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GH159鈷基變形高溫合金

材料牌號：GH159

美國牌號：MP159

一、GH159概述

    GH159合金是在國外多相鈷基高溫合金（MP合金）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型高強度多相鈷基高溫合金。它的主要特點是：利用冷變形首先在面心立方基體中誘發(fā)產(chǎn)生交叉網(wǎng)狀分布的片狀ε相來阻止位錯的長程運動而產(chǎn)生強化，再經(jīng)過時效處理析出彌散的Ni3X相補充強化。該合多金具有超高強度、良好的塑韌性和高的應(yīng)力腐蝕抗力等綜合性能，并且在650℃的高溫下仍能保持其高強度的特性。該合金不僅可廣泛用于航空發(fā)動機的高溫緊固螺栓等零件，也可用于應(yīng)力腐蝕環(huán)境下（如海洋大氣環(huán)境）服役的飛機用超高強度緊固件。供應(yīng)的主要品種是冷拉棒材。

    1.1 GH159材料牌號 GH159。

    1.2 GH159相近牌號 MP159(美國)。

    1.3 GH159材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)    

1.4 GH159化學(xué)成分  見表1-1。

                                 表1-1                                     %

    1.5 GH159熱處理制度 固溶處理1040～1055℃,4～8h,水冷+在室溫進行48%±1%的冷拔變形＋時效處理650～675℃，4～4.5h，空冷。

    1.6 GH159品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 可以供應(yīng)d5～25mm的冷拉棒材，供應(yīng)狀態(tài)為冷拔態(tài)。

    1.7 GH159熔煉與鑄造工藝 采用真空感應(yīng)加真空電弧重熔的雙聯(lián)生產(chǎn)工藝。

    1.8 GH159應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用于航空發(fā)動機的緊固件，在600℃下性能穩(wěn)定，可長期使用。是目前綜合性能的航空發(fā)動機緊固件材料。

    合金主要是經(jīng)過冷變形誘發(fā)產(chǎn)生大量網(wǎng)狀分布的ε相進行強化。因此，對冷拔變形的工藝參數(shù)要嚴(yán)格控制。變形量過小，強度不足；變形量太大，強度升高，但塑性降低。實踐證明，當(dāng)冷變形量控制在下限時合金具有較好的綜合性能。

二、GH159物理及化學(xué)性能    

    2.1 GH159熱性能                                        

    2.1.1 GH159熔化溫度范圍  熔點1318℃[1]。

2.1.2 GH159熱導(dǎo)率  見表2-1。

                                      表2-1[1]

2.1.3 GH159線膨脹系數(shù) 見表2-2(冷拔＋時效狀態(tài))。

                                      表2-2[3]

    2.2 GH159密度 ρ=8.33g/cm3[2]。

2.3 GH159電性能 合金的電阻率見表2-3。

                                      表2-3[1]

2.4 GH159磁性能 合金在25℃時的磁導(dǎo)率為1.00265[2]。

2.5 GH159化學(xué)性能

    2.5.1 GH159耐腐蝕性能 該合金具有極好的抗縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。在典型的氯化鐵實驗中未發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕和點蝕。在擦鹽試驗中未發(fā)生損壞。交替浸漬證明該合金具有良好的抗氫脆和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。

三、GH159力學(xué)性能

GH159技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 見表3-1。

                                       表3-1

      注：1 供應(yīng)狀態(tài)的棒材硬度要求HRC≥23。
        2 供應(yīng)狀態(tài)的棒材經(jīng)時效處理后，其拉伸、持久性能和硬度應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。當(dāng)棒材的拉伸性
          能符合要求時，硬度實驗結(jié)果不作為判廢依據(jù)。
        3 持久性能可在光滑-缺口組合試驗上測定。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂。試樣光滑部分拉斷后，其伸長率
          應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。
        4 可在棒材相鄰部位取樣并分別加工的光滑和缺口持久試樣上進行實驗。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂；光
          滑試樣斷裂后，應(yīng)測定伸長率；缺口試樣可不拉斷。
        5 持久實驗可在高于965MPa的應(yīng)力下進行，但實驗過程中不能改變應(yīng)力。實驗結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定
          的要求。
        6 經(jīng)需方同意，在965MPa的應(yīng)力下進行持久實驗至23h后，可每隔8～10h遞增應(yīng)力35MPa，直至試
          樣拉斷。實驗結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。
四、GH159組織結(jié)構(gòu)

4.1 GH159相變溫度 γ＋ε兩相區(qū)溫度范圍為540～700℃，540℃以下的γ相為亞穩(wěn)態(tài)。                                      

4.2 GH159時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

4.3 GH159合金組織結(jié)構(gòu) 合金在上臨界溫度（約700℃）以上為穩(wěn)定的面心立方γ相，在下臨界溫度以下（約540℃）為穩(wěn)定的密排六方ε相；兩溫度之間為γ＋ε的兩相區(qū)。當(dāng)合金從上臨界溫度冷卻到室溫時可保持亞穩(wěn)定態(tài)的γ相。當(dāng)在室溫下進行冷變形時可誘發(fā)γ相到ε相的馬氏體型轉(zhuǎn)變。因此，合金經(jīng)固溶處理后全部為亞穩(wěn)定的γ相，在冷變形過程中部分γ相發(fā)生馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的ε相。所生成的ε相為薄片狀，在面心立方的γ相晶粒內(nèi)呈交叉網(wǎng)狀分布。在隨后的時效過程中又在亞穩(wěn)定的γ相中析出Ni3X相[4～7]。

五、GH159工藝性能與要求

5.1 GH159成形性能

5.1.1 GH159合金鋼錠首先在1125～1180℃保溫18～36h進行均勻化處理以減小組織偏析和脆性σ相形成。合金鍛造開坯裝爐溫度不高于600℃，加熱溫度為1120℃±10℃，時間不小于4h。開鍛溫度不低于1050℃，終鍛溫度不低于950℃.合金熱軋開坯裝爐溫度不高于700℃，加熱溫度為1130℃±10℃，保溫30～60min。道次變形量不能超過20%。終軋溫度不低于950℃。熱軋后合金在1050～1070℃退火1h以得到均勻晶粒，便于后續(xù)冷變形加工。

5.1.2 GH159軋制棒材經(jīng)固溶處理后，經(jīng)堿、酸洗去氧化皮，再經(jīng)表面涂層處理后，進行冷拔變形。冷拔變形量為48%±1%。  

5.2 GH159焊接性能 焊接性能同18-8型不銹鋼，可用氬弧焊工藝[2]。

焊接速度       0.14m/min

電流           100～160A

電壓           10V

GH159焊絲進給 0.36～0.56m/min

氬氣流量       5～7L/min

5.3 GH159零件熱處理工藝 螺栓的熱處理工藝為650～675℃，4h時效處理，空冷。

5.4 GH159表面處理工藝 合金經(jīng)局部感應(yīng)加熱熱鐓成螺帽后，表面再經(jīng)冷搓絲加工螺紋。

    5.5 GH159切削加工與磨削性能 合金的機加工性能類似于GH738鎳-鈷-鉻合金�？稍诶浼庸娀蜁r效材料上進行機加工。冷拔態(tài)的GH159合金的機加工工藝參數(shù)見表5-1。

                                             表5-1[1]