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技術(shù)文章

GH1015高溫合金

更新時間  2021-06-26 12:00:34 閱讀 413
 
GH1015高溫合金
1合金介紹
1.1 概述
GH1015是Fe-Ni-Cr基固溶強(qiáng)化型變形高溫合金,使用溫度在950°C以下。合金以加入鉻、鎢和鉬等元素進(jìn)行固溶強(qiáng)化。合金具有較高的塑性、中等的持久和蠕變強(qiáng)度、良好的抗冷熱疲勞性能,以及良好的 加工和焊接性能,及組織穩(wěn)定性。主要產(chǎn)品有冷軋薄板、棒材、絲材和鍛件。
1. 2 應(yīng)用概況及特性
合金已用于制造航空發(fā)動機(jī)燃燒室和加力筒體等板材結(jié)構(gòu)件和其他高溫部件。
合金在7OO°C~9OO°C長期工作時有一定的時效硬化現(xiàn)象,使室溫塑性下降;合金在7OO°C以上長期工作時有沿晶界氧化的傾向,可采用法瑯涂層進(jìn)行有效保護(hù)。在1000°C以上的高溫抗氧化性能比同類用途的鎳基合金稍差。該合金可作為GH2039、GH3030、GH3044和GH3536合金的代用料。
材料牌號
GH1015相近牌號:
GH15、GR5
1.5材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 14992高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號
GJB 3165A航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材
HB/Z 140航空用高溫合金熱處理工藝
HB 5199航空用高溫合金冷軋薄板
YB/T 5245普通承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材
1. 6 熔煉工藝
釆用電弧爐+電渣重熔、或非真空感應(yīng)爐斗電渣重熔、或真空感應(yīng)爐+電渣重熔熔煉工藝。
1.7 化學(xué)成分
摘自 GB/T 14992,見表 1-1 
元素 C Cr Ni w Mo Fe Nb
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% ≤0. 08 19. 00?22. 00 34.00?39.00 4. 80—5. 80 2. 50 — 3. 20 1. 10—1. 60
元素 B Ce Mn Si P S Cu
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% ≤0. 010 ≤0. 050 ≤l. 50 ≤0. 60 ≤O. 020 ≤O. 015 ≤O. 250
1.8 熱處理制度
摘自GJB 3165A.YB/T 5245、HB 5199和HB/Z 140,各品種的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度為:
a) 冷軋薄板、絲材、板金件及焊接組合件,1130°C~1170°C/ACo其中:δ(d)≤3mm,保溫8min~ 12min;δ(d)3mm?5 mm,保溫 12min?16min;
b) 熱軋和鍛制棒材、鍛件、模鍛件,1140°C?1170°C/AC。
品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)
1.9.2 供應(yīng)狀態(tài)
1. 9. 1主要規(guī)格
d20mm~300mm棒材,δ0. 5mm?6. 5mm帶材和冷軋薄板;各種尺寸規(guī)格鍛件和模鍛件。
棒材不經(jīng)熱處理,經(jīng)磨光或車光后供應(yīng);板材經(jīng)熱處理+精整+去除氧化皮+平整+切邊后供應(yīng);鍛 件、模鍛件一般不經(jīng)熱處理供應(yīng)。

2物理、彈性和化學(xué)性能
2. 1 熔化溫度范圍
2. 2 相變點
2.3 熱導(dǎo)率(圖2-1)如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.4 電阻率
2.5 熱擴(kuò)散率
2.6 比熱容(圖2-2)如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.7 線膨脹系數(shù)(圖2-3)如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.8 密度p=8. 32g/cm。
2.9 磁性能
2. 10 彈性性能(表2-1)如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2. 11 化學(xué)性能
2.11.1抗氧化性能
2.11.1.1合金在空氣介質(zhì)中,不同溫度試驗100h 的氧化速率見表2-2。
可以聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.11.1.2 合金未經(jīng)和經(jīng)涂層后,不同溫度50h和100h的氧化性能對比見表2-3。
可以聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2. 11. 1. 3 合金在700°C?900°C長期暴露2000h 內(nèi),最大沿晶界氧化深度見圖2-4。
可以聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.11.2 耐腐蝕性能                                                                         表 2-3

