目 錄
概述--------------------------------------------------------------- 3
----------1.1、材料牌號(hào)
----------1.2、相近牌號(hào)
----------1.3、材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
----------1.4、化學(xué)成分
----------1.5、熱處理制度
----------1.6、品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)
----------1.7、熔煉與鑄造工藝
----------1.8、應(yīng)用概況與特殊要求
特理及化學(xué)性能------------------------------------------------4
----------2.1、熱性能
----------2.2、密度
----------2.3、電性能
----------2.4、磁性能
----------2.5、化學(xué)性能
力學(xué)性能---------------------------------------------------------4
----------3.1、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
----------3.2、室溫下及各種溫度下的力學(xué)性能
----------3.3、持久和蠕變性能
----------3.4、疲勞性能
----------3.5、彈性性能
組織機(jī)構(gòu)---------------------------------------------------------6
----------4.1、相應(yīng)溫度
----------4.2、合金組織機(jī)構(gòu)
----------4.3、時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
工藝性能與要求------------------------------------------------6
----------5.1、成形性能
----------5.2、焊接性能
----------5.3、零件熱處理工藝
----------5.4、表面處理工藝
----------5.5、切削加工與磨削性能
GH80A概述
GH80A是以鎳-鉻為基體，添加鋁、鈦形成γ′相彌散強(qiáng)化的高溫合金，除鋁含量略高外，其他與GH4033相近，使用溫度700～800℃，在650～850℃具有良好的抗蠕變性能和抗氧化性能。該合金冷、熱加工性能良好，主要供應(yīng)熱軋棒材、冷拉棒材、熱軋板材、冷軋板材、帶材以及環(huán)形件等，用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、螺栓、葉片鎖板等零件。
1.1 GH80A材料牌號(hào) GH80A。
1.2 GH80A相近牌號(hào) Nimonic80A(英國(guó))。
1.3 GH80A材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
WS9-7009-1996《GH80A合金渦輪葉片用熱軋棒材》
WS9-7011-1996《GH80A合金熱軋、鍛制及冷拉棒材》
WS9-7012環(huán)件-1996《GH80A合金軋制環(huán)形件》
WS9-7095-1996《GH80A合金熱軋板材、冷軋薄板和帶材》
1.4 GH80A化學(xué)成分 見表1-1。 表1-1 %
C | Cr | Ni | Al | Ti | ||||||
0.04～0.10 | 18.0～21.0 | 余 | 1.00～1.80 | 1.8～2.7 | ||||||
Co | Fe | B | Mn | Si | P | S | Ag | Bi | Cu | Pb |
不大于 | ||||||||||
2.0 | 1.50 | 0.008 | 0.40 | 0.80 | 0.020 | 0.015 | 0.0005 | 0.0001 | 0.20 | 0.002 |
注：B按計(jì)算量加入，允許加入微量的Ce、Zr、Mg元素。
1.5 GH80A熱處理制度 葉片用棒材為：1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±5℃,16h,空冷。熱軋、鍛制及冷拉棒材：按表1-2的規(guī)定進(jìn)行。軋制環(huán)件：(1050～1080℃)±10℃，不大于2h，水冷＋750℃±5℃(或+700℃±5℃),4h(或16h),空冷。熱軋板材、冷軋薄板和帶材為：供應(yīng)狀態(tài)＋750℃±10℃，4h，空冷。
表1-2
材料類型 | 固溶處理制度 | 時(shí)效制度 |
熱加工用熱軋（或鍛制）棒材 | 1080℃±10℃，8h，空冷 | 700℃±5℃,16h,空冷或750℃±5℃,4h,空冷 |
