高温合金GH/NS

GH4080A高温合金

材料：GH4080A
交期：30天
描述：GH4080A是Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，使用温度小于800°C。合金主要是以加入铝、钛元素形成γ’相沉淀强化相。合金在650°C~850°C范围有良好的抗蠕变性能和抗氧化性能。合金的冷、热加工性能良好。主要产品有热轧和锻制棒、冷拉棒、热轧板、冷轧板、带材以及环形件等。
规格：板，棒，带，线，管，可定制

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GH4080A高温合金

1合金介绍

1.1概述

GH4080A是Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，使用温度小于800°C。合金主要是以加入铝、钛元素形成γ’相沉淀强化相。合金在650°C~850°C范围有良好的抗蠕变性能和抗氧化性能。合金的冷、热加工性能良好。主要产品有热轧和锻制棒、冷拉棒、热轧板、冷轧板、带材以及环形件等。

1. 2 应用概况及特性

合金已用于制造航空发动机的转子叶片、导向叶片支座、扇形件安装环、螺栓、叶片锁板等零件。此外，也用于制造汽车发动机的紧固件和叶片，以及火车用的气门和轴件。近年来，随着国内外舰船制造业的发展，该合金大量用于制造舰船发动机的阀门。

合金经700°C〜850°C长期时效1000H后没有析出TCP相。

1.3 材料牌号

GH4080A（GH80A）

1. 4 相近牌号

Nimonic80A（英）。

1. 5材料技术标准

GB/T 14992高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号

HB/Z 140航空用高温合金热处理工艺

WS9-7009 GH80A合金涡轮叶片用热轧棒材

WS9-7011 GH80A合金热轧、锻制及冷拉棒材

WS9-7011环件 GH80A合金轧环件

WS9-7O95 GH80A合金热轧板材、冷轧薄板和带材

WS9-7156 GH80A合金冷拔（轧）无缝管

辽新6-0051车辆和轮船用GH80A合金热轧和锻制棒材技术条件

QJ/DT 01. 63018汽轮机叶片用GH80A合金热轧和锻制棒材技术条件

QJ/DT 01. 63019气阀用GH80A合金锻件技术条件

QJ/DT 01. 63022柴油机气阀用GH80A合金圆棒技术条件

1. 6 熔炼工艺

采用真空感应炉+电渣重熔、或真空感应炉+真空自耗重熔熔炼工艺。

1.7 化学成分

摘自GB/T 14992,杂质元素分析有区别的摘自WS9-7009、WS9-7011、WS9-7011环件.WS9-7095和WS9-7156,见表 1-10

表1-1

元素	C	Cr	Ni	Co	Al	Ti	Fe	B
质量分数/%	0.04〜0. 10	18. 00〜21. 00	余	≤2.00	1.00〜1.80	1. 80〜2. 70	≤1.50	≤0. 008
元素	Si	Mn	S	P	Cu	Pb①	Ag①	Bi①
质量分数/%	≤0. 80	≤0.40	≤O. 015	≤0. 020	≤0. 200	≤0. 0020	≤0. 0005	≤0.0001
① WS9-7009.WS9-7011 .WS9-7011 环件.WS9-7095 和 WS9-7156 规定检验的杂质元素。

