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GH605(GH5605)

一、GH605概述

    GH605是以20Cr和15W固溶強化的鈷基高溫合金,在815℃以下具有中等的持久和蠕變強度,在1090℃以下具有優(yōu)良的抗氧化性能,同時 具有滿意的成形、焊接等工藝性能。適用于制造航空發(fā)動機燃燒室和導向葉片等要求中等強度和優(yōu)良的高溫抗氧化性能的熱端高溫零部件。也可在航天發(fā)動機和航天 飛機上使用??缮a供應各種變形產品,如薄板、中板、帶材、棒材、鍛件、絲材以及精密鑄件。

1.1 GH605材料牌號GH605(GH5605)。

1.2 GH605相近牌號 L605,HS25,WF-11,AlS1670,UNSR30605(美國)、KC20WN(法國)。

1.3 GH605材料的技術標準    

    WS9 7053-1996 《GH605合金熱軋板材、冷軋薄板和帶材》

    Q/5B 4021-1992 《GH605合金環(huán)形鍛件技術條件》

    Q/5B 4031-1992 《GH605合金棒材》

    Q/5B 4032-1992 《GH605合金帶材》

    Q/5B 4033-1992 《GH605合金帶材(硬態(tài))》

    Q/5B 4059-1992 《GH605高溫合金冷拉焊絲》

1.4 GH605化學成分  見表1-1。

表1-1 %

C

Cr

Ni

W

Co

Mn

Fe

Si

P

S

不大于

0.05~0.15

19.0~21.0

9.0~11.0

14.0~16.0

1.0~2.0

3.0

0.40

0.040

0.030

1.5 GH605熱處理制度 板材、帶材:1175~1230℃,快速冷卻;環(huán)形件:1175~1230℃,保溫不少于15min,水冷或快速空冷;棒材(機加工用):1175~1230℃,快速冷卻。

1.6 GH605品種規(guī)格與供應狀態(tài) 可以供應δ≤14mm的熱軋中板、δ≤4mm的冷軋板材、δ0.05~0.80mm的冷軋帶材、 δ0.20~0.80mm的冷硬帶材、d0.2~10.0mm的焊絲、d≤300mm的棒材和各種直徑及壁厚的環(huán)形件。中板和薄板經固溶、堿酸洗、切邊后 供應;帶材經固溶、堿酸洗、切邊后成卷供應;冷硬帶材經固溶、冷軋、退火、拋光和切邊后供應;焊絲以硬態(tài)、半硬態(tài)、固溶加酸洗、光亮固溶處理狀態(tài)成盤交 貨,也可以直條交貨;環(huán)形件經固溶處理粗加工或除氧化皮后供應;機加工用棒材經退火后酸洗或磨光后供應,熱加工用棒材可經退火并磨光后交貨。

1.7 GH605熔煉與鑄造工藝 合金采用電弧爐或非真空感應爐熔煉后再經電渣重熔,或采用真空感應熔煉加電渣重熔。

1.8 GH605應用概況與特殊要求 主要在引進機種上使用,用于制造導向葉片、渦輪外環(huán)、外壁、渦流器、封嚴片等高溫零部件。該合金對硅含量很敏感, 硅可促使合金在760~925℃之間暴露時形成Co2W型L相,從而使合金的室溫塑性下降,因此合金中的硅含量應控制小于0.4%。

二、GH605物理及化學性能    

2.1 GH605熱性能                                        

2.1.1 GH605熔化溫度范圍  1330~1410℃[1]。

2.1.2 GH605熱導率  見圖2-1。

2.1.3 GH605比熱容 合金于20~100℃時的比熱容c=377J/(kg·℃)[1,2,3]。

2.1.4 GH605線膨脹系數(shù) 見表2-1。

表2-1[4]

θ/℃

20~200

20~400

20~500

20~600

20~700

20~800

20~900

20~1000

20~1100

α/10-6℃-1

12.9

13.8

14.2

14.6

15.1

15.7

16.3

17.0

17.8

2.2 GH605密度 ρ=9.13g/cm3[1,3]。                                     

2.3 GH605電性能 

2.3.1 GH605不同溫度的電阻率見表2-2。

2.3.2 GH605冷加工量為25%的合金在低溫下的電阻率見圖2-2。 

2.4 GH605磁性能 合金無磁性。

表2-2[2]

