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变形高温合金的特性、分类及用途
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( {: g9 C; t. G+ A i 高温合金是根据航空喷气发动机的需要而发展起来的一种金属材料,它可在600~1100℃的高温氧化和燃气腐蚀条件下,承受复杂应力,并长期可靠地工作。主要用于航空发动机的热端部件,也是航天火箭发动机、工业燃气轮机、能源和化工等工业的重要材料。在先进的航空发动机中,高温合金的用量占金属材料总用量的40%~60%。在先进工业国家,如美国,航空航天用高温合金占其总用量的85%左右。
8 f6 `* T" Z% m% ^3 ^" L2 @- M 高温合金是一种兼有热稳定性和热强性的合金。热稳定性是指金属材料在高温下抗氧化或抗气体腐蚀的能力;而热强性是指金属材料在高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。金属的热稳定性常用称重法来评定,在高温下金属单位时间、单位面积上的失重或增重越大,表示抗氧化性越差,即热稳定性越差。热强性的评定指标包括蠕变极限、持久强度、高温瞬时强度、高温疲劳强度等。蠕变极限表征在高温、长期载荷作用下,材料抵抗塑性变形的能力;持久强度表征在高温、长期载荷作用下,材料抵抗断裂的能力;高温瞬时强度(σb和σ0.2)表征高温下材料在瞬时过载时抵抗塑性变形和断裂的能力;高温疲劳强度是指在规定循环次数下(一般为107次)不引起断裂的应力。, B, y2 R" _, A3 Z2 p
高温合金分为变形高温合金和铸造高温合金。变形合金按基体元素的不同,可分为铁基变形高温合金、镍基变形高温合金和钴基变形高温合金,按合金的高温性能、成形特点及用途的不同,变形高温合金又可分为热稳定变形高温合金和热强变形高温合金。热稳定变形高温合金的特点是热稳定性很高,通常在固溶状态下使用,强度虽不高,但塑性很好,可顺利地进行深冲压,主要用于受力不大而工作温度很高的零件,例如燃烧室火焰筒及加力燃烧室等。热强变形高温合金的特点是热强度较高,通常在淬火、时效状态下使用,主要用于高温下承受大载荷及复杂应力的零件,例如涡轮叶片、涡轮盘等。" N9 P9 a3 b, P1 W$ B4 @
我国的新标准规定,变形高温合金的牌号以汉语拼音字母“GH”后接四位阿拉伯数字来表示。“GH”后第一位数字表示分类号,其中1表示固溶强化型铁基合金;2表示时效强化型铁基合金;3表示固溶强化型镍基合金;4表示时效强化型镍基合金。“GH”后第二、三、四位数字表示合金的编号。例如GH2036,GH4033等,其相应的旧牌号为GH36,GH33等。3 t: F* @( R6 L& {1 Z8 b* {
我国于20世纪50年代开始研制高温合金,到目前已有40多种变形高温合金。航空工业中常用的铁基、镍基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度,见表1和表2。
) C: e; V- q+ ]. b7 k/ ~2 F, Q$ X. u 燃烧室用合金主要有GH3030、GH3039、GH1140、GH3044、GH1015、GH1016、GH22、GH163、GH2302、GH170等。涡轮工作叶片大多采用时效强化型变形合金,如GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH151、GH143、GH2130、GH2302、GH738、GH118、GH220、GH710等。涡轮盘材料大多采用铁-镍基沉淀强化合金(750℃以下),如温度更高,则采用镍基合金或粉末涡轮盘材料。涡轮盘常用合金有GH2036、GH4033、GH2132、GH2135、GH901、GH4133、GH761、GH698、GH710等。7 ~8 \8 Q' x l% G# |
7 U1 u! e, B8 k6 [表1 常用铁基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度9 L8 q4 G( j6 |, V
合金牌号 化学成分/(%) 使用温度
0 L$ G; e4 ]' D) K- k C Cr Ni Mn W Mo Al Ti V B 其他 Al+Ti+Nb ℃