1.8 热处理制度

1.8. 1航空产品的标准热处理制度摘自HB/Z140,WS9-7009,WS9-7011.WS9-7011环件.WS9-7095和

WS9-7156,见表 1-2。

表1-2

品种	方案号	工序名称	加热温度/°C	保温时间/min	冷却方法	HB/ (d/mm)
锻件	I	固溶	1080±10	480	油冷、空冷或水冷	—
	I	时效	700±5	960	空冷	≥285
	Ⅱ	固溶	1080±10	480	油冷、空冷或水冷	—
	Ⅱ	时效	750±5	240	空冷	2285
轧制环件	I	固溶	(1050—1080) + 10	≤120	水冷	一
	I	时效	700±5	960	空冷	一
	Ⅱ	固溶	(1050 〜1080)±10	≤120	水冷	—
	Ⅱ	时效	750 + 5	240	空冷	—
板材带材	I	固溶	1080±10	≤30	适当冷却	—
	I	时效	700±5	960	空冷	≥280HV
	Ⅱ	固溶	1100〜1150	≤30	适当冷却	—
	Ⅱ	时效	750±5	240	空冷	≥280HV
冷拉棒材	I	固溶	1080±10	15 〜30(d≤15mm)	空冷或水冷	——
		固溶	1080±10	30 〜45( 15mm＜d≤25mm)	空冷或水冷	——
		时效	700±5	960	空冷	≥285
	Ⅱ	固溶	1080±10	15〜30(d≤15mm)	空冷或水冷	—
		固溶	1080±10	30 〜45(15mm＜d≤25mm)	空冷或水冷	—
		时效	750±5	240	空冷	≥285
热加工用热轧和锻制棒材	I	固溶	1080±10	480	空冷	—
	I	时效	700 ±5	960	空冷	≥285
	Ⅱ	固溶	1080±10	480	空冷	—
	Ⅱ	时效	750±5	240	空冷	≥285
机加工用热轧和锻制棒材	I	固溶	1080±10	60(d＜3mm)	油冷、空冷或水冷	一
				120(3mm＜d≤6mm)
				240(6mm＜d≤12. 5mm)
				480(d＞12. 5mm)
		时效	700±5	960	空冷	≥285
	Ⅱ	固溶	1080±10	60(d≤3mm)	油冷、空冷或水冷	一
				120(3mm＜d≤6mm)
				240(6mm<dV12. 5mm)
				480(d>12. 5mm)
		时效	750±5	240	空冷	≥285

续表1-2

品种	方案号	工序名称	加热温度/°C	保温时间/min	冷却方法	HB/ (d/mm)
机加工用热轧和锻制棒材	Ⅲ	一次固溶	1080+10	60(d≤3mm)	空冷	一
				120(3mm＜d≤6mm)
				240(6mm＜d≤12. 5mm)
				480(d>12. 5mm)
		二次固溶	1080 + 10	≤30	空冷	—
		时效	700±5	960	空冷	≥285
	Ⅳ	一次固溶	1080±10	60(d≤3mm)	空冷	―
				12O(3mm＜d≤6mm)
				240(6mm＜d≤12. 5mm)
				480(d>12. 5mm)
		二次固溶	1080+10	≤30	水冷	一
		时效	750±5	240	空冷	≥285
冷拔（轧）无缝管	I	固溶	1080±10	480	空冷	—
	I	时效	700 + 5	960	空冷	—
	Ⅱ	固溶	1100〜1150	1〜10	适当冷却	≥250HV
	Ⅱ	时效	750±5	240	空冷	≥280HV

1. 8. 2 民用产品的标准热处理制度摘自 QJ/DT01. 63018、辽新 6-0051、QJ/DT01. 63022 和 QJ/DT01. 63019。

a）汽轮机叶片用热轧和锻制棒材,（1050~1080）°C *8h/AC+845°C±10°C *24h/AC+700°C±10°C*16h/AC；

b）车辆和轮船用热轧和锻制棒材,1080°C±10°C *8h/AC+850°C±10°C *24h/AC+700°C±10°C*16h/AC；

c）柴油机气阀用圆棒，（1020〜1080）°C/AC+（700〜720）°C*16h/AC；

d）气阀用锻制棒材、阶轴锻件，1040°C+20°C*8h/AC+710°C± 10°C *16h/ACo

1.9 品种规格与供应状态

摘自 WSP-7009, WSP-7011. WSP-7001 环件、WSP-7095、WSP-7156、辽新 6-0051 , QJ/DT 01. 63018、 QJ/DT 01. 63019和 QJ/DT 01. 63022。

