GH159鈷基變形高溫合金
材料牌號(hào)：GH159
美國牌號(hào)：MP159
一、GH159概述
  GH159合金是在國外多相鈷基高溫合金（MP合金）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)度多相鈷基高溫合金。它的主要特點(diǎn)是：利用冷變形首先在面心立方基體中誘發(fā)產(chǎn)生交叉網(wǎng)狀分布的片狀ε相來阻止位錯(cuò)的長程運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)化，再經(jīng)過時(shí)效處理析出彌散的Ni3X相補(bǔ)充強(qiáng)化。該合多金具有超高強(qiáng)度、良好的塑韌性和高的應(yīng)力腐蝕抗力等綜合性能，并且在650℃的高溫下仍能保持其高強(qiáng)度的特性。該合金不僅可廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫緊固螺栓等零件，也可用于應(yīng)力腐蝕環(huán)境下（如海洋大氣環(huán)境）服役的飛機(jī)用超高強(qiáng)度緊固件。供應(yīng)的主要品種是冷拉棒材。
  1.1GH159材料牌號(hào)GH159。
  1.2GH159相近牌號(hào)MP159(美國)。
  1.3GH159材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)  
1.4GH159化學(xué)成分 見表1-1。
                 表1-1 %
 
C Cr Ni Co Mo Fe Ti Al Nb B Mn Si P S
不大于
≤0.04 18～20 余 34～38 6～8 8～10 2.5～3.25 0.1～0.3 0.25～0.75 0.03 0.20 0.20 0.02 0.01
 
  1.5GH159熱處理制度固溶處理1040～1055℃，4～8h，水冷+在室溫進(jìn)行48%±1%的冷拔變形＋時(shí)效處理650～675℃，4～4.5h，空冷。
  1.6GH159品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)可以供應(yīng)d5～25mm的冷拉棒材，供應(yīng)狀態(tài)為冷拔態(tài)。
  1.7GH159熔煉與鑄造工藝采用真空感應(yīng)加真空電弧重熔的雙聯(lián)生產(chǎn)工藝。
  1.8GH159應(yīng)用概況與特殊要求該合金主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的緊固件，在600℃下性能穩(wěn)定，可長期使用。是目前綜合性能最好的航空發(fā)動(dòng)機(jī)緊固件材料。
  合金主要是經(jīng)過冷變形誘發(fā)產(chǎn)生大量網(wǎng)狀分布的ε相進(jìn)行強(qiáng)化。因此，對冷拔變形的工藝參數(shù)要嚴(yán)格控制。變形量過小，強(qiáng)度不足；變形量太大，強(qiáng)度升高，但塑性降低。實(shí)踐證明，當(dāng)冷變形量控制在下限時(shí)合金具有較好的綜合性能。
二、GH159物理及化學(xué)性能  
  2.1GH159熱性能                    
  2.1.1GH159熔化溫度范圍 熔點(diǎn)1318℃。
2.1.2GH159熱導(dǎo)率 見表2-1。
                   表2-1
θ/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800
λ/(W/m·℃) 冷拔狀態(tài) 11.3 14.1 15.6 17.4 19.1 21.0 23.0 24.6
冷拔＋時(shí)效狀態(tài) 11.0 13.8 15.3 17.1 18.6 20.5 21.0 -
 
2.1.3GH159線膨脹系數(shù)見表2-2(冷拔＋時(shí)效狀態(tài))。
                   表2-2
θ/℃ 25～100 25～200 25～300 25～400 25～500 25～600 25～700 25～800
α/10-6℃-1 14.3 14.2 14.2 14.6 14.9 15.1 16.0 18.2
 
  2.2GH159密度ρ=8.33g/cm3。
2.3GH159電性能合金的電阻率見表2-3。
                   表2-3
 
θ/℃ 25～100 25～200 25～300 25～400 25～500 25～600 25～700 25～800
α/10-6℃-1 14.3 14.2 14.2 14.6 14.9 15.1 16.0 18.2
 
2.4GH159磁性能合金在25℃時(shí)的磁導(dǎo)率為1.00265。
2.5GH159化學(xué)性能 
  2.5.1GH159耐腐蝕性能該合金具有極好的抗縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。在典型的氯化鐵實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕。在擦鹽試驗(yàn)中未發(fā)生損壞。交替浸漬證明該合金具有良好的抗氫脆和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。
三、GH159力學(xué)性能
GH159技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-1。
                    表3-1
 
