高溫合金GH/NS
GH1016高溫合金
1合金介紹
1.1 概述
CH1016是Fe-Ni-Cr基固溶強化型變形高溫合金，是以鉻、鎢和鉬等元素進行固溶強化。合金可在 950°C以下長期使用，在1000°C以下短時使用。合金具有較好的抗氧化性、高的塑性、較高的熱強性和良 好的抗冷熱疲勞性能。合金冷沖壓成形和焊接工藝性能良好。主要產(chǎn)品有冷軋薄板、中厚板、棒材、絲材、 鍛件和環(huán)形鍛件等。
1. 2 應(yīng)用概況及特性
合金已用于制造航空發(fā)動機燃燒室板材沖壓件和焊接結(jié)構(gòu)件及其他高溫零部件，如承力原件、結(jié)構(gòu)殼 體、安裝邊、安裝座和管接頭等，以及在1000°C以下短時工作的零件。
合金在700°C?900°C長期工作時有--定的時效硬化現(xiàn)象，導(dǎo)致室溫塑性有所下降，高溫持久強度也 略有降低。合金在高于700°C期工作時產(chǎn)生晶界氧化。在1000°C以上的高溫抗氧化性比同類用途的鐐 基合金稍差。合金可作為鎳基合金GH3030、GH3039和GH3044的代用材料。
1.3 材料牌號
GH1O16（GH16、GH15A、GR-5A）。
1. 4 相近牌號
無。
1.5 材料技術(shù)標準
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 1952A航空用高溫合金冷軋板規(guī)范
GJB 5301航空用高溫合金環(huán)形件規(guī)范
HB 5417 GH1016合金棒材
HB 5418 GH1016合金冷軋薄板
HB 5419 GH1016合金圓餅、環(huán)坯和環(huán)形件
HB/Z 140航空用高溫合金熱處理工藝
1. 6 熔煉工藝
釆用電弧爐+電渣重熔、或非真空感應(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 | V |
質(zhì)量分數(shù)/% | ≤0. 08 | 19. 00?22. 00 | 32. 00?36. 00 | 5. 00?6. 00 | 2. 60 — 3. 30 | 余 | 0. 90?1. 40 | 0. 100?0. 300 |
元素 | B | Ce | Mn | Si | P | S | [N] | -- |
質(zhì)量分數(shù)/% | ≤0. 010 | ≤0.050 | ≤1.80 | ≤0. 60 | ≤0. 020 | ≤0.015 | 0. 13 — 0. 25 | — |
1. 8 熱處理制度
摘自 HB/Z 140、GJB 1952A、GJB 5301、HB 5417,HB 5418 和 HB 5419,各品種的標準熱處理制度為：
a)冷軋板材，(1140 ~ 1180 )°C/ACO 其中保溫時間：δ ≤ 3mm, 8min ?12min； δ3 mm ?5 mm，12min ?16mino
b） 管材、絲材、板金件及焊接組合件，（1150?1170）°C/AC。其中保溫時間：Dδ≤3mm,8min? 12min；dδ 3 mm ?5 mm, 12min ?16min。
c） 棒材、鍛件、圓餅和環(huán)形件,1160°C±10°C/ACo
1.9 品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)
摘自 GJB 1952A、GJB 5301,HB 5417.HB 5418 和 HB 5419。
1.9. 1 主要規(guī)格
δ0.5mm?4. 0mm冷軋薄板；d20mm~ 100mm熱軋棒材;d50mm?160mm鍛制棒材；外徑350mm? 1000mm、內(nèi)徑230mm?930mm、厚60mm?150mm的環(huán)形鍛件；各種尺寸規(guī)格的鍛件。
1.9.2供應(yīng)狀態(tài)
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、圓餅和環(huán)坯可經(jīng)熱處理或不經(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）如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
2.4 電阻率
2.5熱擴散率
2.6 比熱容（圖2-2）如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
線膨脹系數(shù)（圖2-3）如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
2.8 密度：ρ=8. 31g/cm3
2.9 磁性能
2. 10 彈性性能（圖2-4）如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
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2-1。如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
