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GH1015高溫合金

更新時間 2021-06-26 12:00:34 閱讀 790

GH1015高溫合金

1合金介紹
1.1 概述
GH1015是Fe-Ni-Cr基固溶強化型變形高溫合金，使用溫度在950°C以下。合金以加入鉻、鎢和鉬等元素進行固溶強化。合金具有較高的塑性、中等的持久和蠕變強度、良好的抗冷熱疲勞性能，以及良好的加工和焊接性能，及組織穩定性。主要產品有冷軋薄板、棒材、絲材和鍛件。
1. 2 應用概況及特性
合金已用于制造航空發動機燃燒室和加力筒體等板材結構件和其他高溫部件。
合金在7OO°C~9OO°C長期工作時有一定的時效硬化現象，使室溫塑性下降；合金在7OO°C以上長期工作時有沿晶界氧化的傾向，可采用法瑯涂層進行有效保護。在1000°C以上的高溫抗氧化性能比同類用途的鎳基合金稍差。該合金可作為GH2039、GH3030、GH3044和GH3536合金的代用料。
材料牌號
GH1015相近牌號：GH15、GR5
1.5材料技術標準
GB/T 14992高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號
GJB 3165A航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材
HB/Z 140航空用高溫合金熱處理工藝
HB 5199航空用高溫合金冷軋薄板
YB/T 5245普通承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材
1. 6 熔煉工藝
釆用電弧爐+電渣重熔、或非真空感應爐斗電渣重熔、或真空感應爐+電渣重熔熔煉工藝。
1.7 化學成分
摘自 GB/T 14992,見表 1-1

元素	C	Cr	Ni	w	Mo	Fe	Nb
質量分數/%	≤0. 08	19. 00?22. 00	34.00?39.00	4. 80—5. 80	2. 50 — 3. 20	余	1. 10—1. 60
元素	B	Ce	Mn	Si	P	S	Cu
質量分數/%	≤0. 010	≤0. 050	≤l. 50	≤0. 60	≤O. 020	≤O. 015	≤O. 250

1.8 熱處理制度

摘自GJB 3165A.YB/T 5245、HB 5199和HB/Z 140,各品種的標準熱處理制度為：
a）冷軋薄板、絲材、板金件及焊接組合件,1130°C~1170°C/ACo其中：δ（d）≤3mm,保溫8min~ 12min；δ（d）3mm?5 mm,保溫 12min?16min；
b）熱軋和鍛制棒材、鍛件、模鍛件，1140°C?1170°C/AC。
品種規格與供應狀態
1.9.2 供應狀態
1. 9. 1主要規格
d20mm~300mm棒材,δ0. 5mm?6. 5mm帶材和冷軋薄板；各種尺寸規格鍛件和模鍛件。
棒材不經熱處理，經磨光或車光后供應；板材經熱處理+精整+去除氧化皮+平整+切邊后供應；鍛件、模鍛件一般不經熱處理供應。

2物理、彈性和化學性能
2. 1 熔化溫度范圍
2. 2 相變點
2.3 熱導率（圖2-1）如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.4 電阻率
2.5 熱擴散率
2.6 比熱容（圖2-2）如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.7 線膨脹系數（圖2-3）如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.8 密度p=8. 32g/cm。
2.9 磁性能
2. 10 彈性性能（表2-1）如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2. 11 化學性能
2.11.1抗氧化性能
2.11.1.1合金在空氣介質中，不同溫度試驗100h 的氧化速率見表2-2。可以聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.11.1.2 合金未經和經涂層后，不同溫度50h和100h的氧化性能對比見表2-3。可以聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2. 11. 1. 3 合金在700°C?900°C長期暴露2000h 內，最大沿晶界氧化深度見圖2-4。可以聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
2.11.2 耐腐蝕性能表 2-3

試樣狀態	0/°C	50h氧化		100h氧化
試樣狀態	0/°C	氧化增重/（g/m2）	氧化速率/[g/(mz • h)]	氧化增重/（g/m2）	氧化速率/Eg/(mz - h)]
基材	900	1.30	0. 026	2.00	0. 020
W-2		—0. 25	— 0.005	0. 13	0. 0013
W-105		1. 51	0. 030	2. 19	0. 022
基材	1000	16. 90	0. 338	21.43	0.214
W-2		3. 5	0.069	3. 9	0.039
W-105		2. 91	0.059	5. 86	0.058
基材	1100	47	0. 94	79	0. 79
W-2	1100	7.9	0. 158	12	0. 12

