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gh5188鈷基合金圓棒 航天航空用材gh5188高溫螺栓

gh5188鈷基變形高溫合金

材料牌號(hào)：gh5188/gh188、gh188 (gh5188)

相近牌號(hào)：haynes alloy no.188/ha188

美國(guó)牌號(hào)：unsr30188

法國(guó)牌號(hào)：kcn22w

一、gh5188(gh188)概述

   gh5188是固溶強(qiáng)化型鈷基高溫合金，加入14％的鎢固溶強(qiáng)化，使合金具有優(yōu)良的高溫?zé)釓?qiáng)性，添加較高含量鉻和微量鑭，使合金具有良好的高溫抗氧化性能，同時(shí)具有滿意的成形、焊接等工藝性能，適于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)上在980℃以下要求高強(qiáng)度和在1100℃以下要求抗氧化的零件。也可在航天發(fā)動(dòng)機(jī)和航天飛機(jī)上使用�？缮�產(chǎn)供應(yīng)各種變形產(chǎn)品，如薄板、中板、帶材、棒材、鍛件、絲材以及精密鑄件。

   1.1 gh5188(gh188)材料牌號(hào) gh5188(gh188)。

1.2 gh5188(gh188)相近牌號(hào) haynes alloy no.188(ha188),unsr30188(美國(guó)),kcn22w(法國(guó))。

   1.3 gh5188(gh188)材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)    

1.4 gh5188(gh188)化學(xué)成分  見表1-1。

                                       表1-1％

 c

 cr

 ni

 co

 w

 fe

 b

 la

 0.05～0.15

 20.0～24.0

 20.0～24.0

 余

 13.0～16.0

 ≤3.0

 ≤0.015

 0.03～0.12

 mn

 si

 p

 s

 ag

 bi

 pb

 cu

 不大于

 ≤1.25

 0.20～0.50

 0.020

 0.015

 0.0010

 0.0001

 0.0010

 0.07

   1.5 gh5188(gh188)熱處理制度 熱軋板材1170～1190℃，空冷；冷軋帶材和板材1165～1230℃，快速空冷；棒材和鍛件1180℃±10℃，快速空冷。

   1.6 gh5188(gh188)品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng)δ0.5～4mm的冷軋薄板、δ4～14mm的熱軋中板、δ0.05～0.8mm的冷軋帶材，及各種尺寸的棒材、鍛件、焊絲及精密鑄件。板材經(jīng)固溶處理、酸  洗、矯直和切邊后供應(yīng)；帶材經(jīng)固溶處理、酸  洗、切邊后成卷供應(yīng)；板材經(jīng)固溶處理后磨光或車光交貨；鍛件于固溶狀態(tài)供應(yīng)；精鑄件于鑄態(tài)交貨。

   1.7 gh5188(gh188)熔煉與鑄造工藝 合金采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔或真空電弧重熔工藝生產(chǎn)。精密鑄件采用真空感應(yīng)熔煉后由母合金錠真空重熔澆鑄而成。

   1.8 gh5188(gh188)應(yīng)用概況與特殊要求 該合金在國(guó)外廣泛應(yīng)用于制造燃?xì)鉁u輪及導(dǎo)彈的高溫部件，如燃燒室、尾噴管及核能工業(yè)中的熱交換器等零部件。在國(guó)內(nèi)用該合金制成的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室火焰筒和導(dǎo)向葉片等高溫部件已通過(guò)長(zhǎng)期試車考驗(yàn)，并投入生產(chǎn)應(yīng)用。用該合金板材加工成零件的制造工藝中，任何工序（如熱處理、焊接等）均應(yīng)防止?jié)B碳及銅污染，以免損害合金的力學(xué)性能和耐蝕性能。

二、gh5188(gh188)物理及化學(xué)性能    

   2.1 gh5188(gh188)熱性能                                        

   2.1.1 gh5188(gh188)熔化溫度范圍  1300～1360℃。

2.1.2 gh5188(gh188)熱導(dǎo)率  見表2-1。

                                            表2-1

 θ/℃

 200

 300

 400

 500

 600

 700

 800

 900

 1000

 λ/(w/(m·℃))