2. 11. 1. 2合金在不同溫度和時間長期暴露后的最大沿晶氧化深度見圖2-5。如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
2. 11.2 耐腐蝕性能
殘留在板材表面的含有硫酸和鈉鹽的溶液，在 固溶處理時可使板材或零件表面產(chǎn)生嚴重的腐蝕 坑。腐蝕的深度隨固溶溫度提高而增加，見圖2-6, 將固溶溫度降低到1080°C以下可防止腐蝕。如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
力學(xué)性能
3. 1 供貨技術(shù)標準
3. 1. 1 技術(shù)標準規(guī)定的性能（表3-1）
標準號 | 品種 | 熱處理 | 拉伸性能 | 持久性能 | |||||||||
θ/°C | σb/MPa | σp0.2MPa | δ0.5/% | ψ/ % | θ/°C | σ/MPa | τ/h | δ0.5/% | ψ//% | ||||
GJB 1952A | 冷軋板 | (1140? | 20 | ≥735 | — | ≥35 | — | -- | — | — | — | — | |
750 | ≥360 | — | ≥30 | -- | -- | — | -- | — | — | ||||
900 | ≥185 | — | ≥40 | — | 900 | 69 | ≥20 | ≥20 | — | ||||
HB 5417 | 棒材 環(huán)形件 | U60°C/AC | 20 | ≥705 | -- | ≥35 | ≥40 | — | — | — | — | — | |
750 | ≥390 | —— | ≥30 | ≥35 | 750 | 1 | 180 | ≥23 | — | — | |||
II | 137 | ≥100 | -- | — | |||||||||
900 | ≥185 | — | ≥40 | ≥45 | 900 | 69 | ≥24 | ≥20 | ≥30 | ||||
① 高溫拉伸和持久試驗溫度根據(jù)需要任選--個。 | |||||||||||||
3.1.2生產(chǎn)檢驗數(shù)據(jù)、基值和設(shè)計許用值
3.2 短時力學(xué)性能
3. 2. 1 硬度
3.2. 1.1熱軋板經(jīng)不同固溶處理，室溫硬度見圖3-1。如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
3.2. 1.2冷軋板經(jīng)不同固溶處理.室溫硬度見圖3-2。如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
3.2. 1.3冷軋板經(jīng)700°C?900°C長期時效，不同時效時間的室溫硬度見圖3-3。如有需要可向墨鉅特殊鋼客服索取。
3. 2.2沖擊性能
環(huán)形件經(jīng)標準熱處理，室溫沖擊韌性：縱向,aK = (1290~1750)kJ/m2 ,橫向,aK = 334kJ/m2 。
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冷軋板經(jīng)不同冷軋壓下量，室溫拉伸性能 曲線見圖3-4 。
3. 2. 6. 2 冷軋板經(jīng)不同固溶處理，20°C和900°C的 拉伸性能表3-2 。
3. 2. 6. 3不同產(chǎn)品，不同溫度的典型拉伸性能見 表 3-3。
3. 2. 6. 4薄板經(jīng)不同長期時效，不同溫度的拉伸性 能見表3-4 。
取樣 | 熱處理 | 20°C | 拉伸 | 900°C | 拉伸 |
σb/MPa | δ0.5/% | σb/MPa | δ0.5/% | ||
板材 | 1120°CX lOmin/AC | 800 | 45 | 198 | 94 |
1160°CX lOmin/AC | 789 | 45 | 224 | 105 | |
1200°CX lOmin/AC | 736 | 47 | 215 | 82 |
3.3 持久和蠕變性能
3.3. 1 持久性能
3.3. 1. 1不同產(chǎn)品，不同溫度和時間的持久強度見 表 3-5 。
3.3. 1. 2不同產(chǎn)品，不同溫度的持久應(yīng)力-壽命曲 線分別見圖3-5、圖3-6和圖3-7。
3.3. 1. 3 不同產(chǎn)品的持久熱強參數(shù)綜合曲線見 圖 3-8。
3.3. 1. 4 環(huán)形件不同取樣方向,75O°C和9OO°C的 光滑和缺口持久性能見表3-6。
3.3. 1. 5薄板經(jīng)不同溫度長期時效，不同時效時間 的900°C、51MPa持久性能見圖3-9。
表 3-3〔l~3,6~9.19]
取樣/mm | 熱處理 | θ/°C | σp0.2 / MPa | σb/MPa | δ0.5/% | ψ/% |
50.8 — 2.0 | 供應(yīng)狀態(tài) | 20 | 387 | 798?865 | 40 ?51 | — |
400 | — | 707 | 40 | -- | ||
500 | 274 | 700 | 39 | — | ||
600 | 272 | 701 | 41 | — | ||