圖2-4合金在700°C?900°C長期暴露2000H內的最大沿晶界氧化深度電
3力學性能
3. 1 供貨技術標準1技術標準規定的性能（表3-1）
表3-1

標準號	品種	熱處理	拉伸		性能				持久性能
			0/V	/MPa	&/%	P/%	orc		a/MPa	r/h	&/%

GJB 3165A YB/T 5245	熱軋（鍛）棒①	1140°C ? 1170°C/AC	20	665	35	40	一		—	一	一
			700	390	30	35	900	I組	60	30	—
			900	175	40	45		11組	50	100	一
HB 5199	冷軋板®	1130°C ? 1170°C/AC	20	865	40	一	900		68	20	20
			900	175	40	—
當供方保證時，700°C 持久試驗結果供參考		應伸試驗可不做。II組900°C持久為仲裁試驗，試樣不加倍。

表 3-2

取樣	熱處理	樣本大小	θ/°c	a/MPa				&δ%		δ5/%
取樣	熱處理	樣本大小	θ/°c	A	B	S	X	S	X	s	X
板材	標準熱處理	138	20	685	710	685	741	40	45.8	——	—
板材		114	900	165	175	175	190	40	93.7	—	—
棒材		260	20	665	685	665	710	35	48.5	40	61. 3
		122	700	415	440	390	477	30	59.6	35	58. 9
		294	900	175	190	175	207	40	105. 9	45	87.9

3. 1.2生產檢驗數據、基值和設計許用值（表3-2）
3. 2 短時力學性能
3. 2. 1硬度
3. 2. 1.1板材經不同冷軋壓下量，室溫硬度見圖3-1。
3. 2. 1.2板材經不同固溶處理，室溫硬度見圖3-2。經不同固溶保溫時間，室溫硬度見圖3-3。如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3. 2. 1.3板材經不同長期時效，室溫硬度見圖3-4。如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.2.2 沖擊性能棒材經標準熱處理，室溫沖擊韌性aK = 2880kJ/m
3.2.3壓縮性能
3.2.4扭轉性能
3. 2.5剪切性能
3.2.6拉伸性能
3.2.6. 1不同產品經不同冶煉工藝，不同溫度的拉伸性能見表3-4。如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.2.6.2板材經不同冷軋壓下量，室溫拉伸性能曲線見圖3-5。如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.2.6.3板材經不同固溶處理,不同溫度的拉伸性能曲線見圖3-6。
3.2.6.4板材經不同長期時效，再經1150°C恢復熱處理后的室溫拉伸性能見表3-4；不同溫度的拉伸性能見表3-5。
3.2.6.5板材經噴涂W-105法瑯涂層,900°C的拉伸強度見表3-6。

取樣/ mm	θ/°c	σb/MPa	σp0.2/MPa	δ5/%	ψ5/%	取樣/mm	θ/°c	σb/MPa	σp0.2/MPa	δ5/%	ψ5/%
1. 2 ?1.7 冷軋板電弧爐+電渣標準熱處理	20	737	314	48	—	d80鍛棒電弧爐十電渣標準熱處理	750	400	一	63	62
	400	601		49	一		800	350	—	52	58
	500	591	212	49			850	271	—	91	85
	600	581	211	50	—		900	216	—	82	82
	700	478	205	45	一		950	153	—	101	82
	800	318	194	77	—	"70軋棒感應爐+電渣標準熱處理	20	717	287	48	60
	900	189	137	103	一
							700	468	一	68	67
	950	140	—	93	—
							750	408	—	62	70
	1000	110	一	73	—
							800	343		92	79
"80鍛棒電弧爐+電渣標準熱處理	20	711	307	44	62
							850	278	—	104	87
	550	593	—	50	56
	600	564	—	51	58		900	223	—	108	90
	700	504	—	49	51		950	157	—	103	93

