常州市天志金屬材料有限公司
一、GH738概述
GH738是以γ′相沉淀硬化的鎳基高溫合金，具有良好的耐燃氣腐蝕能力、較高的屈服強度和疲勞性能，工藝塑性良好，組織穩定。廣泛用於航空發動機轉動部件，使用溫度不高於815℃。可以生產冷軋和熱軋板材、管材、帶材、絲材和鍛件、鑄件、緊固件。
1.1 GH738材料牌號 GH738
1.2 GH738相近牌號 Waspaloy(美國)，NC20K14(法國)
1.3 GH738材料的技術標準
GB/T14992-2005 高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號
1.4 GH738化學成分 見表1-1。
表1-1%
C | Cr | Ni | Co | Mo | Al | Ti | |||||
0.03∼0.10 | 18.0∼21.0 | 餘 | 12.0∼15.0 | 3.50∼5.00 | 1.20∼1.60 | 2.75∼3.25 | |||||
B | Zr | Fe | Mn | Si | P | S | Cu | ||||
不小於 | |||||||||||
0.003∼0.010 | 0.02∼0.08 | 2.0 | 0.10 | 0.15 | 0.015 | 0.015 | 0.10 | ||||
注：微量雜質為ω(Pb) 0.001%、ω(As) 0.0025%、ω(Sn) 0.0012%、ω(Sb) 0.0025%、ω(Bi) 0.0001%。
1.5 GH738熱處理制度 1080℃±10℃，4h，空冷＋840℃，24h，空冷＋760℃，16h，空冷。
1.6 GH738品種規格和供應狀態 可生產棒材、型材、鍛坯、環形件、厚板、薄板、帶材、管材、絲材、砂型鑄件、精密鑄件和緊固件等，通常不經熱處理交貨，板材固溶處理後交貨。
1.7 GH738熔煉和鑄造工藝 採用真空感應熔煉加真空電弧重熔工藝。
1.8 GH738應用概況與特殊要求 該合金在國外廣泛用於航空發動機和燃氣輪機，主要用作渦輪葉片及渦輪盤等轉動件，有成熟的使用經驗。由於該合金含鈷較高，在國內較少採用。
二、GH738物理及化學性能
2.1 GH738熱性能
2.1.1 GH738熔化溫度範圍 1330∼1360℃。
2.1.2 GH738熱導率 見表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 360 | 460 | 545 | 640 | 770 | 855 | 985 |
λ/(W/(m·℃)) | 16.8 | 18.3 | 20.2 | 22.4 | 24.1 | 25.3 | 28.0 |
2.1.3 GH738比熱容 見表2-2。
表2-2[1]
θ/℃ | 360 | 460 | 545 | 640 | 770 | 855 | 985 |
c/(J/(kg.℃)) | 515 | 540 | 573 | 603 | 640 | 665 | 707 |
2.1.4 GH738線膨脹係數 見表2-3。
表2-3[1]
θ/℃ | 20∼100 | 20∼200 | 20∼300 | 20∼400 | 20∼500 | 20∼600 | 20∼700 | 20∼800 | 20∼900 |
α/10-6℃-1 | 12.47 | 12.73 | 13.04 | 13.53 | 13.97 | 14.47 | 15.05 | 15.68 | 15.95 |
2.2 GH738密度 ρ=8.22g/cm3。
2.3 GH738電性能
2.4 GH738磁性能 合金無磁性。
2.5 GH738化學性能
2.5.1 GH738抗氧化性能 合金在空氣介質中試驗100h後的氧化速率見表2-4。
2.5.2 GH738耐腐蝕性能 合金抗鹽霧腐蝕能力良好。
表2-4[1]
θ/℃ | 900 | 1000 |
氧化速率/(g/(m2· h)) | 0.083 | 0.226 |
三、GH738力學性能
3.1 GH738技術標準規定的性能 見表3-1。
表3-1
拉伸性能 | HBS | 持久性能 | ||||||
θ/℃ | σb/MPa | δ5/% | φ/% | θ/℃ | σ/MPa | t/h | δ5/% | |
不小於 | 不小於 | |||||||
815 | 608 | 20 | 32 | 299∼387 | 815 | 328 | 23 | 8 |
四、GH738組織結構
4.1 GH738相變溫度 合金中γ′相的溶解溫度為980∼1050℃，開始從基體中析出溫度為630℃，析出峰值溫度為800℃。合金中M23C6碳化物相的開始析出溫度為700℃，完全溶解溫度為1020℃。
4.2 GH738時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 GH738合金組織結構 經標準熱處理後，除奧氏體基體外，還有γ′相，其化學式為(Ni0.883Fe0.03Cr0.048Co0.039
)3.28(Al0.38Ti0.62Mo痕跡)，該相總量佔合金重量的20%。此外，還有M23C6型碳化物，其化學式近似為(Cr0.746Mo0.094
Ni0.084Co0.041Fe0.023Ti0.012)23C6。另外，還有少量的Ti(CN)和TiN等相。
該合金經650℃和730℃長期時效至3000h，γ′相的數量變化不明顯，分別約有3%和1%左右的補充析出，γ′相大小分別從146nm長大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6轉化，碳化物總量略有增加，從時效前佔基體總量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在長期時效過程中無新相析出，組織穩定。
五、GH738工藝性能與要求
5.1 GH738成型性能
5.1.1 GH738合金塑性圖見圖5-1。
5.1.2 GH738合金的再結晶圖見圖5-2。
5.1.3 GH738該合金熱加工塑性良好，是比較好成形的鎳基高溫合金。鍛造開坯加熱溫度1150∼1170℃，適宜的熱加工溫度為1040∼1170℃，終鍛溫度不低於1000℃。渦輪葉片鍛造溫度通常採用1070∼1110℃範圍，模鍛小變形量應大於25%。應避免在高溫（1180℃）下小變形量（約10%）熱加工，此時可能在晶界上形成連續的MC型碳化物薄膜，導致缺口敏感。在較低溫度下（980∼1080℃）熱變形，晶界上很少形成MC碳化物薄膜，只有不連續的M23C6型碳化物，熱處理後可獲得均勻的4∼5級晶粒度，綜合性能良好。
5.3 GH738零件熱處理工藝 零件熱處理時應注意防止零件表面元素貧化，加熱應均勻。
5.4 GH738表面處理工藝 該合金用做渦輪葉片和渦輪盤等轉動件時，為了提高疲勞性能，進行氬氣保護應力退火，以及噴丸處理。為提高渦輪葉片耐燃氣腐蝕及熱疲勞性能，可進行擴散滲鋁處理。
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