1.9.1 主要规格

d20mm〜55mm叶片用热轧棒材；d≤300mm热轧和锻制棒材;d8mm~45mm圆形冷拉棒材及内切圆，d8mm〜36mm六角形冷拉棒材;外径1000mm、内径900mm、厚130mm轧制环形件;δ≤9. 5mm热轧板材,δ≤4. 0mm冷轧薄板；δ≤0. 8mm冷轧带材;供应多种规格的轴和锻件。

1.9.2供应状态

叶片用热轧棒材不经热处理供应，其表面应全部磨光或车光后供应；机加工用热轧棒材经固溶处理+ 除氧化皮后供应；檄锻用冷拉棒材经磨光后供应；机加工用冷拉棒材经固溶处理+除氧化皮后供应；热加工用棒材经除氧化皮后供应（对锻造厂用棒材应车光后供应，其表面粗糙度应不小于3.2/m）；轧制环形件经固溶处理+粗加工后供应；热轧板材、冷轧板材和带材经软化处理+碱酸洗+切边十平整或矫直后供应；轴和锻件经粗车光后供应。

2物理、弹性和化学性能

2. 1 熔化温度范围

熔点1405°C

2.2 相变点

2.3 热导率（表2-1）

2.4 电阻率

20°C ,p=l. 34*10-6Ω• m

2.5 热扩散率

表2

θ/°C	100	200	300	400	500
λ/[W/(m• °C)]	12. 11	13. 83	15.48	16. 75	18.39

θ/°C	600	700	800	900	—

λ/[W/(m• °C)]	20. 93	23. 48	25. 57	27.66	—

2.6 比热容

2.7 线膨胀系数（表2-2）

2.8密度：p—8. 15

2.9磁性能：合金无磁性。

2.10 弹性性能（表2-3）

2.11 化学性能

表2-2

θ/°C	25 〜100	25 〜200	25 〜300	25 〜400
	12. 7	13. 1	13. 7	14. 4
θ/°C	25 〜500	25 〜600	25 〜700	25 〜800
	14. 8	15. 1	15. 5	16. 2

表2-3

θ/°C	20	100	200	300
E/GPa	222	218	214	206
θ/°C	400	500	600	700
E/GPa	200	194	189	179

2. 11. 1 抗氧化性能

2. 11.2 耐腐蚀性能

表2-4

θ/°C	700	750	800
100h的氧化速	0.037	0.041	0.047

合金在空气介质，不同温度试验100h的氧化的氧化速率

3力学性能

3. 1 供货技术标准

3. 1. 1技术标准规定的性能

3. 1. 1. 1航空产品见表3-1〜表3-4。

3. 1. 1.2 民用产品见表3-5和表3-6。

表3-1

标准号

品种

热处理

方案号

试样串联对数

θ/°C

σ/MPa

恃久断裂寿命

单个值

平均值

范围值

WS9-7009

涡轮叶片用热轧棒

750

340

≥23

≥32

<0. 6*实际平均值

表3-2

标准号

品种

热处理

方案号

室温性τ

750°C持久性能

σb / MPa

σp0.2 / MPa

δ5/%

σ/MPa

τ/h

WS9-7011

WS9-7011 环件

热轧、锻制、冷拉棒轧环件

1或U

≥1000

≥600

≥620（紧固件用棒）

≥20

≥285

340

≥30

表3-3

标准号	品种	板厚/mm	室温性能					750°C持久性能
			热处理方案号	σb / MPa	σp0.2 / MPa	δ5/%	HV	热处理方案号	σ/MPa	τ/h
WS9-7095	热轧板冷轧薄板带材	0.25-0.35	II	≥1030	—	≥15	≥280	I	340	≥30
		>0. 35〜0. 45		≥1030	—	≥20
		>0.45 — 3.0		≥1030	≥640	≥25
		>3.0〜9. 5		≥1000	≥620	≥20

表3-4

标准号	品种	壁厚/mm	室温性能					750°C持久性能
			热处理方案号	σb / MPa	σp0.2 / MPa	δ5/%	HV	热处理方案号	σ/MPa	τ/h
WS9-7156	冷拔（轧）无缝管	<05	n	≥1030	一	一	≥280	I	340	≥30
		0. 5〜1		≥1030	≥640	≥15
		>1		≥1030	≥640	≥20