 12.23

 15.32

 18.30

 20.81

 22.90

 25.04

 26.50

 27.88

 29.06

2.1.3 gh5188(gh188)比熱容 見表2-2。

                                            表2-2

 θ/℃

 100

 200

 300

 400

 500

 600

 700

 800

 900

 1000

 c/(j/(kg·℃))

 208

 425

 454

 484

 513

 534

 554

 571

 588

 600

2.1.4 gh5188(gh188)線膨脹系數(shù) 見表2-3。

                                            表2-3

 θ/℃

 20～100

 20～200

 20～300

 20～400

 20～500

 20～600

 20～700

 20～800

 20～900

 20～1000

 α/10-6℃-1

 11.8

 12.4

 12.9

 13.4

 13.7

 14.4

 14.8

 15.2

 15.7

 16.2

2.1.5 gh5188(gh188)熱擴(kuò)散率見表2-4。

                                            表2-4

 θ/℃

 200

 300

 400

 500

 600

 700

 800

 900

 1000

 q/(10-6m2/s)

 3.15

 3.70

 4.15

 4.45

 4.70

 4.95

 5.10

 5.20

 5.30

   2.2 gh5188(gh188)密度 ρ=9.09g/cm3。

2.3 gh5188(gh188)電性能 合金電阻率見表2-5。

                   表2-5

 θ/℃

 20

 100

 200

 300

 400

 500

 600

 700

 800

 900

 1000

 ρ/(10-6ω·m)

 1.051

 1.056

 1.100

 1.133

 1.143

 1.171

 1.192

 1.199

 1.204

 1.213

 1.226

2.4 gh5188(gh188)磁性能 合金無(wú)磁性。

2.5 gh5188(gh188)化學(xué)性能

2.5.1 gh5188(gh188)抗氧化性能

2.5.1.1 gh5188(gh188)在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h的氧化速率見表2-6。

                                            表2-6

 θ/℃

 900

 1000

 1100

 氧化速率/(g/m2·h)

 0.021～0.034

 0.081～0.098

 0.125～0.128

2.5.1.2 gh5188(gh188)gh5188、gh3536和gh605三種合金刀餓楔形樣式，在爐中的高溫靜止空氣中在指定溫度下試驗(yàn)1h后，在空氣中冷卻不少于40min，總的循環(huán)次數(shù)為100周；另一組試樣在轉(zhuǎn)速為1000r/min的旋轉(zhuǎn)式燃燒裝置中作循環(huán)氧化試驗(yàn)，在指定溫度下于0.3馬赫的燃燒產(chǎn)物中保持1h，然后以0.7馬赫的冷空氣吹3min，交替試驗(yàn)100周后試樣的重量損失見圖2-1。

2.5.2 gh5188(gh188)耐腐蝕性能 在含有硫酸  鈉和氯  化鈉等污染物的環(huán)境中，該合金的耐腐蝕能力優(yōu)于鎳基合金gh3536。gh5188等5種合金板材，在燃?xì)馑俣葹?m/s，燃燒空氣中含5×10-6和5×10-5海鹽  ，№.2號(hào)燃油中含0.3％～0.45％硫，空氣-油的比例為30：1，試驗(yàn)時(shí)試樣旋轉(zhuǎn)，并每隔1h試樣從900℃用冷空氣吹冷至260℃以下，如此在燃燒裝置上循環(huán)試驗(yàn)200h后的動(dòng)態(tài)熱腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見圖2-2。

三、gh5188(gh188)力學(xué)性能

gh5188(gh188)合金不同品種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-1。

                                             表3-1

 品種

 拉伸性能

 持久性能

 硬度hv

 其他性能

 θ/℃

 σp0.2/mpa

 σb/mpa

 δ5/％

 θ/℃

 σ/mpa

 t/h

 δ5/％

 不小于

 不小于

 中板

 20

 380

 860

 45

 815①

 927①

 165

 76

 23

 23

 10

 15

 282

 晶粒度≥4級(jí)

