GH1040高溫合金
1合金介紹
1.1 概述
GH1040是Fe-Ni-Cr基固溶強化型變形高溫合金，以鉻和鉬等元素固溶強化并穩(wěn)定奧氏體基體。合金在700°C以下具有較高的熱強性指標，在900°C~1000°C具有較高的瞬時強度。合金具有較好的耐熱、 耐腐蝕性能，具有良好的組織穩(wěn)定性、良好的熱加工塑性、焊接和冷成形工藝性能。該合金經溫加工強化 后可以顯著地提高合金的強度。主要產品有餅材、鍛件、棒材、無縫管、板材、帶材和絲材等。
1. 2 應用概況及特性
合金已用于制造燃氣渦輪的焊接轉子、軸和緊固件，以及短時工作的火箭發(fā)動機零部件。合金采用溫加工強化工藝后，可用于制作650°C以下工作的渦輪盤。
該合金是以碳化物強化的材料，鑄態(tài)枝晶間的碳化物在鍛造時不易破碎，在盤件鍛件上會殘留較明顯的樹枝狀組織。
1.3 材料牌號
GH1040（GH40）
1. 4 相近牌號
9H395（俄），16-25-6（美）。
1.5 材料技術標準
GB/T 14992
GB/T 14994
GJB 2611A
GJB 2612A
YB/T 5247 | 高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號
高溫合金冷拉棒材
航空用高溫合金冷拉棒材規(guī)范
焊接用高溫合金冷拉絲材規(guī)范
焊接用高溫合金冷拉絲 |
1. 6 熔煉工藝
釆用電弧爐、或非真空感應爐、或電弧爐+電渣重熔、或非真空感應爐十電渣重熔熔煉工藝。
1.7 化學成分
摘自 GB/T 14992,見表 1-1 。
表1-1
元素 | C | Cr | Ni | Mo | Fe | Si |
質量分數(shù)/% | ≤0. 12 | 15. 00?17. 50 | 24. 00?27. 00 | 5. 50? 7. 00 | 余 | 0. 50?1. 00 |
元素 | Mn | P | S | Cu | N | — |
質量分數(shù)/% | 1.00?2. 00 | ≤0. 030 | ≤0. 020 | ≤0. 200 | 0. 100 ?0.200 | — |
注：用于冷拉絲材時,C≤0. 1 |
1.8 熱處理制度
摘自GB/T 14994.GJB 2611A、文獻［5］和文獻［6］,各品種的標準熱處理制度為：
a） 冷拉棒,1200°C *lh/AC+700°C*16H/AC；
b） 棒材,1160°C~1180°C*2h/WQ+700°C*5H/AC；
c） 盤材,1200°C*8h/WQ+ 溫加工強化（變形量 10%?12%）+700°C*25h/AC。
1. 9 品種規(guī)格與供應狀態(tài)
1. 9. 1 主要規(guī)格
D8mm~45mm圓形棒材;A8mm~30mm方形棒材;D（內切圓）8mm?36mm六角棒材;D0.3mm?10mm 焊絲；各種尺寸規(guī)格的盤鍛件。
1.9.2供應狀態(tài)
冷拉棒以冷拉狀態(tài)、或固溶（退火）、或固溶（退火）+酸洗、或固溶（退火）+磨光后供應；焊絲以冷拉狀 態(tài)、或半硬化狀態(tài)、或固溶狀態(tài)供應；盤鍛件一般不經熱處理供應。
2物理、彈性和化學性能
2. 1 熔化溫度范圍
相變點
熱導率（表2-1）
θ/°C | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
λ/[W/(m ? °C)] | 12. 6 | 14. 7 | 16. 3 | 18.4 | 20. 1 |
θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | — |
λ/[W/(m ? °C)] | 22. 2 | 23. 9 | 26.0 | 27.6 | — |
電阻率（表2-2）
θ/°C | 25 | 100 | 200 | 300 | 400 |
| 0. 905 | 0. 974 | 1. 01 | 1.06 | 1. 10 |
θ/°C | 500 | 600 | 700 | 800 | — |
| 1. 13 | 1. 15 | 1. 1 | 1.20 | — |
熱擴散率
比熱容
線膨脹系數(shù)（表2-3）
θ/°C |
| θ/°C |
|
20 ?100 | 14. 4 | 20 ?800 | 18.2 |
20 ?200 | 15.5 | 20 ?900 | 18.5 |
20 ?300 | 16. 1 | 100?200 | 15.4 |
20 ?400 | 16. 5 | 200?300 | 16. 5 |
20 ?500 | 17.0 | 300?400 | 17.6 |
20 ?600 | 17.4 | 400?500 | 18.2 |
20 ?700 | 17. 8 | — | — |
密度8. 08
磁性能
合金經溫加工強化工藝后略有磁性。
2. 10 彈性性能（表2-4）