700 | 255 | 508?589 | 30 ?58 | — | ||
750 | — | 448 | 61 | — | ||
800 | 228 | 329?385 | 50 ?82 | —— | ||
900 | 146 | 189?221 | 77 ?131 | -- | ||
950 | -- | 152 | 87 | — | ||
1000 | — | 113 | 101 | — | ||
d50 棒材 | 1160°C/AC | 20 | — | 768 | 43 | 57 |
600 | — | 588 | 56 | 54 | ||
700 | — | 506 | 38 | 35 | ||
750 | — | 429 | 33 | 30 | ||
800 | — | 373 | 37 | 33 | ||
850 | -- | 295 | 51 | 50 | ||
900 | — | 223 | 59 | 58 | ||
950 | -- | 170 | 92 | 69 | ||
d915 環(huán)形件 弦向 | 1160°C/AC | 20 | 324 | 759 | 48 | 57 |
700 | 208 | 521 | 54 | 56 | ||
750 | 209 | 458 | 62 | 60 | ||
800 | 195 | 377 | 58 | 66 | ||
900 | 190 | 235 | 90 | 83 |
取樣 | 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 | δ0.5/% | σb/MPa | δ0.5/% | σb/MPa | δ0.5/% | ab/MPa | δ0.5/% | |
薄板 標準 熱處理 | -- | 865 | 40 | 589 | 34 | 385 | 55 | 216 | 92 | |
550 | 200 | 867 | 42 | 555 | 30 | 366 | 67 | 214 | 115 | |
400 | 867 | 41 | 536 | 32 | 380 | 45 | 226 | 118 | ||
700 | 870 | 32 | 537 | 38 | 368 | 63 | 227 | 89 | ||
1000 | 866 | 39 | 518 | 35 | 383 | 60 | 218 | 88 | ||
700 | 200 | 877 | 30 | 519 | 49 | 363 | 71 | 217 | 110 | |
400 | 916 | 20 | 535 | 43 | 359 | 65 | 214 | 121 | ||
700 | 927 | 14 | 535 | 49 | 343 | 83 | 202 | 98 | ||
1000 | 931 | 13 | 541 | 59 | 352 | 89 | 206 | 85 | ||
2000 | 899 | 15 | — | — | — | — | 218 | 100 | ||
800 | 200 | 882 | 16 | 513 | 42 | 332 | 63 | 187 | 114 | |
400 | 857 | 21 | 498 | 35 | 306 | 76 | 180 | 100 | ||
700 | 825 | 13 | 583 | 33 | 376 | 61 | 201 | 70 | ||
1000 | 847 | 12 | 466 | 38 | 306 | 31 | 173 | 52 | ||
取樣 | w°c | h/MPa | |||||||
σ10 | σ100 | σ200 | σ500 | σ1000 | σ2000 | σ5000 | σ10000 | ||
板材 | 550 | 654 | 641 | 637 | 632 | 629 | — | — | — |
700 | 347 | 255 | 232 | 206 | 187 | 172 | 151 | — | |
750 | 236 | 174 | 158 | 139 | 127 | 116 | 102 | — | |
800 | 175 | 124 | 111 | 97 | 87 | 78 | 68 | 62 | |
900 | 93 | 57 | 49 | 40 | 35 | 30 | 25 | — | |
950 | 67 | 37 | 31 | 25 | — | — | — | — | |
1000 | 42 | 19 | 14 | -- | — | -- | — | -- | |
1050 | 21 | 8 | — | — | — | — | — | — | |
棒材 | 700 | 335 | 255 | 234 | 210 | 193 | — | — | -- |
800 | 179 | 127 | 115 | 100 | 90 | — | — | -- | |
900 | 89 | 62 | 56 | 48 | 43 | — | — | — | |
環(huán)形件 弦向 1160°C/AC | 700 | 388 | 279 | 253 | 222 | 201 | 181 | — | -- |