 薄板

 20

 650

 380

 250

 860

 620

 45

 50

 927

 76

 23

 15

 -

 彎曲、抗氧化、晶粒度

 帶材

 δ≤0.51mm

 20

 650

 380

 250

 860

 620

 40

 40

 927

 62

 23

 8

 -

 彎曲180°、抗氧化、晶粒度≥4級(jí)

 帶材

 δ>0.51mm

 20

 650

 380

 250

 860

 620

 45

 50

 927

 76

 23

 15

 -

 棒材

 20

 380

 860

 45

 927

 90

 23

 15

 hbs≤302

 抗氧化

 鍛件

 20

 380

 860

 45

 927

 83

 23

 15

 hbs≤293

 抗氧化

 精鑄件

 20②

 300

 600

 10

 815

 165

 15

 -

 -

 -

① 持久試驗(yàn)任選一個(gè)溫度進(jìn)行。

② 試制時(shí)拉伸試驗(yàn)結(jié)果供參考。  

四、gh5188(gh188)組織結(jié)構(gòu)

4.1 gh5188(gh188)相變溫度          

4.2 gh5188(gh188)時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 見圖4-1。

4.3 gh5188(gh188)合金組織結(jié)構(gòu)

4.3.1 gh5188(gh188)固溶狀態(tài)除奧氏體基體外，有m6c一次碳化物，少量的m6c與富鑭化合物結(jié)合在一起的laxmy相，還有極少量的m3b2和tic相。在高溫長(zhǎng)期暴露后，m6c會(huì)分解析出m23c6，某些爐號(hào)可能析出l相，該相在1180℃固溶或在870～980℃長(zhǎng)期暴露后重熔于基體。

4.3.2 gh5188(gh188)中板、薄板和帶材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，供應(yīng)狀態(tài)的晶粒度應(yīng)不粗于4級(jí)。固溶溫度(保溫時(shí)間10min)對(duì)板材晶粒度級(jí)別的影響見表4-1。

                表4-1

 固溶溫度/℃

 1100

 1120

 1140

 1150

 1160

 晶粒度/級(jí)

 8～7(9)

 8～7

 7～8

 6～8

 6～8(5)

 固溶溫度/℃

 1170

 1180

 1190

 1200

 1220

 晶粒度/級(jí)

 5～7

 5～7(4)

 5～6(4)

 4～6(3)

 3～5(2)

五、gh5188(gh188)工藝性能與要求

5.1 gh5188(gh188)成形性能

5.1.1 gh5188(gh188)鍛造加熱溫度1180℃，終鍛溫度不低于980℃。鑄造組織破碎后們可以采用大變形量，以減少再加熱次數(shù)和細(xì)化晶粒。

5.1.2 gh5188(gh188)板材再固溶處理后塑性良好，可以采用任何冷成形工藝成形，但其最小變形量應(yīng)大于12％，以避免退火后產(chǎn)生粗大晶粒(臨界變形組織)。

5.1.3 gh5188(gh188)工藝塑性

5.1.3.1 gh5188(gh188)高溫扭轉(zhuǎn)塑性圖見圖5-1；高溫拉伸塑性圖見圖5-2。

5.1.3.2 gh5188(gh188)δ1.2mm板材供應(yīng)狀態(tài)的杯突試驗(yàn)擠壓深度為10.6～12.0mm。

5.2 gh5188(gh188)焊接性能 合金焊接性能良好，可用各種形式焊接工藝連接，以氬弧焊連接效果最好，接頭強(qiáng)度和塑性下降較少。氬弧焊接頭與基體材料的持久性能對(duì)比見表5-1。

                                           表5-1

 材料

 θ/℃

 σ/mpa

 t/h

 δ/％

 材料

 θ/℃

 σ/mpa

 t/h

 δ/％

 氬弧焊接頭基體材料

 815

 165

 94

 61

 28

 36

 氬弧焊接頭基體材料

 1090

 22

 29

 21

 7

 21

5.3 gh5188(gh188)零件熱處理工藝 該合金在加熱后形成的表面氧化膜與基體結(jié)合較牢，采用清洗不銹鋼氧化皮的方法不易洗掉，而應(yīng)采用復(fù)合堿  酸  洗工藝清除氧化皮。