θ/℃

25

400

800

1000

ρ/(10-6Ω·m)

2.30

2.62

2.87

2.91

 

         t

2.5 GH605化學性能 

2.5.1 GH605抗氧化性能

2.5.1.1 GH605合金適合在噴氣發(fā)動機和燃氣渦輪的環(huán)境中工作,在間斷式條件下工作時抗氧化和碳化的最低溫度為870℃,在空氣條件下連續(xù)工作時可耐1090℃的高溫。合金也可在海洋氣氛中工作。

2.5.1.2 GH605在760~1200℃的靜止空氣中作抗氧化試驗時的氧化增重見圖2-3。

                   t

2.5.1.3 GH605在靜止空氣中作抗氧化試驗時的氧化深度見表2-3。

表2-3[1]

氧化條件

氧化深度/(mm/單邊)

θ/℃

t/h①

氧化皮

沿晶氧化

合金貧化層

總深度②

850

950

500

500

0.005

0.010

0.008

0.020

0.008

0.038

0.013

0.048

1000

500

1000

5000

10000

0.025

0.018

0.051

0.051(0.051)③

0.025

0.091

0.102

0.102

0.056

0.091

0.102

0.102

0.081

0.109

0.153

0.203

1150

500

3000

0.041

-

0.038

-

0.076

-

0.117

4.445

① 500h,3000h用的試樣為直徑6.35~12.7mm的圓試樣,其余試樣為厚1.5~2.0mm的試片。

② 總深度為氧化皮加上沿晶氧化或合金貧化層深度中的較大者。

③ 括號中為剝落的氧化皮深度。

2.5.1.4 GH605由d12.7mm的棒材加工的楔形試樣,在爐中1090℃的靜止空氣中加熱3min,在空氣中冷卻不少于3min。循環(huán)試驗總 共為2000周(在高溫下時間為100h);另一組試樣在旋轉式的燃燒裝置中作循環(huán)試驗,轉速為1000r/min,在溫度為1090℃的0.3馬赫數(shù)的 燃燒產物中保持3min,然后以0.7馬赫數(shù)的冷空氣吹3min,試驗后試樣的重量變化見圖2-4。

2.5.1.5 GH605GH605、GH5188和GH3536三種合金的楔形試樣,在爐中的高溫靜止空氣中在指定溫度下試驗1h后,在空氣中冷卻不 小于40min,總的循環(huán)次數(shù)為100周;另一組試樣在旋轉式的燃燒裝置中作循環(huán)試驗,轉速為1000r/min,在指定溫度下于0.3馬赫的燃燒產物中 保持1h,然后以0.7馬赫的冷空氣吹3min,交替試驗100周后試樣的重量損失見圖2-5。

      t

2.5.1.6 GH605退火的板材在燃氣速度為61~85m/s、空氣:燃料=45:1~55:1的燃燒試驗裝置中,試樣在試驗時以30r/min的 轉速旋轉,并每隔30min在加熱至試驗溫度后,用冷空氣吹冷至260℃以下,如此在870~1040℃分別循環(huán)試驗100h后的動態(tài)氧化試驗結果見圖 2-6。

2.5.1.7 GH605固溶處理的δ0.25~0.51mm板材在壓力為1103Pa的空氣中于980℃靜態(tài)長期暴露后的氧化特征見圖2-7。

2.5.2 GH605耐腐蝕性能

2.5.2.1 GH605GH605合金在含1%硫的柴油和含5-6海鹽的空氣中于870~1040℃下在燃燒裝置上作動態(tài)熱腐蝕試驗的結果見圖 2-8。GH605、GH3536等5種合金板材,在燃氣速度為4m/s,燃燒空氣種含5-6或5-5海鹽,N0.2號燃油中含0.3%~0.45%硫, 空氣-油的比例為30:1,試驗中試樣旋轉,并每隔1h試樣從900℃用冷空氣吹冷至260℃以下,如此在燃燒裝置上循環(huán)試驗200h后的動態(tài)熱腐蝕試驗 結果見圖2-9。