試樣狀態(tài) 0/°C 50h氧化 100h氧化
氧化增重/(g/m2) 氧化速率/[g/(mz • h)] 氧化增重/(g/m2) 氧化速率/Eg/(mz - h)]
基材 900 1.30 0. 026 2.00 0. 020
W-2 —0. 25 — 0.005 0. 13 0. 0013
W-105 1. 51 0. 030 2. 19 0. 022
基材 1000 16. 90 0. 338 21.43 0.214
W-2 3. 5 0.069 3. 9 0.039
W-105 2. 91 0.059 5. 86 0.058
基材 1100 47 0. 94 79 0. 79
W-2 7.9 0. 158 12 0. 12

 圖2-4合金在700°C?900°C長期暴露2000H內(nèi)的最大沿晶界氧化深度電
3力學(xué)性能
3. 1 供貨技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能(表3-1)
表3-1

標(biāo)準(zhǔn)號 品種 熱處理 拉伸 性能   持久性能
0/V /MPa &/% P/% orc a/MPa r/h &/%
   
GJB 3165A
YB/T 5245
熱軋(鍛)棒① 1140°C ?
1170°C/AC
20 665 35 40
700 390 30 35 900 I組 60 30
900 175 40 45 11組 50 100
HB 5199 冷軋板® 1130°C ?
1170°C/AC
20 865 40 900 68 20 20
900 175 40
當(dāng)供方保證時,700°C
持久試驗結(jié)果供參考
應(yīng)伸試驗可不做。II組900°C持久為仲裁試驗,試樣不加倍。

                                                                      表 3-2

取樣 熱處理 樣本大小 θ/°c a/MPa &δ% δ5/%
A B S X S X s X
板材 標(biāo)準(zhǔn) 熱處理 138 20 685 710 685 741 40 45.8 ——
114 900 165 175 175 190 40 93.7
棒材 260 20 665 685 665 710 35 48.5 40 61. 3
122 700 415 440 390 477 30 59.6 35 58. 9
294 900 175 190 175 207 40 105. 9 45 87.9
3. 1.2生產(chǎn)檢驗數(shù)據(jù)、基值和設(shè)計許用值(表3-2)
3. 2 短時力學(xué)性能
3. 2. 1硬度
3. 2. 1.1板材經(jīng)不同冷軋壓下量,室溫硬度見圖3-1。
3. 2. 1.2板材經(jīng)不同固溶處理,室溫硬度見圖3-2。經(jīng)不同固溶保溫時間,室溫硬度見圖3-3。如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3. 2. 1.3板材經(jīng)不同長期時效,室溫硬度見圖3-4。如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.2.2 沖擊性能棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理,室溫沖擊韌性aK = 2880kJ/m
3.2.3壓縮性能
3.2.4扭轉(zhuǎn)性能
3. 2.5剪切性能
3.2.6拉伸性能
3.2.6. 1不同產(chǎn)品經(jīng)不同冶煉工藝,不同溫度的拉伸性能見表3-4。如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.2.6.2板材經(jīng)不同冷軋壓下量,室溫拉伸性能曲線見圖3-5。如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.2.6.3板材經(jīng)不同固溶處理,不同溫度的拉伸性能曲線見圖3-6。
3.2.6.4板材經(jīng)不同長期時效,再經(jīng)1150°C恢復(fù)熱處理后的室溫拉伸性能見表3-4;不同溫度的拉伸性 能見表3-5。
3.2.6.5板材經(jīng)噴涂W-105法瑯涂層,900°C的拉伸強(qiáng)度見表3-6。

 
 
取樣/ mm θ/°c σb/MPa σp0.2/MPa δ5/% ψ5/% 取樣/mm θ/°c σb/MPa σp0.2/MPa δ5/% ψ5/%
1. 2 ?1.7 冷軋板 電弧爐+電渣 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 20 737 314 48 d80鍛棒 電弧爐十電渣 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 750 400 63 62
400 601   49 800 350 52 58
500 591 212 49   850 271 91 85
600 581 211 50 900 216 82 82
700 478 205 45 950 153 101 82
800 318 194 77 "70軋棒 感應(yīng)爐+電渣 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 20 717 287 48 60
900 189 137 103
700 468 68 67
950 140 93
750 408 62 70
1000 110 73
800 343   92 79
"80鍛棒 電弧爐+電渣 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 20 711 307 44 62
850 278 104 87
550 593 50 56
600 564 51 58 900 223 108 90
700 504 49 51 950 157 103 93
 
