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gh159鈷基變形高溫合金

材料牌號(hào)：gh159

美國(guó)牌號(hào)：mp159

一、gh159概述

   gh159合金是在國(guó)外多相鈷基高溫合金（mp合金）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)度多相鈷基高溫合金。它的主要特點(diǎn)是：利用冷變形首先在面心立方基體中誘發(fā)產(chǎn)生交叉網(wǎng)狀分布的片狀ε相來阻止位錯(cuò)的長(zhǎng)程運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)化，再經(jīng)過時(shí)效處理析出彌散的ni3x相補(bǔ)充強(qiáng)化。該合多金具有超高強(qiáng)度、良好的塑韌性和高的應(yīng)力腐蝕抗力等綜合性能，并且在650℃的高溫下仍能保持其高強(qiáng)度的特性。該合金不僅可廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫緊固螺栓等零件，也可用于應(yīng)力腐蝕環(huán)境下（如海洋大氣環(huán)境）服役的飛機(jī)用超高強(qiáng)度緊固件。供應(yīng)的主要品種是冷拉棒材。

   1.1 gh159材料牌號(hào) gh159。

   1.2 gh159相近牌號(hào) mp159(美國(guó))。

   1.3 gh159材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)    

1.4 gh159化學(xué)成分  見表1-1。

                                表1-1   ％

 c

 cr

 ni

 co

 mo

 fe

 ti

 al

 nb

 b

 mn

 si

 p

 s

 不大于

 ≤0.04

 18～20

 余

 34～38

 6～8

 8～10

 2.5～3.25

 0.1～0.3

 0.25～0.75

 0.03

 0.20

 0.20

 0.02

 0.01

   1.5 gh159熱處理制度 固溶處理1040～1055℃,4～8h,水冷+在室溫進(jìn)行48％±1％的冷拔變形＋時(shí)效處理650～675℃，4～4.5h，空冷。

   1.6 gh159品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 可以供應(yīng)d5～25mm的冷拉棒材，供應(yīng)狀態(tài)為冷拔態(tài)。

   1.7 gh159熔煉與鑄造工藝 采用真空感應(yīng)加真空電弧重熔的雙聯(lián)生產(chǎn)工藝。

   1.8 gh159應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的緊固件，在600℃下性能穩(wěn)定，可長(zhǎng)期使用。是目前綜合性能最好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件材料。

   合金主要是經(jīng)過冷變形誘發(fā)產(chǎn)生大量網(wǎng)狀分布的ε相進(jìn)行強(qiáng)化。因此，對(duì)冷拔變形的工藝參數(shù)要嚴(yán)格控制。變形量過小，強(qiáng)度不足；變形量太大，強(qiáng)度升高，但塑性降低。實(shí)踐證明，當(dāng)冷變形量控制在下限時(shí)合金具有較好的綜合性能。

二、gh159物理及化學(xué)性能    

   2.1 gh159熱性能                                        

   2.1.1 gh159熔化溫度范圍  熔點(diǎn)1318℃。

2.1.2 gh159熱導(dǎo)率  見表2-1。

                                     表2-1

 θ/℃

 100

 200

 300

 400

 500

 600

 700

 800

 λ/(w/m·℃)

 冷拔狀態(tài)

 11.3

 14.1

 15.6

 17.4

 19.1

 21.0

 23.0

 24.6

 冷拔＋時(shí)效狀態(tài)

 11.0

 13.8

 15.3

 17.1

 18.6

 20.5

 21.0

 -

2.1.3 gh159線膨脹系數(shù) 見表2-2(冷拔＋時(shí)效狀態(tài))。

                                     表2-2

 θ/℃

 25～100

 25～200

 25～300

 25～400

 25～500

 25～600

 25～700

 25～800

 α/10-6℃-1

 14.3

 14.2

 14.2

 14.6

 14.9

 15.1

 16.0

 18.2

   2.2 gh159密度 ρ=8.33g/cm3。

2.3 gh159電性能 合金的電阻率見表2-3。

                                     表2-3

 θ/℃

 25～100

 25～200

 25～300

 25～400

 25～500

 25～600

 25～700

 25～800

 α/10-6℃-1

 14.3

 14.2

 14.2

 14.6

 14.9

 15.1

 16.0

 18.2

2.4 gh159磁性能 合金在25℃時(shí)的磁導(dǎo)率為1.00265。

2.5 gh159化學(xué)性能

   2.5.1 gh159耐腐蝕性能 該合金具有極好的抗縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。在典型的氯  化鐵實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕。在擦鹽  試驗(yàn)中未發(fā)生損壞。交替浸漬證明該合金具有良好的抗氫脆和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。

