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GH738高温合金

镍基变形高温合金GH738

材料牌号：GH738、GH738 (GH4738)
美国牌号：Waspaloy
法国牌号：NC20K14
 
一、GH738概述
    GH738是以γ′相沉淀硬化的镍基高温合金，具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳性能，工艺塑性良好，组织稳定。广泛用于航空发动机转动部件，使用温度不高于815℃。可以生产冷轧和热轧板材、管材、带材、丝材和锻件、铸件、紧固件。
    1.1 GH738材料牌号  GH738
    1.2 GH738相近牌号  Waspaloy(美国)，NC20K14(法国)
    1.3 GH738材料的技术标准
    1.4 GH738化学成分  见表1-1。
                                         表1-1                                        %


C Cr Ni Co Mo Al Ti
0.03～0.10 18.0～21.0 余 12.0～15.0 3.50～5.00 1.20～1.60 2.75～3.25
B Zr Fe Mn Si P S Cu
不小于
0.003～0.010 0.02～0.08 2.0 0.10 0.15 0.015 0.015 0.10
    注：微量杂质为ω(Pb)≤0.001%、ω(As)≤0.0025%、ω(Sn)≤0.0012%、ω(Sb)≤0.0025%、ω(Bi)≤0.0001%。                                     
    1.5 GH738热处理制度 1080℃±10℃，4h，空冷＋840℃，24h，空冷＋760℃，16h，空冷。
    1.6 GH738品种规格和供应状态 可生产棒材、型材、锻坯、环形件、厚板、薄板、带材、管材、丝材、砂型铸件、精密铸件和紧固件等，通常不经热处理交货，板材固溶处理后交货。
    1.7 GH738熔炼和铸造工艺 采用真空感应熔炼加真空电弧重熔工艺。
    1.8 GH738应用概况与特殊要求 该合金在国外广泛用于航空发动机和燃气轮机，主要用作涡轮叶片及涡轮盘等转动件，有成熟的使用经验。由于该合金含钴较高，在国内较少采用。
二、GH738物理及化学性能
    2.1 GH738热性能
2.1.1 GH738熔化温度范围 1330～1360℃。
2.1.2 GH738热导率 见表2-1。
                                                    表2-1
θ/℃ 360 460 545 640 770 855 985
λ/(W/(m·℃)) 16.8 18.3 20.2 22.4 24.1 25.3 28.0
    2.1.3 GH738比热容 见表2-2。
                                             表2-2
θ/℃ 360 460 545 640 770 855 985
c/(J/(kg.℃)) 515 540 573 603 640 665 707
2.1.4 GH738线膨胀系数 见表2-3。
                                                  表2-3
θ/℃ 20～100 20～200 20～300 20～400 20～500 20～600 20～700 20～800 20～900
α/10-6℃-1 12.47 12.73 13.04 13.53 13.97 14.47 15.05 15.68 15.95
    2.2 GH738密度  ρ=8.22g/cm3。
2.3 GH738电性能 
    2.4 GH738磁性能  合金无磁性。 
    2.5 GH738化学性能
2.5.1 GH738抗氧化性能 合金在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-4。 
2.5.2 GH738耐腐蚀性能 合金抗盐雾腐蚀能力良好。
                                             表2-4
θ/℃ 900 1000
氧化速率/(g/(m2· h)) 0.083 0.226
 
 
三、GH738力学性能
3.1 GH738技术标准规定的性能 见表3-1。
                                             表3-1
拉伸性能 HBS 持久性能
θ/℃ σb/MPa δ5/% φ/% θ/℃ σ/MPa t/h δ5/%
不小于 不小于
815 608 20 32 299～387 815 328 23 8
四、GH738组织结构
    4.1 GH738相变温度 合金中γ′相的溶解温度为980～1050℃，开始从基体中析出温度为630℃，析出峰值温度为800℃。合金中M23C6碳化物相的开始析出温度为700℃，完全溶解温度为1020℃。    
    4.2 GH738时间-温度-组织转变曲线 
4.3 GH738合金组织结构 经标准热处理后，除奥氏体基体外，还有γ′相，其化学式为(Ni0.883Fe0.03Cr0.048Co0.039)3.28(Al0.38Ti0.62Mo痕迹)，该相总量占合金重量的20%。此外，还有M23C6型碳化物，其化学式近似为(Cr0.746Mo0.094Ni0.084Co0.041Fe0.023Ti0.012)23C6。另外，还有少量的Ti(CN)和TiN等相。
该合金经650℃和730℃长期时效至3000h，γ′相的数量变化不明显，分别约有3%和1%左右的补充析出，γ′相大小分别从146nm长大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6转化，碳化物总量略有增加，从时效前占基体总量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在长期时效过程中无新相析出，组织稳定。
五、GH738工艺性能与要求
    5.1 GH738成型性能
5.1.1 GH738合金塑性图见图5-1。
5.1.2 GH738合金的再结晶图见图5-2。
    5.1.3 GH738该合金热加工塑性良好，是比较好成形的镍基高温合金。锻造开坯加热温度1150～1170℃，适宜的热加工温度为1040～1170℃，终锻温度不低于1000℃。涡轮叶片锻造温度通常采用1070～1110℃范围，模锻最小变形量应大于25%。应避免在高温（1180℃）下小变形量（约10%）热加工，此时可能在晶界上形成连续的MC型碳化物薄膜，导致缺口敏感。在较低温度下（980～1080℃）热变形，晶界上很少形成MC碳化物薄膜，只有不连续的M23C6型碳化物，热处理后可获得均匀的4～5级晶粒度，综合性能良好。
 
 
    5.3 GH738零件热处理工艺 零件热处理时应注意防止零件表面元素贫化，加热应均匀。
    5.4 GH738表面处理工艺 该合金用做涡轮叶片和涡轮盘等转动件时，为了提高疲劳性能，进行氩气保护消除应力退火，以及喷丸处理。为提高涡轮叶片耐燃气腐蚀及热疲劳性能，可进行扩散渗铝处理。