取樣/mm	時效規范		恢復熱處理	20°C拉伸
取樣/mm	0/°C	t/h	恢復熱處理	σb/MPa	δ5/%
冷軋板標準熱處理	700	1000	無	795	21.4
	700	1000	1150°C X 10min/AC	692	50. 8
	800	1000	無	737	13. 2
	800	1000	1150°CX 10min/AC	608	44. 5
	900	400	無	602	13. 8
	900	400	1150°C X10min/AC	619	36. 3

取樣/ mm	時效規范		20°C拉伸		700°C拉伸		800°C拉伸		900°C拉伸
取樣/ mm	θ/°c	T/h	σb/MPa	δ5/%	σb/MPa	δ5%	σb/MPa	δ5/%	σb/MPa	δ5/%
冷軋板標準熱處理	——	—	657	51	479	61. 6	307	80. 0	182	114.6
	550	200	—	一	426	35.0	304	74.2	170	103. 6
		400	667	53	421	30. 6	313	59.0	178	106. 2
		700	—	—	399	29.2	327	69. 8	174	95.2
		1000	657	52	421	38.6	305	77.8	184	108.0
	700	200	一	一	409	55. 0	329	92. 7	182	122.0
		400	755	27	427	66. 6	306	85. 6	187	127.0
		700	—	—	444	53.0	300	82.0	174	115. 4
		1000	794	21	455	52.4	306	81.4	170	126. 8
		2000	—	—	—	—	—	—	186	109. 2
	800	200	—	—	461	54.4	314	79. 8	169	130.8
		400	755	17	464	44. 0	298	70. 6	178	124. 2
		700	—	—	444	28.4	320	91.8	161	101.6
		1000	735	13	450	46. 4	299	54. 0	158	69. 6
	900	200	—	—	417	37.8	302	64.4	163	83.8
		400	696	21	431	32. 2	292	49. 0	159	79. 9
		700	—	—	424	50.0	317	86.2	158	76.2
		1000	647	15	408	33. 6	324	25. 6	184	31. 2
注：時效后帶氧化皮測試性能。

3.3 持久和蠕變性能3.3. 1 持久性能
3.3. 1. 1板材和棒材不同溫度的持久強度見表3-7。如有需要請聯系上海墨鉅特殊鋼客服索取圖表。
3.3. 1.2板材和棒材不同溫度的持久應力-壽命曲線分別見圖3-7和圖3-8,持久熱強參數綜合曲線分別見圖3-9和圖3-10。
3.3. 1.3板材經不同固溶處理、或經不同長期時效后，900°C、51MPa持久性能分別見表3-8和圖 3-11。
3.3. 1.4板材未經和經噴涂W-105塊瑯涂層后， 900°C、51MPa的持久壽命比較見表3-9。

取樣/mm	熱處理	θ/°c	σt/h/MPa
取樣/mm	熱處理	θ/°c	σ1o	σ100	σ200	σ500	σ1000	σ2000	σ5000	σ10000
沮.5 冷軋板	1130°C ?1170C/AC	600	470	400	375	350	330	310	一	—
		700	300	235	215	190	172	160	—	—
		800	167	118	106	93	84	76	65	57
		900	85	55	49	41	35	一	—	—
		950	51	35	30	25	—	—	—	—
J80 棒材	1150°C/AC	700	330	250	225	200	180	160	—	—
		800	170	118	105	91	83	74	—	—
		900	84	53	46	37	32	—	—	—
注：根據熱強參數綜合曲線和持久應力-壽命曲線確定。

表 3-8

取樣/mm	時效規范		900°C、51MPa 持久		取樣/mm	時效規范		900°C、51MPa 持久
取樣/mm	θ/°c	t/h	r/h	δ5/%	取樣/mm	θ/°c	t/h	r/h	δ5/%
1.5 冷軋板 1150°C/AC	—	一	182	57	S1. 5 冷軋板 1150T/AC	800	400	153	76
	550	400	173	80		800	1000	121	115
	550	1000	155	72		900	400	78	68
	700	400	219	50		900	1000	82	56
	700	1000	220	62	一	—	—	—	—

注：時效后帶氧化皮測試性能。
3.3.2蠕變性能
3.3. 2.1板材和鍛棒不同溫度的蠕變性能見表3-10。

取樣/mm	θ/°c	δ/MPa	100h的蠕變性能
取樣/mm	θ/°c	δ/MPa	εp/%	εt/%
1.5 冷軋板標準熱處理	800	98	5	一
	900	47	5	一
	950	29	5	—
D80鍛棒標準熱處理	800	68	0. 6761	0. 7225
D80鍛棒標準熱處理	800	59	0. 6143	0. 6558