表3-5

标准号

品种

热处理

室温性能

750°C持久性能

σb/MPa

σp0.2

δ5/%

ψ/%

Akv/J

σ/MPa

τ/h

δ5/%

ψ/%

QJ/DT

01.63018

汽轮机叶片用棒材

标准热处理

1000 〜

1300

2≥600

≥17

≥20

≥260

310

≥100

≥4

表3-6

标准号	品种	热处理	室温性能
标准号	品种	热处理	σb/MPa	σp0.2	δ5/%	ψ/%	Akv / J	硬度
QJ/DT 01. 63022	柴油机气阀用（电热傲用）圆棒	标准热处理	≥1150	≥800	≥15	≥20	——	HRC≥36
辽新6-0051	车辆和轮船用棒材	标准热处理	1030 — 1275	≥640	≥20	≥20	≥21	—
QJ/DT 01. 63019	气阀用锻制棒材和阶轴	标准热处理	1200〜1400	≥800	≥15	≥25	≥35	HB≥320

3. 1. 2 生产检验数据、基值和设计许用值

3.2短时力学性能

3.2. 1硬度

3.2. 1. 1 不同产品，室温硬度见表3-7。

3.2. 1.2热轧棒经700°C和850°C长期时效，不同时效时间的室温硬度见图3-1。

3.2.2冲击性能

热轧棒不同温度的冲击功见表3-8。

表3-7

取样	热处理	室温硬度HB
热轧棒	1080°C 8h/AC + 700°C 16h/AC	323

冷拉棒	1080°C30min/AC + 750°C4h/AC	315

板材	1080°C 8h/AC + 750°C 4h/AC	327

表 3-8

取样	热处理	θ/°C	Akv/J
热轧棒	1080°C8h/AC + 700°C 16h/AC	20	56. 5
		500	63
		600	62. 5
		700	52
		700	52
		800	73

3.2.3 压缩性能

3.2.4扭转性能

3.2.5剪切性能

取样	热处理	室温拉伸
取样	热处理	σb/MPa	σp0.2	δ5/%	ψ/%
热轧棒	1080°C8h/AC+700°C16h/AC	1196	790	35	23
冷拉棒	1080°C30min/AC+750°C4h/AC	1178	746	28	33
饼材	1080°C 8h/AC+700°C16h/AC	1117	655	24	—

3.2.6拉伸性能

3. 2.6. 1不同产品，室温拉伸性能见表3-9。

3. 2.6.2 热轧棒和冷拉棒经不同热处理，不同温度的拉伸性能见表3-10。

3. 2.6.3涡轮叶片用棒材不同温度的典型拉伸性能见表3-11。

3.3持久和蠕变性能

3.3. 1 持久性能

3. 3. 1.1涡轮叶片用棒材不同温度的持久极限见表3-12。

3. 3. 1.2热轧棒和冷拉棒不同温度的持久性能见表3-13。

图3-1热轧棒经700°C和850°C长期时效，不同时效时间的室温硬度'可试样经1080°C *8h/AC+700t*16h/AC+不同长期时效表 3-9

取样	热处理	θ/°C	σb/MPa	σp0.2	δ5/%	ψ/%
热轧棒	1080°C 8h/AC+700°C 16h/AC	600	965	661	17	20
		750	788	613	9	16
		800	603	523	25	9
热轧棒	1080°C 8h/AC+850°C 24h/AC+700°C*16h/AC	750	750	578	29	33
热轧棒（国外料）	1080°C8h/AC+700°C16h/AC	600	833	540	27	28
		750	617	一	16	19
		800	490	421	21	19
冷拉棒	1080°C 30min /AC+700°C4h/AC	550	997	637	30	45
		600	997	640	30	45
		650	1005	657	25	37
		700	935	620	19	27
		750	817	630	16	21
		800	650	570	28	53
		850	485	480	32	64