 
取樣/mm 時效規(guī)范 恢復(fù)熱處理 20°C拉伸
0/°C t/h σb/MPa δ5/%
冷軋板 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 700 1000 795 21.4
1150°C X 10min/AC 692 50. 8
800 1000 737 13. 2
800 1000 1150°CX 10min/AC 608 44. 5
900 400 602 13. 8
1150°C X10min/AC 619 36. 3
 
 
取樣/ mm 時效規(guī)范 20°C拉伸 700°C拉伸 800°C拉伸 900°C拉伸
θ/°c T/h σb/MPa δ5/% σb/MPa δ5% σb/MPa δ5/% σb/MPa δ5/%
冷軋板 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 —— 657 51 479 61. 6 307 80. 0 182 114.6
550 200 426 35.0 304 74.2 170 103. 6
400 667 53 421 30. 6 313 59.0 178 106. 2
700 399 29.2 327 69. 8 174 95.2
1000 657 52 421 38.6 305 77.8 184 108.0
700 200 409 55. 0 329 92. 7 182 122.0
400 755 27 427 66. 6 306 85. 6 187 127.0
700 444 53.0 300 82.0 174 115. 4
1000 794 21 455 52.4 306 81.4 170 126. 8
2000 186 109. 2
800 200 461 54.4 314 79. 8 169 130.8
400 755 17 464 44. 0 298 70. 6 178 124. 2
700 444 28.4 320 91.8 161 101.6
1000 735 13 450 46. 4 299 54. 0 158 69. 6
900 200 417 37.8 302 64.4 163 83.8
400 696 21 431 32. 2 292 49. 0 159 79. 9
700 424 50.0 317 86.2 158 76.2
1000 647 15 408 33. 6 324 25. 6 184 31. 2
注:時效后帶氧化皮測試性能。
 
3.3 持久和蠕變性能3.3. 1 持久性能
3.3. 1. 1板材和棒材不同溫度的持久強(qiáng)度見表3-7。如有需要請聯(lián)系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.3. 1.2板材和棒材不同溫度的持久應(yīng)力-壽命曲 線分別見圖3-7和圖3-8,持久熱強(qiáng)參數(shù)綜合曲線分 別見圖3-9和圖3-10。
3.3. 1.3板材經(jīng)不同固溶處理、或經(jīng)不同長期時效 后,900°C、51MPa持久性能分別見表3-8和 圖 3-11。
3.3. 1.4板材未經(jīng)和經(jīng)噴涂W-105塊瑯涂層后, 900°C、51MPa的持久壽命比較見表3-9。

取樣/mm 熱處理 θ/°c σt/h/MPa
σ1o σ100 σ200 σ500 σ1000 σ2000 σ5000 σ10000
沮.5
冷軋板
1130°C ?1170C/AC 600 470 400 375 350 330 310
700 300 235 215 190 172 160
800 167 118 106 93 84 76 65 57
900 85 55 49 41 35
950 51 35 30 25
J80 棒材 1150°C/AC 700 330 250 225 200 180 160
800 170 118 105 91 83 74
900 84 53 46 37 32
注:根據(jù)熱強(qiáng)參數(shù)綜合曲線和持久應(yīng)力-壽命曲線確定。
表 3-8
取樣/mm 時效規(guī)范 900°C、51MPa 持久 取樣/mm 時效規(guī)范 900°C、51MPa 持久
θ/°c t/h r/h δ5/% θ/°c t/h r/h δ5/%
1.5 冷軋板 1150°C/AC 182 57 S1. 5 冷軋板 1150T/AC 800 400 153 76
550 400 173 80 1000 121 115
1000 155 72 900 400 78 68
700 400 219 50 1000 82 56
1000 220 62
 
