GH80A鎳基變形高溫合金

材料牌號：GH80A

英國牌號：Nimonic80A

一、GH80A概述

GH80A是以鎳-鉻為基體，添加鋁、鈦形成γ′相彌散強化的高溫合金，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)動機轉(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 GH80A。

1.2 GH80A相近牌號 Nimonic80A(英國)。

1.3 GH80A材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

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進行

①1080℃±10℃,保溫時間按表1-3規(guī)定，油冷或水冷或空冷。（正常情況，d40mm，油冷）

②1080℃±10℃,保溫時間按表1-3規(guī)定，空冷+1080℃±10℃，保溫30min，水冷

冷拉棒材 1080℃±10℃,保溫時間按表1-4規(guī)定，水冷或空冷。

表1-3

直徑/mm 保溫時間/h 直徑/mm 保溫時間/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 保溫時間/min 直徑或較小截面尺寸/mm 保溫時間/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)動機轉(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

三、GH80A力學(xué)性能

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)對數(shù) 持久性能

θ/℃ σ/MPa 斷裂時間/h

單個值 平均值 范圍值(Rmax)=(F)•( )

WS9-7009-1996 3 750 340 23 32 ≤0.6×實際平均值

四、GH80A組織結(jié)構(gòu)

4.1 GH80A相變溫度

4.2 GH80A時間-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′相也長大成球形質(zhì)點[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潤滑劑，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℃，在臥鍛機上頂鍛，鍛前用二硫化鉬潤滑模膛。零件毛坯鍛造中間工序應(yīng)進行固溶處理，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潤滑劑，烘干后入爐加熱。零件毛坯再按上述規(guī)定進行裝爐、加熱、保溫，并在曲柄壓力機上進行終鍛，鍛前用二硫化鉬潤滑模膛。

5.2 GH80A焊接性能 合金可以進行自動對接氬弧焊和縫焊。

5.2.1 GH80A不加焊絲的自動鎢極氬弧焊（對接）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 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) 接頭強度 強度系數(shù)/%

θ/℃ σb/MPa

自動氬弧焊 對接 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)時兩批板材，每批2個試樣的拉伸試驗數(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)的熱處理制度進行。對于板材、帶材的沖壓成形件，在每成形一次后需進行中間真空退火，1060℃±10℃,10min,氬氣風(fēng)扇冷卻，零件的終熱處理是在真空爐中進行時效處理，750℃±10℃,4h,氬氣風(fēng)扇冷卻。對于葉片在固溶后（時效前）制造過程中產(chǎn)生的局部加工硬化應(yīng)按規(guī)定的要求進行氬氣或氫氣保護表面退火，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具有良好的機加工性能，完全熱處理狀態(tài)具有好的機加工性能。