, s" f9 f5 C, @4 EGH1015 ≤0.08 19~22 34~39 ≤1.5 4.8~5.8 2.5~3.2 ≤0.01 Nb1.1~1.6 ~1.6 950! C1 R3 j2 B+ Y6 ]2 c, R7 T
, P) I2 v( R0 c8 j4 Y5 q( nGH1016 ≤0.08 19~22 32~36 ≤1.8 5~6 2.6~3.3 0.1~0.3 ≤0.01 Nb0.9~1.4 ~1.4 950$ G K7 ]/ A7 k
. H. K3 q4 z; mGH1040 ≤0.12 15~17.5 24~27 1~2 5.5~7.5 Nb0.1~0.2 600 \4 |( }! m* G+ A0 W8 O% n
, q% D1 }3 D9 e+ ?# g' PGH2036 0.34~0.4 11.5~13.5 7~9 7.5~8.5 1.1~1.4 ≤0.12 1.25~1.55 Nb0.25~0.5 ~1.4 6500 p7 w/ W5 C6 S
6 V+ t4 F1 F! f. g$ XGH2132 ≤0.08 13.5~16 24~27 1~2 1~1.5 ≤0.4 1.75~2.3 1.25~1.55 0.001~0.01 ~2.2 700
2 a# B7 }) V8 a( {7 Q; G
. u+ f& D' v0 ^GH2136 ≤0.06 13~16 24.5~28.5 ≤0.35 1.0~1.75 ≤0.35 2.4~3.2 0.01~0.1 0.005~0.025 ~3.0 700
5 s" [6 m$ V- d2 C3 d! ^
: ~; `4 c! Q- x" k! iGH2135 ≤0.06 14~16 33~36 ≤0.4 1.7~2.2 1.7~2.2 2.0~2.8 2.1~2.5 ≤0.015 Ce≤0.03 ~4.7 700~750
8 ~, M5 P1 }( W+ [3 t a! Y2 b: q. l7 R2 m( B+ S
GH901 0.02~0.06 11~14 40~45 ≤0.4 5~6.5 ≤0.3 2.8~3.1 0.001~0.02 ~3.2 750& D( M- ~, f# d, I* w4 F; c
* f/ d) |7 Z$ X0 cGH2130 ≤0.8 12~16 35~40 ≤0.5 5~6.5 1.4~2.2 2.4~3.2 ≤0.02 Ce≤0.02 ~4.6 800
. G0 C4 W, I% y) q& Z) K) }! L& x" O( V! s- J1 F- j
GH2302 ≤0.08 12~16 38~42 ≤0.6 3.5~4.5 1.2~2.5 1.8~2.3 2.3~2.8 ≤0.01 Zr≤0.05 ~4.6 800
1 c) n3 u$ ?# b- q: e) O" n7 i3 ?8 @9 ], U5 ?3 Z! l
GH1140 0.06~0.12 20~23 35~40 0.7 0.4~1.8 2.0~2.5 0.2~0.6 0.7~1.2 Ce≤0.05 850
% O2 E l, k$ t6 J7 g0 z& C8 ^ ]/ K: V. P6 b' s( S" [
GH761 0.02~0.07 12~14 42~45 2.8~3.2 1.4~1.9 1.4~1.85 3.25~3.65 ≤0.01 Ce≤0.03 ~5.0 7500 ?+ ~% P# y3 a% @) Q6 }6 d" b
8 S6 l) T( b1 T1 P6 e$ `
GH907 0.01~0.02 37.6 0.05 <0.2 1.53 0.006 Co13.4,Nb4.89 650( v$ F3 f$ h5 q2 t
6 Q# d8 c; p0 a) @# n表2 常用镍镍变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度. d* J% h6 E& t7 E# @1 b0 F
合金牌号 化学成分/(%) 使用温度
1 O6 Y5 R. k n; C* o, A+ a9 N- Z C Cr Co W Mo Al Ti Fe Nb B 其他 ℃$ c- m. q5 [4 d( ]' l" [* B; J8 [
GH3030 ≤0.12 19.0~22.0 ≤0.15 0.15~0.35 ≤1.0 800
( X- e7 z0 t" _0 }9 L$ Q2 B/ U' K7 w/ u