表 3-10

取样	θ/°C	σb/MPa	σp0.1	δ5/%	取样	θ/°C	σb/MPa	σp0.1	δ5/%
涡轮叶片用棒材制度I	20	1125	665	35	涡轮叶片用棒材制度I	800	555	430	17
	700	755	540	10		850	410	340	25
	750	680	490	13		900	265	195	37

表 3-12

取样	θ/°C	στh/MPa		取样	θ/°C	στh/MPa
取样	θ/°C	σ100	σ300	取样	θ/°C	σ100	σ300
涡轮叶片用棒材制度I	650	470	425	涡轮叶片用棒材制度I	850	127	93
	700	394	343		900	58	—
	750	270	229		1000	23	——
	800	193	154		一	—	—

表3-13

取样	θ/°C	σ/MPa	τ/h	δ5/%	ψ/%	取样	θ/°C	σ/MPa	τ/h	δ5/%	ψ/%
冷拉棒 1080°C 30min/AC + 750°C 4h/AC	600	480	>2601	一	—	热轧棒 1080C 8h/AC + 700°C16h/AC	650	481	311	4.0	5. 1
	700	430	701	12. 5	24			579	81	3. 0	9.7
	750	340	315	13. 5	24			628	27	2.5	5.6
	800	250	152	13. 5	24			667	17	2. 0	5.0
热轧棒 1080°C 8h/AC + 700P 16h/AC	700	392	103	3. 0	9.4		750	340	>31	—	—
		363	268	6. 0	11.2		815	157	116	10. 5	13. 1
		294	616	2. 5	4.0	一	—	—	—	—	—

3.3.2蠕变性能

3.3.2. 1涡轮叶片用棒材，不同温度和时间的蠕变极限见表3-14。

3.3. 2.2热轧棒不同温度和应力的蠕变曲线见图3-2。

3.4 疲劳性能

3.4. 1高周疲劳

涡轮叶片用棒材，不同温度的旋转弯曲疲劳极限见表3-15。

表3-15

3.4.2低周疲劳

取样	θ/°C	在以下M/周
取样	θ/°C	107	108
涡轮叶片用棒材制度I	20	420	400
	700	410	385
	750	370	325
	800	320	—
	900	150	100

图3-2热轧棒不同温度和应力的典型蠕变曲线

3.4.3特种疲劳

3.5 裂纹扩展速率

3. 6 断裂韧度

3. 7 松弛性能

4工艺性能与要求

4. 1 成形工艺与性能

4. 1. 1钢锭加热温度1120°C~1150°C，开锻温度不低于1000°C，停锻温度不低于950°C。

4.1.2热轧板轧制加热温度1120°C〜1150°C,停轧温度不低于930°C。

4. 1.3涡轮叶片用毛坯应按规定的工序要求喷涂防护润滑剂，待烘干后方可入炉加热。零件毛坯在电炉中加热，装炉温度800°C + 20°C,保温60min；加热温度1090°C±10°C,保温35min；开锻温度1090°C,停锻温度950°C。在卧锻机上顶锻，锻前用二硫化钥润滑模膛。零件毛坯锻造中间工序应进行固溶处理，加热温度1130°C + 10°C,保温60min,空冷。吹砂后，再按规定的工序要求喷涂防护润滑剂，烘干后入炉加热。零件毛坯再按上述规定进行装炉、加热、保温，并在曲柄压力机上进行终锻，锻前用二硫化钳润滑模膛。

4.1.4紧固件用棒材可以进行冷拉变形，需经固溶，磨光并表面润滑处理。固溶处理制度1080°C ± 10°C，保温(30〜45)min,水冷。冷拔变形量应为8%〜30%,成品冷拉变形量8%〜12%。