 

 t

三、GH605力學性能

GH605技術標準規(guī)定的性能 見表3-1。

表3-1

品種

室溫拉伸性能

硬度HV

815℃持久性能

晶粒度/級

其他性能

σb/MPa

σP0.2/MPa

δ5/MPa

σ/MPa

t/h

δ5/%

中板、薄板、帶材

≥890

370~550

≥35

≤290

165

≥24

≥10

≥2.5(1)

彎曲

冷硬帶材A級

  B級

≥1500

≥1700

≥1300

≥1500

≥5

≥3

410~480

485~560

-

-

-

≥9

≥10

彎曲

彎曲

棒材

≥860

≥340

≥35

HB≤282

165

≥23

≥10

≥2(0)

-

環(huán)形件

≥860

≥310

≥30

HB≤248

165

≥24

≥10

≥2(0)

-

四、GH605組織結構

4.1 GH605相變溫度                                       

4.2 GH605時間-溫度-組織轉變曲線 見圖4-1(合金經1225℃,30min,水冷處理)。

                t

4.3 GH605合金組織結構 合金經時效后可析出一些碳化物和金屬間化合物,包括M7C3、M23C6、M6C、α-Co3W、β-Co3W、L- Co2W和μ-Co7W6。合金在800℃時效時析出順序為(M7C3)、M23C6、M6C、L-Co2W和μ-Co7W6。700℃時效時析出順序為 (M7C3)、M23C6、M6C、(α-Co3W)、β-Co3W和L-Co2W。在800℃和更高溫度時效時,時效硬化主要是由于析出M23C6、 M6C和L-Co2W相。在700℃或更低溫度時效,主要析出碳化物和β-Co3W。α-Co3W為有序面心立方體結構,與基體共格,在長期時效后轉變?yōu)?有序密排六方的β-Co3W,使合金強化。

五、GH605工藝性能與要求

5.1 GH605成形性能 合金具有滿意的冷熱成形性能。熱加工溫度范圍為1200~980℃,鍛造溫度應足夠高以減少晶界碳化物,也應足夠低以控制晶 粒度,適宜的鍛造溫度約為1170℃。鍛造時應注意防止角裂。加熱爐氣氛應為中性或弱氧化性。加熱保溫時間約每25mm厚度1h,鍛造后可以任意速度冷 卻。合金固溶狀態(tài)了進行各種冷成形工序,但要求采用功率較大的成形設備。由于合金冷作硬化速度較大,冷成形時需要進行多次中間退火,在板材和其他產品成形 時,在230℃進行加熱時有益的。  

5.2 GH605焊接性能 合金可用熔焊、電阻焊惡化釬焊等方法進行連接。熔焊時可采用手工或自動的惰性氣體保護電話很難,采用較小的能量輸入,以鎢極 或HGH605焊絲作電極。不推薦采用埋弧焊,以免引起大晶粒和脆化。應在固溶狀態(tài)而不在冷加工狀態(tài)進行熔焊。焊后需進行快速冷卻,最好進行焊后退火,以 消除在760~980℃可能產生的任何脆化。 

5.3 GH605零件熱處理工藝 推薦下列固溶處理工藝。

鍛棒和鍛件:1230℃,水冷;

中板:1200℃,水冷;

薄板和帶材:1175~1200℃,水冷或快速空冷。

保溫時間約為每25mm后1h,但至少15mm。

鉚釘應在1160~1190℃固溶處理10~20min,隨后水冷或快速冷卻。

固溶處理的材料冷加工后可在480~650℃時效4~16h(最好在600℃時效4h),可提高980℃以下的持久蠕變強度。適宜的冷加工量為15%~45%。

5.4 GH605表面處理工藝 固溶處理時生成的表面氧化皮可用吹砂或堿酸洗方法消除。堿酸洗工藝如下:①浸入370℃的氫氧化物溶液中15min;② 浸入60~70℃的8%~12%的硫酸中10~15min;③浸入溫度為50~70℃的12%~15%的硝酸+1%~3%氫氟酸的混合溶液中15min。 每次工序后應在水中沖洗干凈。

5.5 GH605切削加工與磨削性能 合金可滿意地進行切削和磨削加工。



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