品種 狀態(tài) 取樣方向 拉伸性能 HRC 持久性能
θ/℃ σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% φ/% θ/℃ σ/MPa t/h δ5/%
不小于
冷拉棒材 冷拔＋時(shí)效 縱向 室溫 1795 1725 6 22 44 650 965 ≥23 ≥5
595 1415 1310 5 15 -
 
   注：1供應(yīng)狀態(tài)的棒材硬度要求HRC≥23。
    2供應(yīng)狀態(tài)的棒材經(jīng)時(shí)效處理后，其拉伸、持久性能和硬度應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。當(dāng)棒材的拉伸性
     能符合要求時(shí)，硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果不作為判廢依據(jù)。
    3持久性能可在光滑-缺口組合試驗(yàn)上測定。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂。試樣光滑部分拉斷后，其伸長率
     應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。
    4可在棒材相鄰部位取樣并分別加工的光滑和缺口持久試樣上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂；光
     滑試樣斷裂后，應(yīng)測定伸長率；缺口試樣可不拉斷。
    5持久實(shí)驗(yàn)可在高于965MPa的應(yīng)力下進(jìn)行，但實(shí)驗(yàn)過程中不能改變應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定
     的要求。
    6經(jīng)需方同意，在965MPa的應(yīng)力下進(jìn)行持久實(shí)驗(yàn)至23h后，可每隔8～10h遞增應(yīng)力35MPa，直至試
     樣拉斷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。
四、GH159組織結(jié)構(gòu)
4.1GH159相變溫度γ＋ε兩相區(qū)溫度范圍為540～700℃，540℃以下的γ相為亞穩(wěn)態(tài)。                   
4.2GH159時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3GH159合金組織結(jié)構(gòu)合金在上臨界溫度（約700℃）以上為穩(wěn)定的面心立方γ相，在下臨界溫度以下（約540℃）為穩(wěn)定的密排六方ε相；兩溫度之間為γ＋ε的兩相區(qū)。當(dāng)合金從上臨界溫度冷卻到室溫時(shí)可保持亞穩(wěn)定態(tài)的γ相。當(dāng)在室溫下進(jìn)行冷變形時(shí)可誘發(fā)γ相到ε相的馬氏體型轉(zhuǎn)變。因此，合金經(jīng)固溶處理后全部為亞穩(wěn)定的γ相，在冷變形過程中部分γ相發(fā)生馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的ε相。所生成的ε相為薄片狀，在面心立方的γ相晶粒內(nèi)呈交叉網(wǎng)狀分布。在隨后的時(shí)效過程中又在亞穩(wěn)定的γ相中析出Ni3X相[4～7]。 
五、GH159工藝性能與要求
5.1GH159成形性能
5.1.1GH159合金鋼錠首先在1125～1180℃保溫18～36h進(jìn)行均勻化處理以減小組織偏析和脆性σ相形成。合金鍛造開坯裝爐溫度不高于600℃，加熱溫度為1120℃±10℃，時(shí)間不小于4h。開鍛溫度不低于1050℃，終鍛溫度不低于950℃.合金熱軋開坯裝爐溫度不高于700℃，加熱溫度為1130℃±10℃，保溫30～60min。道次最大變形量不能超過20%。終軋溫度不低于950℃。熱軋后合金在1050～1070℃退火1h以得到均勻晶粒，便于后續(xù)冷變形加工。
5.1.2GH159軋制棒材經(jīng)固溶處理后，經(jīng)堿、酸洗去氧化皮，再經(jīng)表面涂層處理后，進(jìn)行冷拔變形。冷拔變形量為48%±1%。 
5.2GH159焊接性能焊接性能同18-8型不銹鋼，可用氬弧焊工藝。
焊接速度   0.14m/min
電流     100～160A
電壓     10V
GH159焊絲進(jìn)給0.36～0.56m/min
氬氣流量   5～7L/min 
5.3GH159零件熱處理工藝螺栓的熱處理工藝為650～675℃，4h時(shí)效處理，空冷。
5.4GH159表面處理工藝合金經(jīng)局部感應(yīng)加熱熱鐓成螺帽后，表面再經(jīng)冷搓絲加工螺紋。
5.5GH159切削加工與磨削性能合金的機(jī)加工性能類似于GH738鎳-鈷-鉻合金。可在冷加工強(qiáng)化和時(shí)效材料上進(jìn)行機(jī)加工。
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