750 | 273 | 204 | 187 | 167 | 153 | 140 | 126 | -- | |
800 | 186 | 139 | 127 | 114 | 104 | 95 | 85 | -- | |
900 | 116 | 71 | 61 | 50 | 43 | 37 | -- | -- | |
注：根據(jù)持久應(yīng)力-壽命曲線回歸方程確定。 | |||||||||
表3-6⑴
取樣 | o/°c | a/MPa | r/h | δ5/% | ψ/％ | τ/h | |
環(huán)形件 標準 | 縱向 | 750 | 176 | 284 | 51 | 74 | >690 |
橫向 | 273 | 56 | 76 | — | |||
縱向 | 900 | 61 | 189 | 80 | 79 | — | |
橫向 | 179 | 81 | 72 | — | |||
①缺口半徑r=0. 5mmo | |||||||
3.3.2 蠕變性能
3.3.2. 1 冷軋板不同溫度100h的蠕變極限見 表 3-7。
3.3. 2. 2 冷軋板不同溫度和應(yīng)力的蠕變曲線見
3. 3. 2. 3冷軋板不同溫度蠕變總變形率和應(yīng)力的關(guān)系曲線見圖3-14,蠕變塑性變形率和應(yīng)力的關(guān)系曲線 見圖3-15。
3. 3. 2. 4冷軋板不同溫度100h的持久極限和蠕變極限見圖3-16。
取樣 | / h | Ep/% | 在以下溫度s/MPa | &/% | 在以下溫度，o/MPa | ||||||||
700 °C | 750°C | 800 °C | 900°C | 950°C | 700 °C | 750°C | 800°C | 900°C | 950°C | ||||
薄板 供應(yīng)狀態(tài)) | 100 | 0.2 | 98 | 65 | 46 | 28 | — | 0.2 | 88 | 60 | 43 | 27 | — |
1 | 150 | 110 | 83 | 42 | -- | 1 | 147 | 108 | 82 | 41 | — | ||
5 | 206 | 142 | 106 | 49 | 30 | 5 | 206 | 142 | 106 | 48 | — | ||
3.4 疲勞性能
3.4. 1高周疲勞
3.4. 1. 1不同產(chǎn)品，不同溫度和試驗條件的高周疲勞極限見表3-8。
3.4. 1.2 冷軋板750°C和900°C的彎曲震動疲勞S- N曲線見圖3-17。
3.4.2低周疲勞
3.4.3特種疲勞
3.4.3. 1 冷軋板900°C=20°C,N = 60周的冷熱疲 勞性能見表3-9。
3.4.3. 2冷軋板不同循環(huán)溫度的冷熱疲勞性能見 圖 3-18。
3. 4. 3. 3冷軋板不同循環(huán)溫度的冷熱疲勞裂紋擴 展曲線見圖3-19。
3. 4. 3. 4冷軋板經(jīng)不同長期時效,900 °C ^20 °C冷熱疲勞裂紋擴展曲線見圖3-20。
3.5 裂紋擴展速率
3. 6 斷裂韌度
3. 7 松弛性能
4工藝性能與要求
4. 1成形工藝與性能（表4-1）
4.2工藝性能
4. 2. 1在室溫下進行。當(dāng)以多次沖壓工藝制造零件時，每次冷沖后均需進行固溶處理。深沖前板材表面要涂硝基清漆。
4.2.2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. 2.3筒形件極限深沖系數(shù)時壁厚的變化見圖 4-1。
加工類型 | 加熱溫度 | 開鍛（軋）/終鍛（軋）溫度 |
鍛造開坯 | ≤700°C裝爐1150°C~1170°C | 開鍛≥1000°C；終鍛≥900°C |
軋制板坯、板材 | 1160°C~1170°C | 荒軋：1140°C；精軋：1100°C ;停軋≥900°c |
4.2.4極限翻邊系數(shù)時零件厚度的最大減薄量為21 %,在極限壓窩系數(shù)時零件厚度的最大減薄量為25 %。
4. 2.5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以J為板厚），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. 2.6當(dāng)冷變形量為30%時，板材的開始再結(jié)晶溫度為830°C ,完成再結(jié)晶溫度為960°C。
4.3 焊接性能
4.3. 1合金具有良好的焊接工藝性能?？捎脷饣『负徒佑|焊進行聯(lián)接；不加填料的自動氣孤焊，應(yīng)采 用較小的焊接電流和較低的焊接速度，否則易產(chǎn)生咬邊缺陷。由于合金的抗氧化性比鐐基合金稍差, 因此氣孤焊時應(yīng)注意加強保護。接觸焊接時選擇合適的規(guī)范，可以得到滿意的焊接接頭，焊縫核心內(nèi) 部無裂紋，但有縮孔和結(jié)合線伸入，單邊伸入長度--般不超過0. 1mm,核心周圍有較多的胡須狀和晶間 加粗組織。縫焊較厚的板材（如δ=2mm+2mm）,應(yīng)選用較低的焊接速度和較長的休止時間，并適當(dāng)加大滾盤壓力，防止裂紋的產(chǎn)生。該合金板材可與lCrl8Ni9Ti、GH1140、GH3030等板材組合，進行氬弧焊和接觸焊。