3.3. 2.1板材800°C和900°C蠕變殘余變形率和蠕變應力之間的關系曲線見圖3-12。
3.3. 2.1 棒材800°C不同應力的蠕變曲線見圖3-13。
3.4 疲勞性能
3.4. 1高周疲勞
3.4. 1. 1板材經標準熱處理,900°C的彎曲震動疲勞,δ-1=118MPa,S-N 曲線見圖 3-14。
3.4. 1. 2板材經不同固溶處理,900°C^_,=147MPa的旋轉彎曲疲勞壽命見圖3-15。
3. 4. 1.3板材經不同長期時效，550°C和900°C的旋轉彎曲疲勞極限見表3-ll。

4. 1 相變溫度
4. 1 成形工藝與性能

工藝參數見表4-1。當冷變形量為30%時,板材的開始再結晶溫度為800°C，完成再結晶溫度為95O°C[,]。
4. 2 工藝性能
4. 2. 1供應狀態板材在深沖、翻邊和壓窩時的極限系數見表4-2。
4. 2.2筒形件在極限深沖系數時壁厚的變化見圖4-1。
4.2.3零件在極限翻邊系數時厚度的最大減薄量為為30 %⑵。
4.2.4用90°單角帶校正直角邊的模具彎曲時，板材的最小彎曲半徑小于0.5$板厚，彎曲后的回彈量與材料方向無關。彎曲半徑與回彈角的關系見圖4-2。
4. 2.5供應狀態板材的反復彎曲和杯突性能見表4-3。

表 4-1

加工類型	加熱溫度	開鍛（軋）/終鍛（軋）溫度
鍛造開坯	W700°C裝爐,1160°C±10V	開鍛21000C ；終鍛2900笆
熱軋棒材	W700P 裝爐,1150°C±10"C	開軋：io5or±ioVs 停軋 >98or
軋制板坯、板材	1150°C ?1170°C	停軋N900°C
冷軋板	總壓下率為30%?40%。多次成形制造的零件，每次冷成形后均需進行固溶處理。成形前板材表面涂以硝基清漆

4.3 焊接性能

4. 3. 1點焊和縫焊前，材料機械拋光后存放時間不應超過15晝夜。板材的縫焊規范參見表4-4。
4.3.2氯弧焊焊接裂紋傾向性小于15%。鈣極氣弧焊時，推薦使用與基體同牌號或HGH3536的填充材料，允許使用HGH3044作填充材料。鶴極手工氣弧焊(對接)規范參見表4-5。
4.3.3 GH1015和GH3030、GH3039合金焊接時，手工氣弧焊接頭的力學性能見表4-6。
4.3.4各種焊接接頭的力學性能見表4-7。
4.3.5板材不同溫度的點焊接頭的抗剪強度見圖4-3。
4. 3. 6板材不同焊點直徑的單點接頭室溫抗剪強度見圖4-4。
表4-4⑻

板厚/ mm	滾盤寬/mm	電流/A	焊接時間/s	休止時間/s	電極壓力/N	焊接速度/(m/min)
1.0 + 1.0 1. 2+1. 2 1. 5 + 1. 5	5?6 5?6 6?7	7800 8000 9000	0. 12—0. 16 0. 14 ?0. 18 0. 16?0. 22	0.08 — 0. 12 0. 10—0. 14 0. 14—0. 16	6865 7845 8825	0. 50?0. 55 0.45 ?0.50 0. 40—0. 45

表4-5

板厚/ mm	填充材料/mm		鎢極直徑/mm	焊接電流/A	電壓/V	氬氣流量/(L/min)
板厚/ mm	直徑	尺寸	鎢極直徑/mm	焊接電流/A	電壓/V	氬氣流量/(L/min)
0.8	1.0 ?1.6	1.0X1.2	1.6	35 ?45	10 ?15	7?10
1. 0	1.0 ?1.6	1.0X1.5	1.6	4055	10 ?15	7?10
1. 2	1.0 ?1.6	1.2X1.5	2.0	50 ?70	10 ?15	7?10
1. 5	1. 6 — 2.0	1. 5X2. 0	2.0	65 ?80	10 ?15	10 ?15
1. 7	1.6 ?2.0	1.7X2.0	2. 5	70 ?90	10 ?15	10 ?15
2. 0	1. 6?2. 0	2.0X2.5	2.5	85 ?100	10 ?15	10 ?15

