鎳基變形高溫合金GH738
材料牌號(hào)：GH738、GH738 (GH4738)
美國(guó)牌號(hào)：Waspaloy
法國(guó)牌號(hào)：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?xì)飧g能力、較高的屈服強(qiáng)度和疲勞性能，工藝塑性良好，組織穩(wěn)定。廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，使用溫度不高于815℃�？梢陨a(chǎn)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(hào) GH738
1.2 GH738相近牌號(hào) Waspaloy(美國(guó))，NC20K14(法國(guó))
1.3 GH738材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1.4 GH738化學(xué)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 | ||||
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(guī)格和供應(yīng)狀態(tài) 可生產(chǎn)棒材、型材、鍛坯、環(huán)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(jīng)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(yīng)熔煉加真空電弧重熔工藝。
1.8 GH738應(yīng)用概況與特殊要求 該合金在國(guó)外廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，主要用作渦輪葉片及渦輪盤等轉(zhuǎn)動(dòng)件，有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。由于該合金含鈷較高，在國(guó)內(nèi)較少采用。
二、GH738物理及化學(xué)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(dǎo)率 見表2-1。
表2-1
| 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 |
表2-2
| θ/℃ | 360 | 460 | 545 | 640 | 770 | 855 | 985 |
| c/(J/(kg.℃)) | 515 | 540 | 573 | 603 | 640 | 665 | 707 |
表2-3
| 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 |
2.3 GH738電性能
2.4 GH738磁性能 合金無(wú)磁性。
2.5 GH738化學(xué)性能
2.5.1 GH738抗氧化性能 合金在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)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
| θ/℃ | 900 | 1000 |
| 氧化速率/(g/(m2· h)) | 0.083 | 0.226 |
三、GH738力學(xué)性能
3.1 GH738技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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 |
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(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3 GH738合金組織結(jié)構(gòu) 經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后，除奧氏體基體外，還有γ′相，其化學(xué)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(xué)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(jīng)650℃和730℃長(zhǎng)期時(shí)效至3000h，γ′相的數(shù)量變化不明顯，分別約有3%和1%左右的補(bǔ)充析出，γ′相大小分別從146nm長(zhǎng)大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6轉(zhuǎn)化，碳化物總量略有增加，從時(shí)效前占基體總量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在長(zhǎng)期時(shí)效過(guò)程中無(wú)新相析出，組織穩(wěn)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(jié)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(yīng)大于25%。應(yīng)避免在高溫（1180℃）下小變形量（約10%）熱加工，此時(shí)可能在晶界上形成連續(xù)的MC型碳化物薄膜，導(dǎo)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(xù)的M23C6型碳化物，熱處理后可獲得均勻的4～5級(jí)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(shí)應(yīng)注意防止零件表面元素貧化，加熱應(yīng)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(zhuǎn)動(dòng)件時(shí)，為了提高疲勞性能，進(jìn)行氬氣保護(hù)消除應(yīng)力退火，以及噴丸處理。為提高渦輪葉片耐燃?xì)飧g及熱疲勞性能，可進(jìn)行擴(kuò)散滲鋁處理。
