一、概述
GH5188是固溶強(qiáng)化型鈷基高溫合金,加入14%的鎢固溶強(qiáng)化,使合金具有優(yōu)良的高溫?zé)釓?qiáng)性,添加較高含量鉻和微量鑭,使合金具有良好的高溫抗氧化性能,同時(shí)具有滿意的成形、焊接等工藝性能,適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)上在980℃以下要求高強(qiáng)度和在1100℃以下要求抗氧化的零件。也可在航天發(fā)動(dòng)機(jī)和航天飛機(jī)上使用。可生產(chǎn)供應(yīng)各種變形產(chǎn)品,如薄板、中板、帶材、棒材、鍛件、絲材以及精密鑄件。
1.1 GH5188(GH188)材料牌號 GH188
1.2 GH5188(GH188)相近牌號 Haynes Alloy No.188(HA188),UNSR30188(美國),KCN22W(法國)。
1.3 GH5188(GH188)材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
GJB 3317-1998 《航空用高溫合金熱軋板材規(guī)范》
Z9 0103-1990 《GH188合金板材技術(shù)條件》
Z9 132-1999 《焊接用GH188合金冷拉絲材技術(shù)條件》
Q/5B 4002-1992 《GH188合金冷軋帶材》
Q/5B 4003-1992 《GH188合金冷軋板材》
Q/5B 4014-1992 《GH188合金鍛件技術(shù)條件》
Q/5B 4020-1992 《K188合金熔模精密鑄件》
Q/5B 4022-1992 《GH188合金棒材》
Q/5B 4057-1992 《GH188高溫合金冷拉焊絲》
1.4 GH5188(GH188)化學(xué)成分 見表1-1。
1.5 GH5188(GH188)熱處理制度 熱軋板材1170~1190℃,空冷;冷軋帶材和板材1165~1230℃,快速空冷;棒材和鍛件1180℃±10℃,快速空冷。
1.6 GH5188(GH188)品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)δ0.5~4mm的冷軋薄板、δ4~14mm的熱軋中板、δ0.05~0.8mm的冷軋帶材,及各種尺寸的棒材、鍛件、焊絲及精密鑄件。板材經(jīng)固溶處理、酸洗、矯直和切邊后供應(yīng);帶材經(jīng)固溶處理、酸洗、切邊后成卷供應(yīng);板材經(jīng)固溶處理后磨光或車光交貨;鍛件于固溶狀態(tài)供應(yīng);精鑄件于鑄態(tài)交貨。
1.7 GH5188(GH188)熔煉與鑄造工藝 合金采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔或真空電弧重熔工藝生產(chǎn)。精密鑄件采用真空感應(yīng)熔煉后由母合金錠真空重熔澆鑄而成。
1.8 GH5188(GH188)應(yīng)用概況與特殊要求 該合金在國外廣泛應(yīng)用于制造燃?xì)鉁u輪及導(dǎo)彈的高溫部件,如燃燒室、尾噴管及核能工業(yè)中的熱交換器等零部件。在國內(nèi)用該合金制成的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室火焰筒和導(dǎo)向葉片等高溫部件已通過長期試車考驗(yàn),并投入生產(chǎn)應(yīng)用。用該合金板材加工成零件的制造工藝中,任何工序(如熱處理、焊接等)均應(yīng)防止?jié)B碳及銅污染,以免損害合金的力學(xué)性能和耐蝕性能。
二、GH5188(GH188)物理及化學(xué)性能
2.1 GH5188(GH188)熱性能
2.1.1 GH5188(GH188)熔化溫度范圍 1300~1360℃[1]。
2.1.2 GH5188(GH188)熱導(dǎo)率 見表2-1。
2.1.3 GH5188(GH188)比熱容 見表2-2。
2.1.4 GH5188(GH188)線膨脹系數(shù) 見表2-3。
2.1.5 GH5188(GH188)熱擴(kuò)散率見表2-4。
2.2 GH5188(GH188)密度 ρ=9.09g/cm3[2]。
2.3 GH5188(GH188)電性能 合金電阻率見表2-5。
2.4 GH5188(GH188)磁性能 合金無磁性。
