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上海簡帥特種金屬有限公司
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閱讀：143發布時間：2016-10-12
GH80A高溫合金
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，主要供應熱軋棒材、冷拉棒材、熱軋板材、冷軋板材、帶材以及環形件等，用于制造發動機轉子葉片、導向葉片支座、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材料的技術標準
1.4 GH80A化學成分
%
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的規定進行。軋制環件：(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：供應狀態＋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規定，油冷或水冷或空冷。（正常情況，d≥40mm，油冷） ②1080℃±10℃,保溫時間按表1-3規定，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品種規格與供應狀態 供應直徑d20～55mm的葉片用熱軋棒材、直徑不大于300mm的熱軋或鍛制棒材。冷拉棒材供應直徑8～45mm圓棒及內切圓直徑d8～36mm的六角形棒材。供應外徑1000mm、內徑900mm、高度130mm的軋制形件。供應厚度不大于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熱處理供應，其表面應全部磨光或車光。機加工用熱軋棒材經固溶處理并除氧化皮狀態供應。鐓鍛用冷拉棒材以冷拉并磨光狀態供應，機加工用冷拉棒材以冷拉經固溶處理并除氧化皮狀態供應，熱加工用棒材以制造狀態并除氧化皮供應（對鍛造廠用棒材應車光后供應，其表面粗糙度應不小于3.2μm）。軋制環形件以固溶處理和粗加工狀態供應。熱軋板材、冷軋板材和帶材經軟化處理、堿酸洗、切邊和平整或矯直后供應。
1.7GH80A熔煉與鑄造工藝 葉片用棒材和板材采用真空感應熔煉加電渣重熔工藝。軋制環形件與熱軋、鍛制及冷拉棒材采用感應熔煉加電渣重熔，或真空感應熔煉加真空電弧重熔，或真空感應熔煉加電渣重熔工藝。
1.8GH80A應用概況與特殊要求 該合金主要用作發動機轉子葉片、導向葉片支座、扇形件安裝環、螺栓、葉片鎖板等零件。
二、GH80A物理及化學性能
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 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化學性能
2.5.1 GH80A抗氧化性能 在空氣介質中試驗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力學性能
GH80A渦輪葉片用棒材規定性能見表3-1。
表3-1
技術標準 | 試樣串聯對數 | 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組織結構
4.1 GH80A相變溫度
4.2 GH80A時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 GH80A合金組織結構葉片毛坯按不同熱處理規范處理的組織特征：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，并在較低溫度下轉變為M23C6。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，晶界上呈現出不連續狀態的M7C3和M23C6，晶內有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上經700℃±5℃,16h時效，晶界上的M7C3繼續轉變為M23C6，所以在晶界上沉淀出叫連續的M23C6，晶內的γ′相也長大成球形質點[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 渦輪葉片用毛坯應按規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進行固溶處理，加熱溫度1130℃±10℃，保溫60min，空冷。吹砂后，再按規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）規范見表5-1。
表5-1[2]
厚度/mm | 焊前狀態 | 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 | 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縫焊規范見表5-2。
表5-1[2]
厚度/mm | 焊前狀態 | 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 | 5.5 | 6.5 | 3 | 390 | 15 | 15 | 5～8 | 0.15 | 8728 |
5.2.3 GH80A焊接接頭的力學性能見表5-3。
表5-3[2]
焊接方法 | 接頭方式 | 厚度/mm | 焊前狀態 | 焊后狀態 | 接頭強度 | 強度系數/% | |
θ/℃ | σb/MPa | ||||||
自動氬弧焊 | 對接 | 1.2 | 軟態 | 1080℃±10℃,8h,空冷＋750℃±5℃,4h,空冷 | 20 | 1138～1236 | 100 |
縫焊 | 搭接 | 1.2 | 軟態 | 20 | 950～1080 | 85 | |
注：本表數據時兩批板材，每批2個試樣的拉伸試驗數據處理結果。
5.3 GH80A零件熱處理工藝 零件的熱處理工藝按相應的材料技術標準的熱處理制度進行。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,氬氣風扇冷卻，零件的zui終熱處理是在真空爐中進行時效處理，750℃±10℃,4h,氬氣風扇冷卻。對于葉片在固溶后（時效前）制造過程中產生的局部加工硬化應按規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，*熱處理狀態具有好的機加工性能。
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