熱加工用熱軋 （或鍛制）棒材 | 按制度①或②進(jìn)行 ①1080℃±10℃,保溫時(shí)間按表1-3規(guī)定，油冷或水冷或空冷。（正常情況，d≥40mm，油冷） ②1080℃±10℃,保溫時(shí)間按表1-3規(guī)定，空冷+1080℃±10℃，保溫30min，水冷 | |
冷拉棒材 | 1080℃±10℃,保溫時(shí)間按表1-4規(guī)定，水冷或空冷。 |
表1-3
直徑/mm | 保溫時(shí)間/h | 直徑/mm | 保溫時(shí)間/h |
≤3 | 1 | >6～12.5 | 4 |
>3～6 | 2 | >12.5 | 8 |
表1-4
直徑或較小截面尺寸/mm | 保溫時(shí)間/min | 直徑或較小截面尺寸/mm | 保溫時(shí)間/min |
≤15 | 15～30 | >15～25 | 30～45 |
1.6 GH80A品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)直徑d20～55mm的葉片用熱軋棒材、直徑不大于300mm的熱軋或鍛制棒材。冷拉棒材供應(yīng)直徑8～45mm圓棒及內(nèi)切圓直徑d8～36mm的六角形棒材。供應(yīng)外徑1000mm、內(nèi)徑900mm、高度130mm的軋制形件。供應(yīng)厚度不大于9.5mm的熱軋板材、厚度不大于4.0mm的冷軋薄板材，厚度不大于0.8mm的冷軋帶材。葉片用熱軋棒材不經(jīng)熱處理供應(yīng)，其表面應(yīng)全部磨光或車光。機(jī)加工用熱軋棒材經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng)。鐓鍛用冷拉棒材以冷拉并磨光狀態(tài)供應(yīng)，機(jī)加工用冷拉棒材以冷拉經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng)，熱加工用棒材以制造狀態(tài)并除氧化皮供應(yīng)（對(duì)鍛造廠用棒材應(yīng)車光后供應(yīng)，其表面粗糙度應(yīng)不小于3.2μm）。軋制環(huán)形件以固溶處理和粗加工狀態(tài)供應(yīng)。熱軋板材、冷軋板材和帶材經(jīng)軟化處理、堿酸洗、切邊和平整或矯直后供應(yīng)。
1.7 GH80A熔煉與鑄造工藝 葉片用棒材和板材采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。軋制環(huán)形件與熱軋、鍛制及冷拉棒材采用感應(yīng)熔煉加電渣重熔，或真空感應(yīng)熔煉加真空電弧重熔，或真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。
1.8 GH80A應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用作發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、扇形件安裝環(huán)、螺栓、葉片鎖板等零件。
二、GH80A物理及化學(xué)性能
2.1 GH80A熱性能
2.1.1 GH80A熔化溫度范圍 熔點(diǎn)1405℃[1]。
2.1.2 GH80A熱導(dǎo)率 見表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
λ/(W/(m·℃)) | 12.11 | 13.83 | 15.48 | 16.75 | 18.39 | 20.93 | 23.48 | 25.57 | 27.66 |
2.1.3 GH80A線膨脹系數(shù) 見表2-2。
2.2 GH80A密度 ρ=8.15g/cm3[2]。
表2-2[2]
θ/℃ | 16～100 | 16～200 | 16～300 | 16～400 | 16～500 | 16～600 | 16～700 |
α/10-6℃-1 | 12.18 | 12.86 | 13.69 | 14.08 | 14.50 | 14.94 | 15.36 |
2.3 GH80A電性能 室溫ρ=1.23×10-6Ω.m[1]。
2.4 GH80A磁性能 無磁性。
2.5 GH80A化學(xué)性能
2.5.1 GH80A抗氧化性能 在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h的氧化速率見表2-3。
表2-3[3]
θ/℃ | 700 | 750 | 800 |
氧化速率/(g/(m2·h)) | 0.037 | 0.041 | 0.047 |
GH80A力學(xué)性能
3.1 GH80A技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.1 GH80A渦輪葉片用棒材規(guī)定性能見表3-1。
表3-1
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 試樣串聯(lián)對(duì)數(shù) | 持久性能 | ||||
θ/℃ | σ/MPa | 斷裂時(shí)間/h | ||||
單個(gè)值 | 平均值 | 范圍值(Rmax)=(F)·( | ||||