注:時效后帶氧化皮測試性能。
3.3.2蠕變性能
3.3. 2.1板材和鍛棒不同溫度的蠕變性能見表3-10。
取樣/mm θ/°c δ/MPa 100h的蠕變性能
εp/% εt/%
1.5 冷軋板 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 800 98 5
900 47 5
950 29 5
D80鍛棒 標(biāo)準(zhǔn)熱處理 800 68 0. 6761 0. 7225
59 0. 6143 0. 6558
3.3. 2.1板材800°C和900°C蠕變殘余變形率和蠕變應(yīng)力之間的關(guān)系曲線見圖3-12。
3.3. 2.1 棒材800°C不同應(yīng)力的蠕變曲線見圖3-13。
3.4 疲勞性能
3.4. 1高周疲勞
3.4. 1. 1板材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理,900°C的彎曲震動疲勞,δ-1=118MPa,S-N 曲線見圖 3-14。
3.4. 1. 2
板材經(jīng)不同固溶處理,900°C^_,=147MPa的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞壽命見圖3-15。
3. 4. 1.3
板材經(jīng)不同長期時效,550°C和900°C的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限見表3-ll。


4. 1 相變溫度

4. 1 成形工藝與性能

工藝參數(shù)見表4-1。當(dāng)冷變形量為30%時,板材的 開始再結(jié)晶溫度為800°C,完成再結(jié)晶溫度為95O°C[,]。
4. 2 工藝性能
4. 2. 1供應(yīng)狀態(tài)板材在深沖、翻邊和壓窩時的極限 系數(shù)見表4-2。
4. 2.2筒形件在極限深沖系數(shù)時壁厚的變化見圖4-1。 
4.2.3零件在極限翻邊系數(shù)時厚度的最大減薄量為 為30 %⑵。
4.2.4用90°單角帶校正直角邊的模具彎曲時,板材的最小彎曲半徑小于0.5$板厚,彎曲后的回彈量與 材料方向無關(guān)。彎曲半徑與回彈角的關(guān)系見圖4-2。
4. 2.5供應(yīng)狀態(tài)板材的反復(fù)彎曲和杯突性能見表4-3。

