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# w. [2 M. I% Y) y5 M" y& F变形高温合金的特性、分类及用途
# l" R8 b2 C" X* _' e+ y5 |+ K( A; e2 v/ C/ i8 C
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。 r4 x. z: ] Q/ K8 _4 [% J; }& I
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。/ z0 m( k W. P- z
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。- B0 n; d9 `5 C" h$ r/ F
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。1 P: S/ @: K+ ^. O: [2 I, ^
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。
" V& `, n b1 Z, ?$ |0 v" M9 K5 w1 W 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。
5 m+ t# U) M g; f/ r! A- v- g3 j9 P# h) B' D* C! Q: o
表1 常用铁基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度
- Y8 r+ \% b/ L6 k! M! |合金牌号 化学成分/(%) 使用温度' w! X1 e2 a- V$ w' N
C Cr Ni Mn W Mo Al Ti V B 其他 Al+Ti+Nb ℃
8 y: m7 O# K, Y5 g! PGH1015 ≤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" j- a8 P7 S. r; o9 o
+ s( m* \3 L4 A
GH1016 ≤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 9502 n& A3 m4 n& }- n5 J) g
; t* ]& ~/ p1 X$ B: a7 V. ^, h; Z4 IGH1040 ≤0.12 15~17.5 24~27 1~2 5.5~7.5 Nb0.1~0.2 600, O; p) z" A% O- [. n6 I) j9 v
6 l7 ?3 a& X v
GH2036 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 ~1.4 650( J/ P' l* a+ S0 }6 g; q3 k; t
: p+ \2 [1 P) s" I
GH2132 ≤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
8 c1 p A0 C) i9 N. z; T
4 M7 Q! s7 P! G% J2 r% SGH2136 ≤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
7 R* P. Z! t* O( u- e" ~6 I' b
' e2 p5 s# J3 g; Q. @: }9 OGH2135 ≤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, u9 h) h, [: X" Y
/ p- k- d" D$ d& L- HGH901 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
+ [3 l- @% [' R9 ]* J; e) ]) u: W6 o) ?, T
GH2130 ≤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! p3 p* K- ~; d, c7 }& i) y
4 ]7 _( ~: w2 r& a% ]2 u: D9 l
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
( L }; v3 ^; @. z/ k. l: O! x) x% ?: w' U5 W
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
% G$ t! X$ q- U' S0 v! d1 T3 l( p4 r/ v+ U
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 ~5.0 750
* l$ r" Q* P3 b; \
; V& i) B1 H# mGH907 0.01~0.02 37.6 0.05 <0.2 1.53 0.006 Co13.4,Nb4.89 6502 s/ i' w! \6 m+ V& l- w
+ P! f: i7 V5 \5 ~7 A
表2 常用镍镍变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度( ]$ i- b* x2 c# M! o5 |" g
合金牌号 化学成分/(%) 使用温度
( s9 {2 l: I o2 U: e C Cr Co W Mo Al Ti Fe Nb B 其他 ℃( {9 y2 I( g# i3 o) c
GH3030 ≤0.12 19.0~22.0 ≤0.15 0.15~0.35 ≤1.0 800
& w! V( d9 l, a9 t7 r. ^/ }: q; G% ?4 W+ _/ g9 c- G
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 -253~703
, T2 e! F+ U' I7 V+ `% a1 U1 B$ c1 a8 H; t7 N- K4 P
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
, J) l; t8 d1 b1 D- A8 O; P
& b; a, w( p. G, ]# ^" B3 ~GH3044 ≤0.1 23.5~26.5 13.0~16.0 <1.5 ≤0.5 0.3~0.7 ≤4.0 900
* ^8 l: f1 X' x6 A9 x2 c1 [ ]
: I: u8 ]% s* a3 X4 I1 x6 kGH3128 ≤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 9509 Q- x" h" [5 e& Z/ S" z" @. ?, I* l
) h7 D# @9 H! h- _( z# OGH4033 ≤0.06 19.0~22.0 0.55~0.95 2.2~2.7 ≤1.0 ≤0.01 Ce≤0.01 700~750# p* J& U; H; |$ Q0 L
4 A7 R+ u# A6 e Z
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
9 v) |( p( q( \7 U5 K2 R. M- W
^1 P, y0 D! R2 d2 p$ x& hGH4037 ≤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# L$ H$ d7 C$ H4 k, |* |% c% T0 I
0 B+ t# ?' O1 ]
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 Ce0.02 900
( X7 M0 h" _# f8 I8 b3 n# X2 @6 F: @. c, |. w5 b2 ^5 w2 s: w
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 e8 E" i8 v5 N* Z P9 A
$ B8 P1 p. P5 c: O7 r' lGH151 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
- v8 L" A4 Y: Z2 U1 ^4 J" @Ce0.02 950" l Y4 @& y- X. D3 [' Y" t3 {
2 i2 V& h" O# q; d7 O
GH118 ≤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
+ Y8 d- [* M# F2 k. V. @0 m# R0 d/ s+ I: V
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
7 p' M: A' h9 _ N* V( c1 Y* [% ~7 M" m
GH698 ≤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
/ w" ?. y6 I. B7 U
4 c- t- w5 U4 g t, l$ h" cGH220 ≤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$ D5 `' H, P1 }9 T0 }( F2 a
7 p0 J8 Q4 m& \& j9 q[ 本帖最后由 asdolmlm 于 2006-6-17 14:21 编辑 ] |
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