三、gh159力學(xué)性能

gh159技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 見表3-1。

                                      表3-1

 品種

 狀態(tài)

 取樣方向

 拉伸性能

 hrc

 持久性能

 θ/℃

 σb/mpa

 σp0.2/mpa

 δ5/％

 φ/％

 θ/℃

 σ/mpa

 t/h

 δ5/％

 不小于

 冷拉棒材

 冷拔＋時(shí)效

 縱向

 室溫

 1795

 1725

 6

 22

 44

 650

 965

 ≥23

 ≥5

 595

 1415

 1310

 5

 15

 -

     注：1 供應(yīng)狀態(tài)的棒材硬度要求hrc≥23。

       2 供應(yīng)狀態(tài)的棒材經(jīng)時(shí)效處理后，其拉伸、持久性能和硬度應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。當(dāng)棒材的拉伸性

         能符合要求時(shí)，硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果不作為判廢依據(jù)。

       3 持久性能可在光滑-缺口組合試驗(yàn)上測(cè)定。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂。試樣光滑部分拉斷后，其伸長(zhǎng)率

         應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。

       4 可在棒材相鄰部位取樣并分別加工的光滑和缺口持久試樣上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂；光

         滑試樣斷裂后，應(yīng)測(cè)定伸長(zhǎng)率；缺口試樣可不拉斷。

       5 持久實(shí)驗(yàn)可在高于965mpa的應(yīng)力下進(jìn)行，但實(shí)驗(yàn)過程中不能改變應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定

         的要求。

       6 經(jīng)需方同意，在965mpa的應(yīng)力下進(jìn)行持久實(shí)驗(yàn)至23h后，可每隔8～10h遞增應(yīng)力35mpa，直至試

         樣拉斷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。

四、gh159組織結(jié)構(gòu)

4.1 gh159相變溫度 γ＋ε兩相區(qū)溫度范圍為540～700℃，540℃以下的γ相為亞穩(wěn)態(tài)。                                      

4.2 gh159時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

4.3 gh159合金組織結(jié)構(gòu) 合金在上臨界溫度（約700℃）以上為穩(wěn)定的面心立方γ相，在下臨界溫度以下（約540℃）為穩(wěn)定的密排六方ε相；兩溫度之間為γ＋ε的兩相區(qū)。當(dāng)合金從上臨界溫度冷卻到室溫時(shí)可保持亞穩(wěn)定態(tài)的γ相。當(dāng)在室溫下進(jìn)行冷變形時(shí)可誘發(fā)γ相到ε相的馬氏體型轉(zhuǎn)變。因此，合金經(jīng)固溶處理后全部為亞穩(wěn)定的γ相，在冷變形過程中部分γ相發(fā)生馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的ε相。所生成的ε相為薄片狀，在面心立方的γ相晶粒內(nèi)呈交叉網(wǎng)狀分布。在隨后的時(shí)效過程中又在亞穩(wěn)定的γ相中析出ni3x相[4～7]。

五、gh159工藝性能與要求

5.1 gh159成形性能

5.1.1 gh159合金鋼錠首先在1125～1180℃保溫18～36h進(jìn)行均勻化處理以減小組織偏析和脆性σ相形成。合金鍛造開坯裝爐溫度不高于600℃，加熱溫度為1120℃±10℃，時(shí)間不小于4h。開鍛溫度不低于1050℃，終鍛溫度不低于950℃.合金熱軋開坯裝爐溫度不高于700℃，加熱溫度為1130℃±10℃，保溫30～60min。道次最大變形量不能超過20％。終軋溫度不低于950℃。熱軋后合金在1050～1070℃退火1h以得到均勻晶粒，便于后續(xù)冷變形加工。

5.1.2 gh159軋制棒材經(jīng)固溶處理后，經(jīng)堿  、酸  洗去氧化皮，再經(jīng)表面涂層處理后，進(jìn)行冷拔變形。冷拔變形量為48％±1％。  

5.2 gh159焊接性能 焊接性能同18-8型不銹鋼，可用氬弧焊工藝。

焊接速度       0.14m/min

電流           100～160a

電壓           10v

gh159焊絲進(jìn)給 0.36～0.56m/min

氬氣流量       5～7l/min

5.3 gh159零件熱處理工藝 螺栓的熱處理工藝為650～675℃，4h時(shí)效處理，空冷。

5.4 gh159表面處理工藝 合金經(jīng)局部感應(yīng)加熱熱鐓成螺帽后，表面再經(jīng)冷搓絲加工螺紋。

5.5 gh159切削加工與磨削性能 合金的機(jī)加工性能類似于gh738鎳-鈷-鉻合金�？稍诶浼庸�強(qiáng)化和時(shí)效材料上進(jìn)行機(jī)加工。