表4-6

材料		焊絲牌號	接頭拉伸強度		接頭持久性能
牌號	板厚/mm	焊絲牌號	θ°C	s/MPa	0/°C	a/MPa	r/h
GH1015	1. 5+ 1. 5	HGH3030 HGH1015	20	757?760 746?762	700	103	109?133
+ GH3030	1. 5+ 1. 5	HGH3030 HGH1015	700	458?467 432?464	—	一	—

表4-7

焊接方法	板厚/mm	焊前處理	焊后處理	焊絲牌號	θ°C	接頭拉伸強度		接頭持久性能
焊接方法	板厚/mm	焊前處理	焊后處理	焊絲牌號	θ°C	σb/MPa	強度系數/%	σ/MPa	r/h
手工筑弧焊	1.2	1140*0 ? 1170°C/AC	未處理	HGH1015	20	696?706	98	—	—
	1. 5			HGH1015	20 900	782?789 174?186	100 92	51	152
	1. 5			HGH3044	20 900	775?878 202?227	100 100	—	—
自動鐺極氣弧焊	1.5	1140°C ? 1170°C/AC	未處理	HGH1015	20 550 700 800 900	727?748 562?602 468?490 318?326 211?212	97 ?98 98 ?100 99 ?100 97 ?98 100	51	136?168
			1150°C/AC	HGH1015	20 550 700 800 900	713?730 541?572 458?466 279?311 168?183	100 100 96 97 96	57	85
			未處理	不加焊絲	20 900	711?736 188?221	100 100	—	—
縫焊	1.5	1140*C ? 1170°C/AC	未處理	—	20 550 700 800 900	730?763 580?581 471?490 342?348 188?194	98 ?99 96 ?100 98 ?100 100 96 ?98	51	139?166
縫焊	1.5	1140*C ? 1170°C/AC	1150°C/AC	—	20 550 700 800 900	682 517 433 315 185	100 97 94 100 100	61	90

圖4-3板材不同溫度的點焊接頭抗剪強度[8]

圖4-4不同焊點直徑的單點點焊接頭室溫抗剪強度

4.4 零件熱處理工藝
4.4. 1合金制造火焰筒高溫段零件時，固溶溫度為1150°C 士 10笆；而對一些工作溫度較低的火焰筒零件.則可釆用1080°C±10°C作為最終固溶溫度。以多次深沖方法制造零件時的中間熱處理溫度為1080°C + io°c,消除焊接應力的固溶溫度為1000°C或更高些。熱處理后可根據零件形狀進行空冷或水冷.
4.4.2對于火焰筒零件，需要噴涂珪瑯涂層時，涂層的焙燒溫度不應超過1160°Co
4.4.3零件表面的氧化皮可用吹砂方法或酸洗方法清除。用酸洗法清除氧化皮時，可以釆用氫氟酸- 硫酸-硝酸水溶液的單一酸洗工藝,也可以釆用氫氧化鈉-硝酸鈉和硫酸-氯化鈉水溶液的復合堿酸洗工藝。

5組織結構
5. 1 相變溫度
5. 2 時間-溫度-組織轉變曲線
5.3 典型組織
合金板材經標準熱處理后的組織見圖5-1和圖5-2o奧氏體晶粒度為ASTM5-8級，晶界和晶內有一次NbC.w（NbC）約占合金的0. 37%。此外還有微量細小的MfiC型碳化物,w（MfiC）約占合金的 0. 17%。合金經長期時效后析出M6C和Laves相。經550°C X 400h后，MIVUC）增至0. 19%,進一步提高時效溫度后M,；C數量顯著增加，主要分布于晶界。Laves相首先在NbC周圍析出，隨時效溫度升高和增長， Laves相長成竹葉狀、棒狀和塊狀（圖5-3）,主要分布于晶內。合金經800°C、67MPa、5765h應力時效后，相組成未變，而大部分析出相呈顆粒狀在晶內普遍析出（圖5-4）。
參考文獻
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