GH5188是固溶強化型鈷基高溫合金，加入14%的鎢固溶強化，使合金具有優(yōu)良的高溫熱強性，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，同時具有滿意的成形、焊接等工藝性能，適于制造航空發(fā)動機上在980℃以下要求高強度和在1100℃以下要求抗氧化的零件。也可在航天發(fā)動機和航天飛機上使用?？缮a(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。
GH5188(GH188)鈷基變形高溫合金
材料牌號：GH5188/GH188、GH188 (GH5188)
相近牌號：Haynes Alloy No.188/HA188
美國牌號：UNSR30188
法國牌號：KCN22W
一、GH5188(GH188)概述
GH5188是固溶強化型鈷基高溫合金，加入14%的鎢固溶強化，使合金具有優(yōu)良的高溫熱強性，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，同時具有滿意的成形、焊接等工藝性能，適于制造航空發(fā)動機上在980℃以下要求高強度和在1100℃以下要求抗氧化的零件。也可在航天發(fā)動機和航天飛機上使用?？缮a(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 GH5188(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)標準
1.4 GH5188(GH188)化學(xué)成分 見表1-1。
表1-1 %
|
C |
Cr |
Ni |
Co |
W |
Fe |
B |
La |
|
0.05～0.15 |
20.0～24.0 |
20.0～24.0 |
余 |
13.0～16.0 |
≤3.0 |
≤0.015 |
0.03～0.12 |
|
Mn |
Si |
P |
S |
Ag |
Bi |
Pb |
Cu |
|
不大于 |
|||||||
|
≤1.25 |
0.20～0.50 |
0.020 |
0.015 |
0.0010 |
0.0001 |
0.0010 |
0.07 |
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)用于制造燃氣渦輪及導(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)動機燃燒室火焰筒和導(dǎo)向葉片等高溫部件已通過長期試車考驗，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。
表2-1[2]
|
θ/℃ |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
λ/(W/(m·℃)) |
12.23 |
15.32 |
18.30 |
20.81 |
22.90 |
25.04 |
26.50 |
27.88 |
29.06 |
2.1.3 GH5188(GH188)比熱容 見表2-2。
表2-2[2]
|
θ/℃ |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
c/(J/(kg·℃)) |
208 |
425 |
454 |
484 |
513 |
534 |
554 |
571 |
588 |
600 |
2.1.4 GH5188(GH188)線膨脹系數(shù) 見表2-3。
表2-3[2]
|
θ/℃ |
20～100 |
20～200 |
20～300 |
20～400 |
20～500 |
20～600 |
20～700 |
20～800 |
20～900 |
20～1000 |
|
α/10-6℃-1 |
11.8 |
12.4 |
12.9 |
13.4 |
13.7 |
14.4 |
14.8 |
15.2 |
15.7 |
16.2 |
2.1.5 GH5188(GH188)熱擴散率見表2-4。
表2-4[2]
|
θ/℃ |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
Q/(10-6m2/s) |
3.15 |
3.70 |
4.15 |
4.45 |
4.70 |
4.95 |
5.10 |
5.20 |
5.30 |
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。
表2-5[2]
|
θ/℃ |
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
ρ/(10-6Ω·m) |
1.051 |
1.056 |
1.100 |
1.133 |
1.143 |
1.171 |
1.192 |
1.199 |
1.204 |
1.213 |
1.226 |
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100h的氧化速率見表2-6。
表2-6[2]
|
θ/℃ |
900 |
1000 |
1100 |
|
氧化速率/(g/m2·h) |
0.021～0.034 |
0.081～0.098 |
0.125～0.128 |
2.5.1.2 GH5188(GH188)GH5188、GH3536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，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GH3536。GH5188等5種合金板材，在燃氣速度為4m/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，試驗時試樣旋轉(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200h后的動態(tài)熱腐蝕試驗結(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)標準規(guī)定的性能見表3-1。
表3-1
|
品種 |
拉伸性能 |
持久性能 |
硬度HV |
其他性能 |
||||||
|
θ/℃ |
σP0.2/MPa |
σb/MPa |
δ5/% |
θ/℃ |
σ/MPa |
t/h |
δ5/% |
|||
|
不小于 |
不小于 |
|||||||||
|
中板 |
20 |
380 |
860 |
45 |
815① 927① |
165 76 |
23 23 |
10 15 |
282 |
晶粒度≥4級 |
|
薄板 |
20 650 |
380 250 |
860 620 |
45 50 |
927 |
76 |
23 |
15 |
- |
彎曲、抗氧化、晶粒度 |
|
帶材 δ≤0.51mm |
20 650 |
380 250 |
860 620 |
40 40 |
927 |
62 |
23 |
8 |
- |
彎曲180°、抗氧化、晶粒度≥4級 |
|
帶材 δ>0.51mm |
20 650 |
380 250 |
860 620 |
45 50 |
927 |
76 |
23 |
15 |
- |
|
|
棒材 |
20 |
380 |
860 |
45 |
927 |
90 |
23 |
15 |
HBS≤302 |
抗氧化 |
|
鍛件 |
20 |
380 |
860 |
45 |
927 |
83 |
23 |
15 |
HBS≤293 |
抗氧化 |
|
精鑄件 |
20② |
300 |
600 |
10 |
815 |
165 |
15 |
- |
- |
- |
① 持久試驗任選一個溫度進行。
② 試制時拉伸試驗結(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)標準規(guī)定，供應(yīng)狀態(tài)的晶粒度應(yīng)不粗于4級。固溶溫度(保溫時間10min)對板材晶粒度級別的影響見表4-1。
表4-1[10]
|
固溶溫度/℃ |
1100 |
1120 |
1140 |
1150 |
1160 |
|
晶粒度/級 |
8～7(9) |
8～7 |
7～8 |
6～8 |
6～8(5) |
|
固溶溫度/℃ |
1170 |
1180 |
1190 |
1200 |
1220 |
|
晶粒度/級 |
5～7 |
5～7(4) |
5～6(4) |
4～6(3) |
3～5(2) |
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。
表5-1[4]
|
材料 |
θ/℃ |
σ/MPa |
t/h |
δ/% |
材料 |
θ/℃ |
σ/MPa |
t/h |
δ/% |
|
氬弧焊接頭基體材料 |
815 |
165 |
94 61 |
28 36 |
氬弧焊接頭基體材料 |
1090 |
22 |
29 21 |
7 21 |
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。
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