鎳基變形高溫合金GH738

材料牌號：GH738、GH738 (GH4738)

美國牌號：Waspaloy

法國牌號：NC20K14

 

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。廣泛用于航空發動機轉動部件，使用溫度不高于815℃?？梢陨a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

    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	余		12.0～15.0		3.50～5.00		1.20～1.60		2.75～3.25
B	Zr	Fe	Mn		Si		P		S		Cu
		不小于
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，板材固溶處理后交貨。

    1.7 GH738熔煉和鑄造工藝 采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于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。由于該合金含鈷較高，在國內較少采用。

二、GH738物理及化學性能

    2.1 GH738熱性能

2.1.1 GH738熔化溫度范圍 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線膨脹系數 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后的氧化速率見表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/%
	不小于						不小于
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 經標準熱處理后，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)，該相總量占合金重量的20%。此外，還有M23C6型碳化物，其化學式近似為(Cr0.746Mo0.094Ni0.084Co0.041Fe0.023Ti0.012)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，從時效前占基體總量的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℃，終鍛溫度不低于1000℃。渦輪葉片鍛造溫度通常采用1070～1110℃范圍，模鍛最小變形量應大于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，熱處理后可獲得均勻的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，進行氬氣保護消除應力退火，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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