WS9-7009-1996 | 3 | 750 | 340 | ≥23 | ≥32 | ≤0.6×實(shí)際平均值 |
3.1.1.1 GH80A當(dāng)按3.1.1條進(jìn)行的持久試驗(yàn)性能不合格時(shí)，應(yīng)按表3-2中任一試樣串聯(lián)對(duì)數(shù)組別進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。其中應(yīng)減去初試不合格的試樣串聯(lián)對(duì)數(shù)。
表3-2
試樣串聯(lián)對(duì)數(shù) | 斷裂時(shí)間/h | 允許超出范圍或低于單個(gè)最小值的結(jié)果 | ||
單個(gè)值 | 平均值 | 范圍值(Rmax)=(F)·( | ||
4 | ≥23 | ≥32 | ≤0.6×實(shí)際平均值 | 1 |
5 | ≥23 | ≥31 | ≤0.7×實(shí)際平均值 | 0 |
6 | ≥23 | ≥31 | ≤0.7×實(shí)際平均值 | 1 |
注：1 持久試驗(yàn)可以用單個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)使所有試樣到斷裂為止，并利用這些試驗(yàn)結(jié)果來計(jì)算平均值和范圍值。
2 每個(gè)串聯(lián)對(duì)應(yīng)試驗(yàn)至一個(gè)試樣斷裂為止，停止試驗(yàn)，并利用這一斷裂試驗(yàn)結(jié)果來計(jì)算平均值和范圍值。
3 單個(gè)值中的最大值與最小值之差應(yīng)在范圍值內(nèi)。
4 在各組試驗(yàn)結(jié)果中，若有一個(gè)結(jié)果超過范圍值，而另一個(gè)結(jié)果低于單個(gè)最小值，則其所代表的材料拒收。
3.1.2 GH80A熱軋、鍛制及冷拉棒材、軋制環(huán)形件規(guī)定的性能見表3-3。
表3-3
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 拉伸性能 | 室溫 HBS | 持久性能 | |||||
θ/℃ | σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | θ/℃ | σ/MPa | t/h | ||
不小于 | 不小于 | |||||||
WS9-7011-1996 WS9-7012環(huán)件-1996 | 20 | 1000 | 620 | 20 | 285 | 750 | 340 | 30 |
注：對(duì)直徑不小于100mm的棒材，力學(xué)新跟能夠試樣允許在90mm方坯上切取。
3.1.3 GH80A熱軋板材、冷軋薄板和帶材規(guī)定的性能見表3-4。
3.1.4 GH80A生產(chǎn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)
3.1.4.1 GH80A渦輪葉片用熱軋棒材750℃的持久性能統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果見表3-5。
表3-4
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 拉伸性能 | 室溫 HBS | 持久性能 | ||||||
θ/℃ | 板材厚度/mm | σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | θ/℃ | σ/MPa | t/h | ||
不小于 | 不小于 | ||||||||
WS9-7095-1996 | 20 | 0.25～0.35 | 1030 | - | 15 | 280 | 750 | 340 | 30 |
>0.35～0.45 | 1030 | - | 20 | ||||||
>0.45～3.0 | 1030 | 640 | 25 | ||||||
>3.0～9.5 | 1000 | 620 | 20 |
注：持久試驗(yàn)可在板坯或帶坯上進(jìn)行。
表3-5
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 斷裂時(shí)間/h | ||
max | min | ||
WS9-7009-1996 | 56.4 | 85.5 | 36.8 |
3.1.4.2 GH80A熱軋棒材性能統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果見表3-6。
表3-6
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) | 室溫拉伸性能 | 室溫 HBS | ||||||||||
σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | ||||||||||
max | min | max | min | max | min | max | min | |||||
