一、概述
GH4738是以γ′相沉淀硬化的鎳基高溫合金,具有良好的耐燃氣腐蝕能力、較高的屈服強度和疲勞性能,工藝塑性良好,組織穩(wěn)定。廣泛用于航空發(fā)動機轉動部件,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 GH4738材料牌號 GH738
1.2 GH4738相近牌號 Waspaloy(美國),NC20K14(法國)
1.3 GH4738材料的技術標準
Z9-0106-1986《渦軸八用GH4738合金棒材暫行技術條件》
Q/6S1035-1992《高溫緊固件用GH4738合金棒材》
協(xié)上五高09-1986《GH4738合金煙氣機盤試制技術條件》(上鋼五廠)
1.4 GH4738化學成分 見表1-1。
1.5 GH4738熱處理制度 1080℃±10℃,4h,空冷+840℃,24h,空冷+760℃,16h,空冷。
1.6 GH4738品種規(guī)格和供應狀態(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 GH4738熔煉和鑄造工藝 采用真空感應熔煉加真空電弧重熔工藝。
1.8 GH4738應用概況與特殊要求 該合金在國外廣泛用于航空發(fā)動機和燃氣輪機,主要用作渦輪葉片及渦輪盤等轉動件,有成熟的使用經(jīng)驗。由于該合金含鈷較高,在國內(nèi)較少采用。
二、GH4738物理及化學性能
2.1 GH4738熱性能
2.1.1 GH4738熔化溫度范圍 1330~1360℃。
2.1.2 GH4738熱導率 見表2-1。
2.1.3 GH4738比熱容 見表2-2。
2.1.4 GH4738線膨脹系數(shù) 見表2-3。
2.2 GH4738密度 ρ=8.22g/cm3。
2.3 GH4738電性能
2.4 GH4738磁性能 合金無磁性。
2.5 GH4738化學性能
2.5.1 GH4738抗氧化性能 合金在空氣介質中試驗100h后的氧化速率見表2-4。
2.5.2 GH4738耐腐蝕性能 合金抗鹽霧腐蝕能力良好。
三、GH4738力學性能
3.1 GH4738技術標準規(guī)定的性能 見表3-1。
四、GH4738組織結構
4.1 GH4738相變溫度 合金中γ′相的溶解溫度為980~1050℃,開始從基體中析出溫度為630℃,析出峰值溫度為800℃。合金中M23C6碳化物相的開始析出溫度為700℃,完全溶解溫度為1020℃。
4.2 GH4738時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 GH4738合金組織結構 經(jīng)標準熱處理后,除奧氏體基體外,還有γ′相,其化學式為(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,其化學式近似為(Cr0.746Mo0.094
Ni0.084Co0.041Fe0.023Ti0.012)23C6。另外,還有少量的Ti(CN)和TiN等相。
該合金經(jīng)650℃和730℃長期時效至3000h,γ′相的數(shù)量變化不明顯,分別約有3%和1%左右的補充析出,γ′相大小分別從146nm長大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6轉化,碳化物總量略有增加,從時效前占基體總量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在長期時效過程中無新相析出,組織穩(wěn)定。
五、GH4738工藝性能與要求
5.1 GH4738成型性能
5.1.1 GH4738合金塑性圖見圖5-1。
5.1.2 GH4738合金的再結晶圖見圖5-2。
5.1.3 GH4738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,模鍛最小變形量應大于25%。應避免在高溫(1180℃)下小變形量(約10%)熱加工,此時可能在晶界上形成連續(xù)的MC型碳化物薄膜,導致缺口敏感。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級晶粒度,綜合性能良好。
5.3 GH4738零件熱處理工藝 零件熱處理時應注意防止零件表面元素貧化,加熱應均勻。
5.4 GH4738表面處理工藝 該合金用做渦輪葉片和渦輪盤等轉動件時,為了提高疲勞性能,進行氬氣保護消除應力退火,以及噴丸處理。為提高渦輪葉片耐燃氣腐蝕及熱疲勞性能,可進行擴散滲鋁處理。