GH5188鈷基變形高溫合金

材料牌號(hào)：GH5188/GH188

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(mǎn)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。可生產(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(jiàn)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(chē)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(chē)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℃[1]。

2.1.2 GH5188(GH188)熱導(dǎo)率 見(jiàn)表2-1。

表2-1[2]

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(jiàn)表2-2。

表2-2[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(xiàn)膨脹系數(shù) 見(jiàn)表2-3。

表2-3[2]

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(jiàn)表2-4。

表2-4[2]

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]。

2.3 GH5188(GH188)電性能 合金電阻率見(jiàn)表2-5。

表2-5[2]

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(jiàn)表2-6。

表2-6[2]

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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(xiàn) 見(jiàn)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(jiàn)表4-1。

表4-1[10]

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(jiàn)圖5-1；高溫拉伸塑性圖見(jiàn)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[2]。

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，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(jiàn)表5-1。

表5-1[4]

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。