WS9-7011-1996 | 1135 | 1190 | 1080 | 720 | 775 | 660 | 31 | 36 | 28 | 305 | 321 | 285 |
注：合金冶煉工藝為真空感應(yīng)加電渣重熔。
3.2 GH80A室溫及各種溫度下的力學(xué)性能
3.2.1 GH80A拉伸性能 渦輪葉片用棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的典型拉伸性能見表3-7。
表3-7[1]
θ/℃ | 20 | 7001 | 750 | 800 | 850 | 900 |
σb/MPa | 1125 | 755 | 680 | 555 | 410 | 265 |
σP0.2/MPa | 665 | 540 | 490 | 430 | 340 | 195 |
δ/% | 35 | 10 | 13 | 17 | 25 | 37 |
3.3 GH80A持久和蠕變性能
3.3.1 GH80A高溫持久性能 渦輪葉片用棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的持久強(qiáng)度見表3-8。
表3-8[1]
θ/℃ | 650 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | 1000 |
σ100/MPa | 470 | 394 | 270 | 193 | 127 | 58 | 23 |
σ300/MPa | 425 | 343 | 229 | 154 | 93 | - | - |
3.3.2 GH80A高溫蠕變性能 渦輪葉片用棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的典型蠕變性能見表3-9。
3.4 GH80A疲勞性能
3.4.1 GH80A高周疲勞 渦輪葉片用棒材經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后不同溫度下平均應(yīng)力為零的彎曲疲勞強(qiáng)度見表3-10。
3.5 GH80A彈性性能
3.5.1 GH80A彈性模量 見表3-11。
表3-9[1]
θ/℃ | t/h | σ/MPa | εp/% | θ/℃ | t/h | σ/MPa | εp/% |
650 | 100 | 402 | 0.1 | 750 | 100 | 269 | 1.0 |
440 | 0.2 | 300 | 181 | 0.1 | |||
460 | 0.5 | 201 | 0.2 | ||||
465 | 1.0 | 224 | 0.5 | ||||
300 | 357 | 0.1 | 227 | 1.0 | |||
398 | 0.2 | 800 | 100 | 162 | 0.1 | ||
417 | 0.5 | 173 | 0.2 | ||||
422 | 1.0 | 188 | 0.5 | ||||
700 | 100 | 293 | 0.1 | 192 | 1.0 | ||
355 | 0.2 | 300 | 127 | 0.1 | |||
386 | 0.5 | 139 | 0.2 | ||||
391 | 1.0 | 150 | 0.5 | ||||
300 | 238 | 0.1 | 153 | 1.0 | |||
297 | 0.2 | 850 | 100 | 103 | 0.1 | ||
332 | 0.5 | 108 | 0.2 | ||||
338 | 1.0 | 124 | 0.5 | ||||
750 | 100 | 224 | 0.1 | 125 | 1.0 | ||
244 | 0.2 | 900 | 100 | 48 | 1.0 | ||
266 | 0.5 | 1000 | 100 | 12 | 1.0 |
表3-10
θ/℃ | σ-1/MPa | θ/℃ | σ-1/MPa | ||
N=107周 | N=108周 | N=107周 | N=108周 | ||
20 | 420 | 400 | 800 | 320 | - |
700 | 410 | 385 | 900 | 150 | 100 |
800 | 370 | 325 |
表3-11[2]
θ/℃ | 18 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 |
E/GPa | 222 | 218 | 214 | 206 | 200 | 194 | 189 | 179 |
四、GH80A組織結(jié)構(gòu)
4.1 GH80A相變溫度
4.2 GH80A時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 GH80A合金組織結(jié)構(gòu) 葉片毛坯按不同熱處理規(guī)范處理的組織特征：1080℃±10℃,8h,空冷處理：在1080℃時(shí)基體中的γ′相和一些M7C3及M23C6型晶界碳化物溶入固溶體。在冷卻過程中晶界形成M7C3和M23C6型富鉻碳化物。M7C3大約在1000℃以上沉淀出來，并在較低溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6。M23C6在750～1000℃析出，也能獨(dú)立成核，生成晶界碳化物。所以在1080℃±10℃,8h,空冷處理后，晶界上呈現(xiàn)出不連續(xù)狀態(tài)的M7C3和M23C6，晶內(nèi)有γ′相和MC。
