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[分享] 变形高温合金的特性、分类及用途

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发表于 2006-6-17 14:20:38 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国江西九江

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% R% E! Q/ w/ ^6 g5 J
变形高温合金的特性、分类及用途
2 ~. X8 v/ a" i
! 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。5 D/ f+ t6 Y" c& Y' g
  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。  ~3 J0 g9 I. @- V
  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。
- p7 h7 u; k. W7 _1 ]* S0 `3 N1 `  u& q7 P9 e- h2 K
表1 常用铁基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度! O; k* U! i2 r' s& w
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   ℃, E8 X: R$ ]4 x& p+ S
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 K9 h/ u3 y4 ^* l* A1 X
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% v. F3 x2 O: J( t& l2 d8 |- n+ Z
7 S& c* s, p  O) q/ S5 ?
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- c0 [" P  y  D7 R
7 Y# I) j: p: I* y( [3 n  ^
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   7000 J7 \" o- q, ]! F& H6 X

- 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* y% Z& }* T* u2 }

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' s+ i" }5 z, f2 t0 V

( 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! Q& k( B, v- \3 c3 I) _+ c( 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
8 }( @: V' e3 m% ^: l) y* v! a# v- Y* z( d( G0 g  `
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 V6 i" ~0 e  ^. H% D0 `  c% Y
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# y2 D" K: ]: [; {; _
% O( L; A$ K1 s/ Z. ]5 B" [
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: x0 O, {# v9 q% N% h  F4 N; K) y" c
表2 常用镍镍变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度2 k$ D  {  s' G- @$ e9 y6 }9 p
合金牌号   化学成分/(%)   使用温度' t4 v. v# J- W, A! P
  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             8006 f/ q) ?+ ~( T
- w+ Z9 t, z& C
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/ h& e- B% B- J7 C& 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         850
) N2 X# P( _" [9 [$ R1 K+ K8 @9 {& n9 O
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   9500 N; ]8 Y. k  O. B! X
7 I0 [& c* `  P* d5 Y. a/ o
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. |) [/ G- X; [6 P# |
GH4133   ≤0.07   19.0~22.0             0.7~1.2   2.5~3.0   ≤1.5   1.15~1.65   ≤0.01       700~7501 G: G3 W- }  ^

: 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& d6 Y/ U) k8 T2 \) q% V) o
. U+ J& A; V9 ?# `
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. T/ U/ a0 I7 j8 W2 \; l8 M
) a6 Y7 p4 d4 F* ?: h+ L5 f
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, Q. K% {- W8 D. ~  L

% 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/ ?+ [+ [9 b& z+ W: u: U$ y! h
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   8151 O% w& G0 X; E! t3 s6 X
: `4 o* x5 H# E/ ]0 V) a1 Z1 r
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   550~8004 r: {$ L# E+ M! S& f8 z
( i0 s1 l' ?' q& d& K; ]9 z& `
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  j. O1 a& U4 z3 c9 L% q
8 u+ k) h3 O; r$ n7 h: D. ~
[ 本帖最后由 asdolmlm 于 2006-6-17 14:21 编辑 ]

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