θ/°C | E/GPa | θ/°C | E/GPa |
20 | 192 | 600 | 137 |
300 | 167 | 700 | 123 |
400 | 157 | 800 | 108 |
500 | 147 | 一 | 一 |
2. 11 化學性能
2.11.1抗氧化性能
合金在空氣介質中，不同溫度試驗100h的氧化 速率見表2-5,如有興趣可以向上海墨~鉅特殊鋼人員索要圖表哦。
2.11.2 耐腐蝕性能
3力學性能
3. 1供貨技術標準
3. 1. 1技術標準規(guī)定的性能（表3-1）
標準及文獻 | 品種 | 熱處理 | θ/°C | 拉伸性能 | 硬度 | 持久性能 |
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | HB | σ100/ MPa |
GB/T 14994
GJB 2611A | 冷拉棒材 | 1200°C*lh/AC
+ 700C*16h/AC | 800 | ≥295 | 一 | — | — | — | — |
文獻 | 棒材 | 800°C *5h/AC | 20 | — |
|
|
| ≥255 | — |
1180°C*2h/WQ
+ 7OO°C*5h/AC | 700 | — | 一 | — | — | — | 175 |
文獻 | 盤鍛件 | 750°C溫加工強化 10%?15%
+ 650°C*4h/AC | 20 | 820 | 620 | 12 | — | 321?241 | — |
700 | 一 | — | — | — | — | 196 |
815 | 315 | — | — | — | — | — |
3. 1.2生產検驗數(shù)據、基值和設計許用值
短時力學性能
3. 2. 1硬度
沖擊性能
3. 2.3壓縮性能
3. 2.4扭轉性能
3. 2.5剪切性能
3. 2.6拉伸性能
3.2. 6. 1渦輪盤經溫加工強化，不同溫度的拉伸性能見表3-2。
3. 2. 6. 2渦輪盤不同溫度在屈服點前的拉伸曲線見圖3-1；從屈服點至斷裂的拉伸曲線見圖3-2；從屈服 點至斷裂的真實拉伸曲線見圖3-3o
取樣 | 熱處理及工藝 | θ/°C | σb/MPa | σp0.2 | σ10/ % | ψ/% |
渦輪盤 弦向 | 1200C*8h/WQ+溫加工強化
8%?15% + 700°C*25h/AC | 20 | 902 | 598 | 20 | 26 |
300 | 735 | 441 | 18 | 31 |
400 | 716 | 436 | 21 | 41 |
500 | 701 | 431 | 21 | 43 |
600 | 637 | 422 | 20 | 41 |
700 | 500 | 373 | 13 | 26 |
800 | 343 | 226 | 10 | 25 |
3.3 持久和蠕變性能
3.3.1持久性能
3.3. 1. 1渦輪盤經不同工藝，不同溫度和時間的持久極限見表3-3。
3.3. 1.2 渦輪盤經溫加工強化,600°C和700°C的持久應力-壽命曲線見圖3-4。
表 3-3
取樣 | 熱處理及工藝 | θ/°C | σth/MPa |
σ10 | σ100 | σ200 | σ300 | σ500 | σ1000 |
渦輪盤 弦向 | 1200°C/WQ | 650 | 353 | 265 | — | — | 216 | 196 |
700 | 275 | 216 | — | — | 177 | 157 |
750 | 216 | 137 | — | — | 98 | 88 |
800 | 177 | 108 | — | — | 78 | 69 |
1200°C /WQ+ 700°C*50h/AC | 700 | 265 | 196 | — | — | 157 | 137 |
1200°C/WQ+溫加工強化20%
+ 700°C *50h/AC | 314 | 235 | —— | — | 177 | 157 |
1200°CX8h/WQ
+溫加工強化8%?15%
+ 700°C*25h/AC | 600 | — | 392 | 382 | 373 | — | — |
650 | — | 314 | 294 | — | — | — |
700 | — | 226 | 196 | — | — | — |
750 | — | 147 | — | — | — | — |
800 | — | 98 | — | — | — | — |
1200°C/WQ+800°C *15h/AC | 800 | 157 | 98 | — | 一 | 69 | 59 |
1200°C/WQ+溫加工強化20%
+ 800°C*15h/AC | 186 | 118 | —— | —— | 78 | 69 |
3.3.2蠕變性能
3.3.2. 1渦輪盤經溫加工強化，不同溫度100h的蠕變極限見表3-4.
