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变形高温合金的特性、分类及用途+ Y; L. f8 L* B( g! M
+ ?" G& G. T3 r0 C# k 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。7 |2 f& P1 d4 Z1 E0 _
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。
2 r8 L; l2 ^5 E% `! e 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。
# _7 \% k& x8 Z 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。& g- n$ D# v+ G# h; x9 R* D$ y
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。) H: {9 s0 u1 S( i' F% P
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。
8 O2 a- ?$ c# M. l% v. n' j6 f
. l- y. j, o, W& {- x- ?7 R# _表1 常用铁基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度/ K2 e6 G! k5 F. n1 z
合金牌号 化学成分/(%) 使用温度
* @$ ~1 B* J, _# M2 c% i3 l C Cr Ni Mn W Mo Al Ti V B 其他 Al+Ti+Nb ℃, y* R5 T- \: u! c" m
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
+ o2 `# J6 @- _' y8 R
1 Z7 K" P0 h/ {* ] v6 }( vGH1016 ≤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 B/ c/ }7 F' g) X
% Y$ o# l i! mGH1040 ≤0.12 15~17.5 24~27 1~2 5.5~7.5 Nb0.1~0.2 600, t5 n0 O, {! \, ~1 |# ]2 n; j
1 Y( x/ T6 q' a2 |$ K4 {9 b# O- ^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
$ ^" ~+ o7 \& E
9 D( E8 N5 t A1 n2 Z. f1 vGH2132 ≤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/ v+ E7 [9 z- e. a E% S
) ~& }& i1 O" M( @3 K0 `6 G, CGH2136 ≤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* ^# }( S/ j! `% u8 z
7 R; n! L8 W2 C# TGH2135 ≤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 b4 F* Y+ O. g9 J% ~6 Q |! w3 ^; a$ n% [+ e: m
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 7500 h# o% d# l5 N' J
7 y, e2 H3 ^; J" u( B6 r' D
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
8 e+ b4 S; T9 E3 v* C; S8 Z7 v' D" q( o( y* 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
* X. F( v9 h+ G' E7 [$ U, {; K. X- X
" N, P& p" R& e. G: ~6 t6 o, sGH1140 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# L2 K: L+ G2 j4 L1 `( H
; L L+ U3 }5 w) pGH761 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
9 ?) Q! h& E& r! G
3 d1 Z. F; ?& o n' A- C% LGH907 0.01~0.02 37.6 0.05 <0.2 1.53 0.006 Co13.4,Nb4.89 650! O7 ~+ Z4 z. W$ J$ d; k4 M2 i0 @
; M5 R/ c- k$ [$ p+ r- P/ j. Y表2 常用镍镍变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度
$ X0 B, q, Q( A U2 J合金牌号 化学成分/(%) 使用温度
' `) ]% D W' {; c. }) K J C Cr Co W Mo Al Ti Fe Nb B 其他 ℃
( B+ G- l @: A6 |" b zGH3030 ≤0.12 19.0~22.0 ≤0.15 0.15~0.35 ≤1.0 800* z' `5 i; n! ^" ^+ {8 x1 B
, ^ R6 a9 r+ x: OGH4169 ≤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 ^& u$ w0 o' S( Z
. `7 |- t. s+ M( h# g
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 8507 Q, l/ ]+ }; y6 D* i# u1 s
- d6 P! e, V! }+ @& b
GH3044 ≤0.1 23.5~26.5 13.0~16.0 <1.5 ≤0.5 0.3~0.7 ≤4.0 900- v6 Q# i2 B9 T( ~3 l
: g, R4 H1 [, n+ Q
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
) a3 M: _7 Y8 f, T, ]$ a: J4 s! H. e1 ^5 f q: R. K
GH4033 ≤0.06 19.0~22.0 0.55~0.95 2.2~2.7 ≤1.0 ≤0.01 Ce≤0.01 700~750, o, l5 D8 ?6 [" {, b' G. Q9 j; a$ C
3 I" r: d% @+ u' J. R2 U
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; @$ |) d6 N4 h; o1 O
, _, u" x- e5 x9 ?, p" I- u0 x
GH4037 ≤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 Ce0.02 800~8501 h) Q3 X, l5 k; R. E0 D
4 L9 Z$ f1 D; p5 A; w7 V3 y
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 N8 y% \/ i- U7 |8 S% V
/ e( S9 }, J! c
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
$ x( J" V) {" y6 ^ o* N% ], I) I" f M- C! f" `( _9 {4 ^+ d7 S" N
GH151 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
# ~* _! n$ ], M% I, ~9 k u" P2 fCe0.02 950/ D4 y/ L+ O0 f7 B
3 e1 d4 i9 @; v7 L5 x$ i7 ?+ I6 SGH118 ≤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 9501 ^/ d, P) m# d8 g5 e
0 T2 _2 [0 S+ M) M8 V7 x+ {8 z
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
4 J5 [- ]5 B% g. h7 t
6 x9 U6 B; M1 B3 c" U% D4 MGH698 ≤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
- L! N. X( l h2 B7 y1 k% B2 \& m
0 K8 N: @# M# p' |7 L8 GGH220 ≤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
) Q7 N3 P& i5 k, ?" t% @9 O( Z
8 F9 R% e1 {3 c' a$ r& p% b/ F6 O8 d[ 本帖最后由 asdolmlm 于 2006-6-17 14:21 编辑 ] |
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