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GH80A(GH4080))

一、GH80A概述

    GH80A是以鎳-鉻為基體,添加鋁、鈦形成γ′相彌散強(qiáng)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(yīng)熱軋棒材、冷拉棒材、熱軋板材、冷軋板材、帶材以及環(huán)形件等,用 于制造發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、螺栓、葉片鎖板等零件。

1.1 GH80A材料牌號(hào) GH80A-GH4080。

1.2 GH80A相近牌號(hào) Nimonic80A(英國(guó))。

1.3 GH80A材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

    WS9-7009-1996《GH80A合金渦輪葉片用熱軋棒材》

    WS9-7011-1996《GH80A合金熱軋、鍛制及冷拉棒材》

    WS9-7012環(huán)件-1996《GH80A合金軋制環(huán)形件》

    WS9-7095-1996《GH80A合金熱軋板材、冷軋薄板和帶材》

1.4 GH80A化學(xué)成分  見(jiàn)表1-1。   

表1-1%

C

Cr

Ni

Al

Ti

0.04~0.10

18.0~21.0

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(jì)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(guī)定 進(jìn)行。軋制環(huán)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(yīng)狀態(tài)+750℃±10℃,4h,空冷。

表1-2

材料類(lèi)型

固溶處理制度

時(shí)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(jìn)行

①1080℃±10℃,保溫時(shí)間按表1-3規(guī)定,油冷或水冷或空冷。(正常情況,d≥40mm,油冷)

②1080℃±10℃,保溫時(shí)間按表1-3規(guī)定,空冷+1080℃±10℃,保溫30min,水冷

冷拉棒材

1080℃±10℃,保溫時(shí)間按表1-4規(guī)定,水冷或空冷。

表1-3

直徑/mm

保溫時(shí)間/h

直徑/mm

保溫時(shí)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(shí)間/min

直徑或較小截面尺寸/mm

保溫時(shí)間/min

≤15

15~30

>15~25

30~45

1.6 GH80A品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)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(yīng)直徑 8~45mm圓棒及內(nèi)切圓直徑d8~36mm的六角形棒材。供應(yīng)外徑1000mm、內(nèi)徑900mm、高度130mm的軋制形件。供應(yīng)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(jīng)熱處理供應(yīng),其表面應(yīng)全部磨光或車(chē)光。機(jī)加工用熱軋 棒材經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng)。鐓鍛用冷拉棒材以冷拉并磨光狀態(tài)供應(yīng),機(jī)加工用冷拉棒材以冷拉經(jīng)固溶處理并除氧化皮狀態(tài)供應(yīng),熱加工用棒材以制造狀態(tài) 并除氧化皮供應(yīng)(對(duì)鍛造廠(chǎng)用棒材應(yīng)車(chē)光后供應(yīng),其表面粗糙度應(yīng)不小于3.2μm)。軋制環(huán)形件以固溶處理和粗加工狀態(tài)供應(yīng)。熱軋板材、冷軋板材和帶材經(jīng)軟 化處理、堿酸洗、切邊和平整或矯直后供應(yīng)。

1.7 GH80A熔煉與鑄造工藝 葉片用棒材和板材采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。軋制環(huán)形件與熱軋、鍛制及冷拉棒材采用感應(yīng)熔煉加電渣重熔,或真空感應(yīng)熔煉加真空電弧重熔,或真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔工藝。

1.8 GH80A應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用作發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片、導(dǎo)向葉片支座、扇形件安裝環(huán)、螺栓、葉片鎖板等零件。

二、GH80A物理及化學(xué)性能    

    2.1 GH80A熱性能                                        

    2.1.1 GH80A熔化溫度范圍  熔點(diǎn)1405℃[1]。

2.1.2 GH80A熱導(dǎo)率  見(jiàn)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(xiàn)膨脹系數(shù) 見(jiàn)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(wú)磁性。

2.5 GH80A化學(xué)性能 

2.5.1 GH80A抗氧化性能 在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h的氧化速率見(jiàn)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(xué)性能

GH80A渦輪葉片用棒材規(guī)定性能見(jiàn)表3-1。

表3-1

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

試樣串聯(lián)對(duì)數(shù)