表 3-4
取樣/mm | 熱處理及工藝 | θ/°C | t/h | 0.2%σ/MPa | 0.2%σ/MPa |
D740渦輪盤 弦向 | 1200°C*1.5h/WQ
+溫加工強化8%?15%
+ 700°C*25h/AC | 600 | 100 | 348 | 235 |
700 | 162 | 142 |
800 | 98 | 78 |
3.3. 2. 2 渦輪盤經溫加工強化，600°C、700°C和800°C不同應力的蠕變曲線分別見圖3-5、圖3-6和 圖 3-7。
疲勞性能
3.4. 1高周疲勞
渦輪盤經不同工藝，不同溫度的旋轉彎曲疲勞 極限見表3-5,如有興趣可以向上海墨~鉅特殊鋼人員索要圖表哦。
3.4.2低周疲勞
3.4.3特種疲勞
裂紋擴展速率
斷裂韌度
松弛性能
表 3-5
取樣 | 熱處理及工藝 | 在以下溫度 |
20°C | 65O°C | 700°C | 800°C |
渦輪盤 弦向 | 1200°C/WQ | 260 | 275 | 230 | 152 |
1200°C/WQ+700°C *50E/AC | 284 | 230 | 221 | 一 |
1200°C/WQ+ 溫加工強化 20%+700°C*50h/AC | 343 | 279 | 265 | 一 |
1200°C/WQ+800°C*15h/AC | 279 | 235 | 191 | 142 |
1200°C/WQ+ 溫加工強化 20% + 800°C*15h/AC | 314 | 279 | 230 | 177 |
4工藝性能與要求
加工類型 | 加熱溫度 | 開鍛/終鍛溫度 |
鍛造開坯 | 1100°C~1130°C | 終鍛2900°C |
圓盤模鍛件 | ≤750°C,溫加工強化8%?15% + 65O°C*4h退火 |
4. 1 成形工藝與性能（表4-1）
工藝性能
焊接性能 合金焊接性能良好。
4. 4 零件熱處理工藝-
同各品種的標準熱處理制度。
4.5 表面處理工藝
4.6 切削加工與磨削性能
無特殊要求，同一般熱強鋼。
5組織結構
5.1 相變溫度
5. 2 時間-溫度-組織轉變曲線,如有興趣可以向上海墨~鉅特殊鋼人員索要圖表哦。
典型組織
合金在固溶狀態(tài)下為奧氏體。
合金經700°C?900°C長期時效后，析出彌散的復合碳氮化物（Fe、Ni）2（Mo、Cr）,（C、N）,該化合物具 有較高的熱穩(wěn)定性，對合金起強化作用。
參考文獻
［1］ BepmTeiiH, M ? JI. CajiH h CnjiaBbi Hjisi paSoTbi npH Rmcokmx TeMnepaTypax. MeTajuiyrmnaT, 1956, CTP,128.
［2］ 北京航空材料研究院.發(fā)動機鋼與合金高溫拉伸圖解及蠕變和持久強度曲線圖解［M］. 1962.
［3］北京航空材料研究院.航空材料手冊：耐熱鋼及合金［M1965,236-239.
［4］ 航天材料研究所.GH40鋼的使用情況報告.1977.
［5］ 中國金屬學會特殊鋼分會高溫合金學術委員會 編.高溫合金手冊［M］. 1982:268-272.
［6］ 《中國航空材料手冊》編輯委員會.中國航空材料手冊［M］：第2卷.北京：中國標準出版社, 1989： 64-71.
［7］ 鋼鐵研究總院.航空材料手冊：熱強鋼及合金［M］. 1967=48-53.
