变形高温合金的特性、分类及用途

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变形高温合金的特性、分类及用途
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! b! t% a0 `8 r! F  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。
  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。
* E" ]' ?. V1 W1 Y: B  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。
# {1 B* A' \! u: x% D  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。
  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。
& f. L& k7 \9 A/ D8 x, S  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。
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表1 常用铁基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度
合金牌号   化学成分/（%）   使用温度
7 R1 D& N4 n6 f4 n7 t3 ?  C   Cr   Ni   Mn   W   Mo   Al   Ti   V   B   其他   Al+Ti+Nb   ℃
GH1015   ≤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
3 S+ I$ R( j4 ]* `1 K
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   950

GH1040   ≤0.12   15～17.5   24～27   1～2       5.5～7.5                 Nb0.1～0.2       600
3 y9 e$ H, t( M- l  y) q/ n1 Q
' z' x7 }  Z$ c4 n+ @6 U8 zGH2036   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

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

- u' G" ^) J/ L' W( nGH2136   ≤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

8 H$ l/ \" Q4 D7 a  n9 Z2 gGH2135   ≤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

( C9 \  J5 l8 P+ fGH901   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
- s0 \$ M. W0 c6 ^
6 a) @( H& Q, q9 U  x- i3 e# 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
# U3 k& k8 c% n  V  M- [  _; q
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
8 }( @: V' e3 m% ^: l) y* v! a
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
6 R1 g- Q; v4 I0 S9 V
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

GH907   0.01～0.02       37.6   0.05         ＜0.2   1.53       0.006   Co13.4,Nb4.89       650
( r- C5 [0 \% h2 r  _9 W: x
表2 常用镍镍变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度
合金牌号   化学成分/（%）   使用温度
  C   Cr   Co   W   Mo   Al   Ti   Fe   Nb   B   其他   ℃
0 U7 h  y# F, j% Y: nGH3030   ≤0.12   19.0～22.0             ≤0.15   0.15～0.35   ≤1.0             800

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
5 ?% V  _& ]3 a3 x; r
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
) N2 X# P( _" [9 [$ R1 K
GH3044   ≤0.1   23.5～26.5       13.0～16.0   ＜1.5   ≤0.5   0.3～0.7   ≤4.0             900
$ j, M) `7 T/ Z$ s
4 {, y+ U0 m# b, T1 Y5 p4 ]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

GH4033   ≤0.06   19.0～22.0             0.55～0.95   2.2～2.7   ≤1.0       ≤0.01   Ce≤0.01   700～750
, p" a; D' R' d. y/ w. |
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

: j, l' D- t: n7 FGH4037   ≤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

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

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
0 v& t' \. @, V4 e& r' t/ J( {7 l6 X
3 l2 N7 L8 b: u4 E" N; F  aGH151   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
  @+ ^* ?9 g9 m/ oCe0.02   950

% p8 L% s( _8 a: x  j# tGH118   ≤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
( N) ^4 _2 t5 a/ ?+ [+ [
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

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

GH220   ≤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

[ 本帖最后由 asdolmlm 于 2006-6-17 14:21 编辑 ]