2.5 GH5188(GH188)化學(xué)性能
2.5.1 GH5188(GH188)抗氧化性能
2.5.1.1 GH5188(GH188)在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h的氧化速率見表2-6。
2.5.1.2 GH5188(GH188)GH5188、GP536和GH605三種合金刀餓楔形樣式,在爐中的高溫靜止空氣中在指定溫度下試驗(yàn)1h后,在空氣中冷卻不少于40min,總的循環(huán)次數(shù)為100周;另一組試樣在轉(zhuǎn)速為1000r/min的旋轉(zhuǎn)式燃燒裝置中作循環(huán)氧化試驗(yàn),在指定溫度下于0.3馬赫的燃燒產(chǎn)物中保持1h,然后以0.7馬赫的冷空氣吹3min,交替試驗(yàn)100周后試樣的重量損失見圖2-1。
2.5.2 GH5188(GH188)耐腐蝕性能 在含有硫酸鈉和氯化鈉等污染物的環(huán)境中,該合金的耐腐蝕能力優(yōu)于鎳基合金GP536。GH5188等5種合金板材,在燃?xì)馑俣葹?m/s,燃燒空氣中含5×10-6和5×10-5海鹽,№.2號燃油中含0.3%~0.45%硫,空氣-油的比例為30:1,試驗(yàn)時(shí)試樣旋轉(zhuǎn),并每隔1h試樣從900℃用冷空氣吹冷至260℃以下,如此在燃燒裝置上循環(huán)試驗(yàn)200h后的動(dòng)態(tài)熱腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見圖2-2。
三、GH5188(GH188)力學(xué)性能
GH5188(GH188)合金不同品種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-1。
① 持久試驗(yàn)任選一個(gè)溫度進(jìn)行。
② 試制時(shí)拉伸試驗(yàn)結(jié)果供參考。
四、GH5188(GH188)組織結(jié)構(gòu)
4.1 GH5188(GH188)相變溫度
4.2 GH5188(GH188)時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 見圖4-1。
4.3 GH5188(GH188)合金組織結(jié)構(gòu)
4.3.1 GH5188(GH188)固溶狀態(tài)除奧氏體基體外,有M6C一次碳化物,少量的M6C與富鑭化合物結(jié)合在一起的LaxMy相,還有極少量的M3B2和TiC相。在高溫長期暴露后,M6C會(huì)分解析出M23C6,某些爐號可能析出L相,該相在1180℃固溶或在870~980℃長期暴露后重熔于基體。
4.3.2 GH5188(GH188)中板、薄板和帶材技
術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,供應(yīng)狀態(tài)的晶粒度應(yīng)不粗于4級。
固溶溫度(保溫時(shí)間10min)對板材晶粒度級別的
影響見表4-1。
五、GH5188(GH188)工藝性能與要求
5.1 GH5188(GH188)成形性能
5.1.1 GH5188(GH188)鍛造加熱溫度1180℃,終鍛溫度不低于980℃。鑄造組織破碎后們可以采用大變形量,以減少再加熱次數(shù)和細(xì)化晶粒。
5.1.2 GH5188(GH188)板材再固溶處理后塑性良好,可以采用任何冷成形工藝成形,但其最小變形量應(yīng)大于12%,以避免退火后產(chǎn)生粗大晶粒(臨界變形組織)。
5.1.3 GH5188(GH188)工藝塑性
5.1.3.1 GH5188(GH188)高溫扭轉(zhuǎn)塑性圖見圖5-1;高溫拉伸塑性圖見圖5-2。
5.1.3.2 GH5188(GH188)δ1.2mm板材供應(yīng)狀態(tài)的杯突試驗(yàn)擠壓深度為10.6~12.0mm[2]。
5.2 GH5188(GH188)焊接性能 合金焊接性能良好,可用各種形式焊接工藝連接,以氬弧焊連接效果最好,接頭強(qiáng)度和塑性下降較少。氬弧焊接頭與基體材料的持久性能對比見表5-1。
5.3 GH5188(GH188)零件熱處理工藝 該合金在加熱后形成的表面氧化膜與基體結(jié)合較牢,采用清洗不銹鋼氧化皮的方法不易洗掉,而應(yīng)采用復(fù)合堿酸洗工藝清除氧化皮。