1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±5℃,16h,空冷處理：合金在固溶組織的基礎(chǔ)上經(jīng)700℃±5℃,16h時(shí)效，晶界上的M7C3繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6，所以在晶界上沉淀出叫連續(xù)的M23C6，晶內(nèi)的γ′相也長(zhǎng)大成球形質(zhì)點(diǎn)[4]。
五、GH80A工藝性能與要求
5.1 GH80A成形性能
5.1.1 GH80A鍛造 合金具有良好的鍛造性能。鋼錠加熱溫度1120～1150℃，開鍛溫度不低于1000℃。停鍛溫度不低于950℃[2]。
5.1.2 GH80A熱軋板 軋制加熱溫度1120～1150℃，停軋溫度不低于930℃[2]。
5.1.3 GH80A渦輪葉片的鍛造 渦輪葉片用毛坯應(yīng)按規(guī)定的工序要求噴涂防護(hù)潤(rùn)滑劑，待烘干后方可入爐加熱。零件毛坯在電爐中加熱，裝爐溫度800℃±20℃，保溫60min，加熱溫度1090℃±10℃，保溫35min，開鍛溫度1090℃，停鍛溫度950℃，在臥鍛機(jī)上頂鍛，鍛前用二硫化鉬潤(rùn)滑模膛。零件毛坯鍛造中間工序應(yīng)進(jìn)行固溶處理，加熱溫度1130℃±10℃，保溫60min，空冷。吹砂后，再按規(guī)定的工序要求噴涂防護(hù)潤(rùn)滑劑，烘干后入爐加熱。零件毛坯再按上述規(guī)定進(jìn)行裝爐、加熱、保溫，并在曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行終鍛，鍛前用二硫化鉬潤(rùn)滑模膛。
5.2 GH80A焊接性能 合金可以進(jìn)行自動(dòng)對(duì)接氬弧焊和縫焊。
5.2.1 GH80A不加焊絲的自動(dòng)鎢極氬弧焊（對(duì)接）規(guī)范見表5-1。
表5-1[2]
厚度/mm | 焊前狀態(tài) | 電流/A | 電壓/V | 焊速/(m/min) | 墊板 | 氣體流量/(L/min) | 背面氣體流量/(L/min) | 鎢極直徑/mm | 焊嘴直徑/mm | |
槽寬 | 槽深 | |||||||||
1.2 | 軟態(tài) | 55 | 10～12 | 0.21 | 4.57 | 1.5 | 10～15 | 5～6 | 2～4 | 10～14 |
注：焊前用砂布打磨試樣并用丙酮清洗，厚度不大于1.2mm板材不加充焊絲，一次焊接成形。
5.2.2 GH80A縫焊規(guī)范見表5-2。
表5-1[2]
厚度/mm | 焊前狀態(tài) | 滾盤寬/mm | 功率級(jí) | 電壓/V | 脈沖格 | 休止格 | 熱量格 | 焊接速度/(m/min) | 電極壓力/N | |
上 | 下 | |||||||||
1.2 | 軟態(tài) | 5.5 | 6.5 | 3 | 390 | 15 | 15 | 5～8 | 0.15 | 8728 |
5.2.3 GH80A焊接接頭的力學(xué)性能見表5-3。
表5-3[2]
焊接方法 | 接頭方式 | 厚度/mm | 焊前狀態(tài) | 焊后狀態(tài) | 接頭強(qiáng)度 | 強(qiáng)度系數(shù)/% | |
θ/℃ | σb/MPa | ||||||
自動(dòng)氬弧焊 | 對(duì)接 | 1.2 | 軟態(tài) | 1080℃±10℃,8h,空冷＋750℃±5℃,4h,空冷 | 20 | 1138～1236 | 100 |
縫焊 | 搭接 | 1.2 | 軟態(tài) | 20 | 950～1080 | 85 |
注：本表數(shù)據(jù)時(shí)兩批板材，每批2個(gè)試樣的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果。
5.3 GH80A零件熱處理工藝 零件的熱處理工藝按相應(yīng)的材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的熱處理制度進(jìn)行。對(duì)于板材、帶材的沖壓成形件，在每成形一次后需進(jìn)行中間真空退火，1060℃±10℃,10min,氬氣風(fēng)扇冷卻，零件的最終熱處理是在真空爐中進(jìn)行時(shí)效處理，750℃±10℃,4h,氬氣風(fēng)扇冷卻。對(duì)于葉片在固溶后（時(shí)效前）制造過程中產(chǎn)生的局部加工硬化應(yīng)按規(guī)定的要求進(jìn)行氬氣或氫氣保護(hù)表面退火，退火溫度1070～1090℃。
5.4 GH80A表面處理工藝
5.5 GH80A切削加工與磨削性能 GH80A具有良好的機(jī)加工性能，完全熱處理狀態(tài)具有好的機(jī)加工性能。
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