度范圍 熔點(diǎn)1318℃。
2.1.2 GH159熱導(dǎo)率 見表2-1。
表2-1
θ/℃
100
200
300
400
500
600
700
800
λ/(W/m·℃)
冷拔狀態(tài)
11.3
14.1
15.6
17.4
19.1
21.0
23.0
24.6
冷拔+時(shí)效狀態(tài)
11.0
13.8
15.3
17.1
18.6
20.5
21.0
-
2.1.3 GH159線膨脹系數(shù) 見表2-2(冷拔+時(shí)效狀態(tài))。
表2-2
θ/℃
25~100
25~200
25~300
25~400
25~500
25~600
25~700
25~800
α/10-6℃-1
14.3
14.2
14.2
14.6
14.9
15.1
16.0
18.2
2.2 GH159密度 ρ=8.33g/cm3。
2.3 GH159電性能 合金的電阻率見表2-3。
表2-3
θ/℃
25~100
25~200
25~300
25~400
25~500
25~600
25~700
25~800
α/10-6℃-1
14.3
14.2
14.2
14.6
14.9
15.1
16.0
18.2
2.4 GH159磁性能 合金在25℃時(shí)的磁導(dǎo)率為1.00265。
2.5 GH159化學(xué)性能
2.5.1 GH159耐腐蝕性能 該合金具有極好的抗縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。在典型的氯化鐵實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕。在擦鹽試驗(yàn)中未發(fā)生損壞。交替浸漬證明該合金具有良好的抗氫脆和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。
三、GH159力學(xué)性能
GH159技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 見表3-1。
表3-1
品種
狀態(tài)
取樣方向
拉伸性能
HRC
持久性能
θ/℃
σb/MPa
σP0.2/Mpa
δ5/%
φ/%
θ/℃
σ/MPa
t/h
δ5/%
不小于
冷拉棒材
冷拔+時(shí)效
縱向
室溫
1795
1725
6
22
44
650
965
≥23
≥5
595
1415
1310
5
15
-
注:
1 供應(yīng)狀態(tài)的棒材硬度要求HRC≥23。
2 供應(yīng)狀態(tài)的棒材經(jīng)時(shí)效處理后,其拉伸、持久性能和硬度應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。當(dāng)棒材的拉伸性
能符合要求時(shí),硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果不作為判廢依據(jù)。
3 持久性能可在光滑-缺口組合試驗(yàn)上測(cè)定。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂。試樣光滑部分拉斷后,其伸長(zhǎng)率
應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。
4 可在棒材相鄰部位取樣并分別加工的光滑和缺口持久試樣上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂;光
滑試樣斷裂后,應(yīng)測(cè)定伸長(zhǎng)率;缺口試樣可不拉斷。
5 持久實(shí)驗(yàn)可在高于965MPa的應(yīng)力下進(jìn)行,但實(shí)驗(yàn)過程中不能改變應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定
的要求。
6 經(jīng)需方同意,在965MPa的應(yīng)力下進(jìn)行持久實(shí)驗(yàn)至23h后,可每隔8~10h遞增應(yīng)力35MPa,直至試
樣拉斷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。
四、GH159組織結(jié)構(gòu)
4.1 GH159相變溫度 γ+ε兩相區(qū)溫度范圍為540~700℃,540℃以下的γ相為亞穩(wěn)態(tài)。
4.2 GH159時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 GH159合金組織結(jié)構(gòu) 合金在上臨界溫度(約700℃)以上為穩(wěn)定的面心立方γ相,在下臨界溫度以下(約540℃)為穩(wěn)定的密排六方ε相;兩溫度之間為γ+ε的兩相區(qū)。當(dāng)合金從上臨界溫度冷卻到室溫時(shí)可保持亞穩(wěn)定態(tài)的γ相。當(dāng)在室溫下進(jìn)行冷變形時(shí)可誘發(fā)γ相到ε相的馬氏體型轉(zhuǎn)變。因此,合金經(jīng)固溶處理后全部為亞穩(wěn)定的γ相,在冷變形過程中部分γ相發(fā)生馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的ε相。所生成的ε相為薄片狀,在面心立方的γ相晶粒內(nèi)呈交叉網(wǎng)狀分布。在隨后的時(shí)效過程中又在亞穩(wěn)定的γ相中析出Ni3X相。
五、GH159工藝性能與要求
5.1 GH159成形性能
5.1.1 GH159合金鋼錠首先在1125~1180℃保溫18~36h進(jìn)行均勻化處理以減小組織偏析和脆性σ相形成。合金鍛造開坯裝爐溫度不高于600℃,加熱溫度為1120℃±10℃,時(shí)間不小于4h。開鍛溫度不低于1050℃,終鍛溫度不低于950℃.合金熱軋開坯裝爐溫度不高于700℃,加熱溫度為1130℃±10℃,保溫30~60min。道次大變形量不能超過20%。終軋溫度不低于950℃。熱軋后合金在1050~1070℃退火1h以得到均勻晶粒,便于后續(xù)冷變形加工。
5.1.2 GH159軋制棒材經(jīng)固溶處理后,經(jīng)堿、酸洗去氧化皮,再經(jīng)表面涂層處理后,進(jìn)行冷拔變形。冷拔變形量為48%±1%。
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