表 4-1
加工類型 加熱溫度 開鍛(軋)/終鍛(軋)溫度
鍛造開坯 W700°C裝爐,1160°C±10V 開鍛21000C ;終鍛2900笆
熱軋棒材 W700P 裝爐,1150°C±10"C 開軋:io5or±ioVs 停軋 >98or
軋制板坯、板材 1150°C ?1170°C 停軋N900°C
冷軋板 總壓下率為30%?40%。多次成形制造的零件,每次冷成形后均需進(jìn)行固溶處理。成形前板材表面 涂以硝基清漆
4.3 焊接性能
4. 3. 1點焊和縫焊前,材料機(jī)械拋光后存放時間不應(yīng)超過15晝夜。板材的縫焊規(guī)范參見表4-4。
4.3.2氯弧焊焊接裂紋傾向性小于15%。鈣極氣弧焊時,推薦使用與基體同牌號或HGH3536的填充材 料,允許使用HGH3044作填充材料。鶴極手工氣弧焊(對接)規(guī)范參見表4-5。
4.3.3 GH1015和GH3030、GH3039合金焊接時,手工氣弧焊接頭的力學(xué)性能見表4-6。
4.3.4各種焊接接頭的力學(xué)性能見表4-7。
4.3.5板材不同溫度的點焊接頭的抗剪強(qiáng)度見圖4-3。
4. 3. 6板材不同焊點直徑的單點接頭室溫抗剪強(qiáng)度見圖4-4。
表4-4⑻
板厚/ mm 滾盤寬/mm 電流/A 焊接時間/s 休止時間/s 電極壓力/N 焊接速度/(m/min)
1.0 + 1.0
1. 2+1. 2
1. 5 + 1. 5
5?6
5?6
6?7
7800
8000
9000
0. 12—0. 16
0. 14 ?0. 18
0. 16?0. 22
0.08 — 0. 12
0. 10—0. 14
0. 14—0. 16
6865
7845
8825
0. 50?0. 55
0.45 ?0.50
0. 40—0. 45
表4-5
板厚/ mm 填充材料/mm 鎢極直徑/mm 焊接電流/A 電壓/V 氬氣流量/(L/min)
直徑 尺寸
0.8 1.0 ?1.6 1.0X1.2 1.6 35 ?45 10 ?15 7?10
1. 0 1.0 ?1.6 1.0X1.5 1.6 4055 10 ?15 7?10
1. 2 1.0 ?1.6 1.2X1.5 2.0 50 ?70 10 ?15 7?10
1. 5 1. 6 — 2.0 1. 5X2. 0 2.0 65 ?80 10 ?15 10 ?15
1. 7 1.6 ?2.0 1.7X2.0 2. 5 70 ?90 10 ?15 10 ?15
2. 0 1. 6?2. 0 2.0X2.5 2.5 85 ?100 10 ?15 10 ?15
表4-6
材料 焊絲牌號 接頭拉伸強(qiáng)度 接頭持久性能
牌號 板厚/mm θ°C s/MPa 0/°C a/MPa r/h
GH1015 1. 5+ 1. 5 HGH3030
HGH1015
20 757?760
746?762
700 103 109?133
+ GH3030 HGH3030
HGH1015
700 458?467
432?464
表4-7 
焊接方法 板厚/mm 焊前處理 焊后處理 焊絲牌號 θ°C 接頭拉伸強(qiáng)度 接頭持久性能
σb/MPa 強(qiáng)度系數(shù)/% σ/MPa r/h
手工 筑弧焊 1.2 1140*0 ?
1170°C/AC
未處理 HGH1015 20 696?706 98
1. 5 20
900
782?789
174?186
100
92
51 152
HGH3044 20
900
775?878
202?227
100
100
自動鐺極 氣弧焊 1.5 1140°C ?
1170°C/AC
未處理 HGH1015 20
550
700
800
900
727?748
562?602
468?490
318?326
211?212
97 ?98
98 ?100
99 ?100
97 ?98
100
51 136?168
1150°C/AC 20
550
700
800
900
713?730
541?572
458?466
279?311
168?183
100
100
96
97
96
57 85
未處理 不加焊絲 20
900
711?736
188?221
100
100
縫焊 1.5 1140*C ?
1170°C/AC
未處理 20
550
700
800
900
730?763
580?581
471?490
342?348
188?194
98 ?99
96 ?100
98 ?100
100
96 ?98
51 139?166
1150°C/AC 20
550
700
800
900
682
517
433
315
185
100
97
94
100
100
61 90
圖4-3板材不同溫度的點焊接頭抗剪強(qiáng)度[8]
圖4-4不同焊點直徑的單點點焊接頭室溫抗剪強(qiáng)度
4.4 零件熱處理工藝
4.4. 1合金制造火焰筒高溫段零件時,固溶溫度為1150°C 士 10笆;而對一些工作溫度較低的火焰筒零 件.則可釆用1080°C±10°C作為最終固溶溫度。以多次深沖方法制造零件時的中間熱處理溫度為1080°C + io°c,消除焊接應(yīng)力的固溶溫度為1000°C或更高些。熱處理后可根據(jù)零件形狀進(jìn)行空冷或水冷.
4.4.2對于火焰筒零件,需要噴涂珪瑯涂層時,涂層的焙燒溫度不應(yīng)超過1160°Co
4.4.3零件表面的氧化皮可用吹砂方法或酸洗方法清除。用酸洗法清除氧化皮時,可以釆用氫氟酸- 硫酸-硝酸水溶液的單一酸洗工藝,也可以釆用氫氧化鈉-硝酸鈉和硫酸-氯化鈉水溶液的復(fù)合堿酸洗 工藝。

5組織結(jié)構(gòu)

5. 1 相變溫度
5. 2 時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
5.3 典型組織
合金板材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的組織見圖5-1和圖5-2o奧氏體晶粒度為ASTM5-8級,晶界和晶內(nèi)有 一次NbC.w(NbC)約占合金的0. 37%。此外還有微量細(xì)小的MfiC型碳化物,w(MfiC)約占合金的 0. 17%。合金經(jīng)長期時效后析出M6C和Laves相。經(jīng)550°C X 400h后,MIVUC)增至0. 19%,進(jìn)一步提高時 效溫度后M,;C數(shù)量顯著增加,主要分布于晶界。Laves相首先在NbC周圍析出,隨時效溫度升高和增長, Laves相長成竹葉狀、棒狀和塊狀(圖5-3),主要分布于晶內(nèi)。合金經(jīng)800°C、67MPa、5765h應(yīng)力時效后, 相組成未變,而大部分析出相呈顆粒狀在晶內(nèi)普遍析出(圖5-4)。

參考文獻(xiàn)
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[17] 黃福祥.GH1015[M]//《中國航空材料手冊》編輯委員會.