4.3.2板材的縫焊規(guī)范參見表4-3。
4.3.3鈣極氣弧焊時推薦使用與基體同牌號或HGH3536為填充材料，允許使用HGH3044為填充材 料。手工氣弧焊規(guī)范參見表4-4。
4.3.4各種焊接接頭的力學(xué)性能見表4-5。
表 4-3[51,]
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) |
0. 8 + 0. 8 | 5?6 | 7600 | 0. 10 — 0. 12 | 0. 08 — 0. 12 | 5885 | 0. 50—0.55 |
1.0+1.0 | 5?6 | 7800 | 0. 12 ?0. 16 | 0. 08 — 0. 12 | 6865 | 0.50 ?0.55 |
1.2+1.2 | 5?6 | 8000 | 0. 14 ?0. 18 | 0. 10 ?0. 14 | 7845 | 0.45 ?0.50 |
1. 5 + 1. 5 | 6?7 | 9000 | 0. 16?0. 22 | 0. 14 ?0. 16 | 8825 | 0. 40?0.45 |
2. 0 + 2. 0 | 6?7 | 9200 | 0. 24 ?0. 28 | 0. 22?0.26 | 9805 | 0. 30?0. 36 |
表 4-4
板厚/mm | 填充焊絲/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.() | 1. 0 ?1. 6 | 1.0X1.5 | 1.6 | 40 ?55 | 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 |
焊接方法 | 板厚/ mm | 焊前處理 | 焊后處理 | 焊絲牌號 | θ/°C | 接頭拉伸性能 | 接頭持久性能 | ||
σb/MPa | 強度系數(shù)/% | σ/MPa | t/h | ||||||
手工氬 弧焊 | 1.5 | 供應(yīng)狀態(tài) | 未處理 | HGH1016 | 20 | 852 | 100 | — | -- |
900 | 211 | 97 | 61 | 85 | |||||
HGH3044 | 20 | 850 | 100 | — | — | ||||
900 | 217 | 99 | 61 | 71 | |||||
自動鎢極 氬弧焊 | 1.5 | -- | 1160°C | HGH1016 | 20 | 785?821 | 95 ?96 | — | — |
700 | 506?525 | 86 ?99 | — | — | |||||
800 | 339?370 | 88 ?100 | — | — | |||||
900 | 2088?213 | 97 ?100 | 51 | 222 | |||||
900 | — | — | 61 | 88 | |||||
縫焊 | 0.8 ?2.0 | 供應(yīng)狀態(tài) | 未處理 | — | 20 | 804?873 | 97 ?100 | — | — |
1.5 | 供應(yīng)狀態(tài) | 未處理 | -- | 700 | 531 | 100 | -- | — | |
800 | 345?355. | 92 ?100 | — | — | |||||
900 | 208?2211 | 9 — 100 | 51 | 226 | |||||
900 | — | -- | 61 | 128 | |||||
4. 4 零件熱處理工藝
4.4. 1零件唯--熱處理方式為固溶處理；最終固溶處理溫度為1160°C±10°C,以多次深沖方法制造零件 時，中間熱處理溫度為1080°C + 10°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 件形狀進行空冷或水冷3。
4.4.2板材零件在固溶處理時的保溫時間，可以根據(jù)板材的厚度選擇5min?15min,鍛件可按其厚度約 1.4min/mm 計算。
4. 4.3零件熱處理前應(yīng)將表面油污、切削加工冷卻液和其他臟物清洗干凈，以免在熱處理時引起表面局部腐蝕。
4. 4.4零件熱處理后氧化皮呈暗灰色，有時局部不均勻脫落，外觀似較粗糙，但對吹砂或酸洗后成品零件 的表面質(zhì)量沒有影響。
4.5 表面處理工藝
熱處理后零件表面的氧化皮，可用吹砂方法或酸洗方法清除。用酸洗法清除氧化皮時，可以采用氫氟 酸-硫酸-硝酸水溶液的單--酸洗工藝，也可以采用氫氧化鈉-硝酸鈉和硫酸-氯化鈉水溶液的復(fù)合堿酸洗工藝。
4. 6 切削加工與磨削性能
合金可以滿意地進行切削加工。
5組織結(jié)構(gòu)
5. 1 相變溫度
Laves相析出峰在700°C,800°C開始回溶。
5.2 時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
合金在550°C?900°C長期時效400h?1000h過程中析出相數(shù)量的變化見圖5-1。
參考文獻
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