4.2 工艺性能

4.3 焊接性能

合金可以进行自动对接氩弧焊和缝焊。不加焊丝的自动钨极氩弧焊(对接)规范见表4-1。缝焊规范见表4-2。焊接接头的力学性能见表4-3。

表4-1⑴

板厚/mm	焊前状态	电流/A	电压/V	焊速/ (m/min)	垫板/mm		气体流量 /(L/min)	背面气体流量 /(L/min)	钨极直径 / mm	焊嘴直径 /mm
					槽宽	槽深
1. 2	软态	55	10 〜12	0. 21	4. 57	1. 5	10 〜15	5〜6	2〜4	10 〜14
注：焊前用砂布打磨试样并用丙酮清洗，厚度不大于1.2mm板材不加充焊丝，一次焊接成形。

表 4-2

板厚/mm	焊削状态	滚盘宽/mm		功率/级	电压/V	脉冲/格	休止/格	热量/格	焊速/（ m/min）	电极压力/N
		上	下
1.2	软态	5. 5	6.5	3	390	15	15	5—8	0. 15	8728

表 4-3

焊接方式	接头形式	板厚/mm	焊前状态	焊后状态	0/°C	接头拉伸强度	强度系数/%
						σb/MPa
自动氩弧焊	对接	1.2	软态	1080°C±10°C8h/AC+ 750°C ±5°C4h/AC	20	1138〜1236	100
缝焊	搭接	1.2	软态		20	950〜1080	85

注：本表数据是两批板材，每批2个试样的拉伸试验数据处理结果。

4. 4 零件热处理工艺

板材、带材的冲压成形件，在每成形一次后需进行中间真空退火，制度为1060°C±10°C,10min，氩气风扇冷却。零件的最终热处理是在真空炉中进行时效处理，制度为750°C ± 10°C,4h,氩气风扇冷却。对于叶片在固溶后(时效前)制造过程中产生的局部加工硬化，应按规定的要求进行氯气或氢气保护表面退火，退火温度在1070°C〜1090°C。

4. 5 表面处理工艺

6 切削加工与磨削性能

合金完全热处理状态具有好的机加工性能。

5组织结构

1 相变温度

5. 2 时间-温度-组织转变曲线

采用Thermo-Calc热力学软件对合金相组成进行计算。选取Ni基数据库，从热力学角度分析在平衡状态下合金在不同温度下析出相的组成。按照ω(C)O.O6%,ω(Cr)19. 7%、ω( Al) 1. 5%、ω(Ti)2. 2%化学成分计算合金的平衡相图。合金的析出相有γ相，MC、M7C3和M23C6型碳化物，见图5-1.

5.3 典型组织

叶片毛坯经1080°C±10°C*8h/AC处理后的组织特征是：晶界上呈现出不连续状态的M7C3及M23C6型碳化物，晶内有γ相和MC型碳化物。在1080°C时，γ相和一些M7C3及M23C6溶入基体。在冷却过程中晶界沉淀出M7C3和M23C6型碳化物。M7C3约在1000°C以上析出，并在较低温度下转变为M23C6。 M23C6 在750°C〜1000°C析出，也能独立成核，生成晶界碳化物。经1080°C ± 10°C*8h/AC+700°C±5°C*16h/A C处理后，晶界上的M7C3继续转变为M23C6，至在晶界上沉淀出较连续的M23C6，晶内的相长大，呈球形⑷；经700°C和850°C长时时效后，相尺寸缓慢增大，属于扩散控制长大机制(图5-2)；晶界M23C6呈颗粒状，尺寸缓慢增大，数量逐渐增多。经1000h时效后没有出现任何TCP相。

参考文献

[1]国营红旗机械厂.航空设计标准手册[M]. 1981.

[2]长城钢厂三分厂.GH80A合金技术报告.1986.

[3]长城钢厂一分厂.GH80A合金管材和异型冷拉棒材技术报告.1982.

[4]航空材料研究所.斯贝发动机材料及热加工工艺情况报告.1982.

[5]张耀铭.GH80A《中国航空材料手册》

[6]钢铁研究总院.GH80A合金技术报告.2005.