GH4169 ≤0.08 17.0~21.0 2.8~3.3 0.2~0.8 0.65~1.15 17.0~20.0 4.75~5.55 ≤0.01 -253~7035 S; |" N8 g; s8 z; F8 N
. d& |$ e1 P. A- }5 b
GH3039 ≤0.08 19.0~22.0 1.8~2.3 0.35~0.75 0.35~0.37 ≤3.0 0.9~1.3 850
( p8 M+ o O* Y) C! ?. Q. A
& Y" y7 m0 T0 h% k c9 n1 nGH3044 ≤0.1 23.5~26.5 13.0~16.0 <1.5 ≤0.5 0.3~0.7 ≤4.0 900
0 y$ z- _- A3 U8 E* F) C; B, _
GH3128 ≤0.05 19.0~22.0 7.5~9.0 7.5~9.0 0.4~0.8 0.4~0.8 ≤1.0 0.005 Zr0.04 Ce0.05 950% X: E6 k7 H0 a
1 ? ~8 Q9 k4 FGH4033 ≤0.06 19.0~22.0 0.55~0.95 2.2~2.7 ≤1.0 ≤0.01 Ce≤0.01 700~750( Q1 o9 T3 u# G( X
' `, ]2 P$ F" x, R" [/ X9 ~ _GH4133 ≤0.07 19.0~22.0 0.7~1.2 2.5~3.0 ≤1.5 1.15~1.65 ≤0.01 700~750# T' U6 r, n5 v! B) O* E8 y- x
8 A9 q/ k& t7 P$ w* X- _1 rGH4037 ≤0.1 13.0~16.0 5.0~7.0 2.0~4.0 1.7~2.3 1.8~2.3 ≤0.5 ≤0.02 V0.01~0.2 Ce0.02 800~850. E$ }2 p6 p( p& h9 K7 d3 q
2 |% H/ a9 ^& B& Q/ }GH4049 ≤0.07 9.5~11.0 1.40~16.0 5.0~6.0 4.5~5.5 3.7~4.4 1.4~1.9 ≤1.5 0.015 V0.2~0.5 Ce0.02 9006 c; x7 M1 H6 }
" G9 W- Y/ E& f6 `2 y
GH141 0.06~0.12 18.0~20.0 10.0~12.0 9.0~10.5 1.4~1.8 3.0~3.5 ≤5.0 0.003~0.01 900
/ U' I$ r+ q. t0 h C
v% q. B. ]: xGH151 0.05~0.11 9.5~10.0 15.0~16.5 6.0~7.5 2.5~3.1 5.7~6.2 0.7 1.95~2.35 0.012~0.02 Zr0.03~0.05
8 X6 y8 j4 G( ECe0.02 9500 y7 J P' q* Q: w, p
- Y: n! z6 W" H" lGH118 ≤0.20 14.0~16.0 13.5~15.5 3.0~5.0 4.5~5.0 3.5~4.5 ≤1.0 0.01~0.2 Zr≤0.15 950
, ^3 v& M" w2 M% n" T K: Y7 ?8 V1 O b8 R% p9 R0 }% ^
GH738 0.03~0.1 18.0~21.0 12.0~15.0 3.5~5.0 1.2~1.6 2.75~3.25 ≤2.0 0.003~0.03 Zr0.02~0.08 815
2 w5 g7 H/ c! e+ V6 o) r9 R$ K
" g8 v! l1 I* A N; \+ L+ }( |* RGH698 ≤0.08 13.0~16.0 2.8~3.2 1.3~1.7 2.35~2.75 ≤2.0 1.8~2.2 ≤0.005 Ce≤0.005 550~800
6 [; P* S1 _; t5 _9 V3 k9 D
* U, m# h* t7 I7 xGH220 ≤0.08 9.0~12.0 14.0~15.0 5.0~6.5 5.0~7.0 3.9~4.8 2.2~2.9 ≤3.0 ≤0.02 V0.2~0.8 900~950( Z! `, ?5 l' Q/ N2 T8 A
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[ 本帖最后由 asdolmlm 于 2006-6-17 14:21 编辑 ] |
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