持久性能3

θ/℃

σ/MPa

斷裂時(shí)間/h

單個(gè)值

平均值

范圍值(Rmax)=(F)·(1)

WS9-7009-1996

3

750

340

≥23

≥32

≤0.6×實(shí)際平均值

四、GH80A組織結(jié)構(gòu)

4.1 GH80A相變溫度                                       

4.2 GH80A時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)

4.3 GH80A合金組織結(jié)構(gòu) 葉片毛坯按不同熱處理規(guī)范處理的組織特征:1080℃±10℃,8h,空冷處理:在1080℃時(shí)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(guò)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(lái),并在較低 溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6。M23C6在750~1000℃析出,也能獨(dú)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(xiàn) 出不連續(xù)狀態(tài)的M7C3和M23C6,晶內(nèi)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(chǔ)上經(jīng)700℃±5℃,16h時(shí)效,晶界上的M7C3繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)镸23C6,所以在晶界上沉淀出叫連續(xù)的M23C6,晶內(nèi)的γ′相也長(zhǎng)大成球形質(zhì)點(diǎn)[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(kāi)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(yīng)按規(guī)定的工序要求噴涂防護(hù)潤(rùn)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(kāi)鍛溫度1090℃,停鍛溫度950℃,在臥鍛機(jī)上頂鍛,鍛前用二硫化 鉬潤(rùn)滑模膛。零件毛坯鍛造中間工序應(yīng)進(jìn)行固溶處理,加熱溫度1130℃±10℃,保溫60min,空冷。吹砂后,再按規(guī)定的工序要求噴涂防護(hù)潤(rùn)滑劑,烘干 后入爐加熱。零件毛坯再按上述規(guī)定進(jìn)行裝爐、加熱、保溫,并在曲柄壓力機(jī)上進(jìn)行終鍛,鍛前用二硫化鉬潤(rùn)滑模膛。

5.2 GH80A焊接性能 合金可以進(jìn)行自動(dòng)對(duì)接氬弧焊和縫焊。

5.2.1 GH80A不加焊絲的自動(dòng)鎢極氬弧焊(對(duì)接)規(guī)范見(jiàn)表5-1。

表5-1[2]

厚度/mm

焊前狀態(tài)

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(tài)

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(guī)范見(jiàn)表5-2。

表5-1[2]

厚度/mm

焊前狀態(tài)

滾盤(pán)寬/mm

功率級(jí)

電壓/V

脈沖格

休止格

熱量格

焊接速度/(m/min)

電極壓力/N

1.2

軟態(tài)

5.5

6.5

3

390

15

15

5~8

0.15

8728

5.2.3 GH80A焊接接頭的力學(xué)性能見(jiàn)表5-3。

表5-3[2]

焊接方法

接頭方式

厚度/mm

焊前狀態(tài)

焊后狀態(tài)

接頭強(qiáng)度

強(qiáng)度系數(shù)/%

θ/℃

σb/MPa

自動(dòng)氬弧焊

對(duì)接

1.2

軟態(tài)

1080℃±10℃,8h,空冷+750℃±5℃,4h,空冷

20

1138~1236

100

縫焊

搭接

1.2

軟態(tài)

20

950~1080

85

注:本表數(shù)據(jù)時(shí)兩批板材,每批2個(gè)試樣的拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果。

5.3 GH80A零件熱處理工藝 零件的熱處理工藝按相應(yīng)的材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的熱處理制度進(jìn)行。對(duì)于板材、帶材的沖壓成形件,在每成形一次后需進(jìn)行中間真空 退火,1060℃±10℃,10min,氬氣風(fēng)扇冷卻,零件的最終熱處理是在真空爐中進(jìn)行時(shí)效處理,750℃±10℃,4h,氬氣風(fēng)扇冷卻。對(duì)于葉片在固 溶后(時(shí)效前)制造過(guò)程中產(chǎn)生的局部加工硬化應(yīng)按規(guī)定的要求進(jìn)行氬氣或氫氣保護(hù)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(jī)加工性能,完全熱處理狀態(tài)具有好的機(jī)加工性能。


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