高温合金GH/NS

GH1015高温合金

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GH1015高温合金

1合金介绍
1.1 概述
GH1015是Fe-Ni-Cr基固溶强化型变形高温合金，使用温度在950°C以下。合金以加入铬、钨和钼等元素进行固溶强化。合金具有较高的塑性、中等的持久和蠕变强度、良好的抗冷热疲劳性能，以及良好的加工和焊接性能，及组织稳定性。主要产品有冷轧薄板、棒材、丝材和锻件。
1. 2 应用概况及特性
合金已用于制造航空发动机燃烧室和加力筒体等板材结构件和其他高温部件。
合金在700°C~900°C长期工作时有一定的时效硬化现象，使室温塑性下降；合金在700°C以上长期工作时有沿晶界氧化的倾向，可采用法琅涂层进行有效保护。在1000°C以上的高温抗氧化性能比同类用途的镍基合金稍差。该合金可作为GH2039、GH3030、GH3044和GH3536合金的代用料。
材料牌号
GH1015相近牌号：GH15、GR5
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
GJB 3165A航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材
HB/Z 140航空用高温合金热处理工艺
HB 5199航空用高温合金冷轧薄板
YB/T 5245普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材
1. 6 熔炼工艺
釆用电弧炉+电渣重熔、或非真空感应炉斗电渣重熔、或真空感应炉+电渣重熔熔炼工艺。
1.7 化学成分
摘自 GB/T 14992,见表 1-1

元素	C	Cr	Ni	w	Mo	Fe	Nb
质量分数/%	≤0. 08	19. 00〜22. 00	34.00〜39.00	4. 80—5. 80	2. 50 — 3. 20	余	1. 10—1. 60
元素	B	Ce	Mn	Si	P	S	Cu
质量分数/%	≤0. 010	≤0. 050	≤l. 50	≤0. 60	≤0. 020	≤0. 015	≤0. 250

1.8 热处理制度

摘自GJB 3165A.YB/T 5245、HB 5199和HB/Z 140,各品种的标准热处理制度为：
a）冷轧薄板、丝材、板金件及焊接组合件,1130°C~1170°C/ACo其中：δ（d）≤3mm,保温8min~ 12min；δ（d）3mm〜5 mm,保温 12min〜16min；
b）热轧和锻制棒材、锻件、模锻件，1140°C〜1170°C/AC。
品种规格与供应状态
1.9.2 供应状态
1. 9. 1主要规格
d20mm~300mm棒材,δ0. 5mm〜6. 5mm带材和冷轧薄板；各种尺寸规格锻件和模锻件。
棒材不经热处理，经磨光或车光后供应；板材经热处理+精整+去除氧化皮+平整+切边后供应；锻件、模锻件一般不经热处理供应。

2物理、弹性和化学性能
2. 1 熔化温度范围
2. 2 相变点
2.3 热导率（图2-1）如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
2.4 电阻率
2.5 热扩散率
2.6 比热容（图2-2）如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
2.7 线膨胀系数（图2-3）如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
2.8 密度p=8. 32g/cm。
2.9 磁性能
2. 10 弹性性能（表2-1）如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
2. 11 化学性能
2.11.1抗氧化性能
2.11.1.1合金在空气介质中，不同温度试验100h 的氧化速率见表2-2。可以联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
2.11.1.2 合金未经和经涂层后，不同温度50h和100h的氧化性能对比见表2-3。可以联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
2. 11. 1. 3 合金在700°C〜900°C长期暴露2000h 内，最大沿晶界氧化深度见图2-4。可以联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
2.11.2 耐腐蚀性能表 2-3

试样状态	0/°C	50h氧化		100h氧化
试样状态	0/°C	氧化增重/（g/m2）	氧化速率/[g/(mz • h)]	氧化增重/（g/m2）	氧化速率/Eg/(mz - h)]
基材	900	1.30	0. 026	2.00	0. 020
W-2		—0. 25	— 0.005	0. 13	0. 0013
W-105		1. 51	0. 030	2. 19	0. 022
基材	1000	16. 90	0. 338	21.43	0.214
W-2		3. 5	0.069	3. 9	0.039
W-105		2. 91	0.059	5. 86	0.058
基材	1100	47	0. 94	79	0. 79
W-2	1100	7.9	0. 158	12	0. 12

图2-4合金在700°C〜900°C长期暴露2000H内的最大沿晶界氧化深度电
3力学性能
3. 1 供货技术标准1技术标准规定的性能（表3-1）
表3-1

标准号	品种	热处理	拉伸		性能				持久性能
			0/V	/MPa	&/%	P/%	orc		a/MPa	r/h	&/%

GJB 3165A YB/T 5245	热轧（锻）棒①	1140°C 〜 1170°C/AC	20	665	35	40	一		—	一	一
			700	390	30	35	900	I组	60	30	—
			900	175	40	45		11组	50	100	一
HB 5199	冷轧板®	1130°C 〜 1170°C/AC	20	865	40	一	900		68	20	20
			900	175	40	—
当供方保证时，700°C 持久试验结果供参考		应伸试验可不做。II组900°C持久为仲裁试验，试样不加倍。

表 3-2

取样	热处理	样本大小	θ/°c	a/MPa				&δ%		δ5/%
取样	热处理	样本大小	θ/°c	A	B	S	X	S	X	s	X
板材	标准热处理	138	20	685	710	685	741	40	45.8	——	—
板材		114	900	165	175	175	190	40	93.7	—	—
棒材		260	20	665	685	665	710	35	48.5	40	61. 3
		122	700	415	440	390	477	30	59.6	35	58. 9
		294	900	175	190	175	207	40	105. 9	45	87.9

3. 1.2生产检验数据、基值和设计许用值（表3-2）
3. 2 短时力学性能
3. 2. 1硬度
3. 2. 1.1板材经不同冷轧压下量，室温硬度见图3-1。
3. 2. 1.2板材经不同固溶处理，室温硬度见图3-2。经不同固溶保温时间，室温硬度见图3-3。如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
3. 2. 1.3板材经不同长期时效，室温硬度见图3-4。如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
3.2.2 冲击性能棒材经标准热处理，室温冲击韧性aK = 2880kJ/m
3.2.3压缩性能
3.2.4扭转性能
3. 2.5剪切性能
3.2.6拉伸性能
3.2.6. 1不同产品经不同冶炼工艺，不同温度的拉伸性能见表3-4。如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
3.2.6.2板材经不同冷轧压下量，室温拉伸性能曲线见图3-5。如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
3.2.6.3板材经不同固溶处理,不同温度的拉伸性能曲线见图3-6。
3.2.6.4板材经不同长期时效，再经1150°C恢复热处理后的室温拉伸性能见表3-4；不同温度的拉伸性能见表3-5。
3.2.6.5板材经喷涂W-105法琅涂层,900°C的拉伸强度见表3-6。

取样/ mm	θ/°c	σb/MPa	σp0.2/MPa	δ5/%	ψ5/%	取样/mm	θ/°c	σb/MPa	σp0.2/MPa	δ5/%	ψ5/%
1. 2 〜1.7 冷轧板电弧炉+电渣标准热处理	20	737	314	48	—	d80锻棒电弧炉十电渣标准热处理	750	400	一	63	62
	400	601		49	一		800	350	—	52	58
	500	591	212	49			850	271	—	91	85
	600	581	211	50	—		900	216	—	82	82
	700	478	205	45	一		950	153	—	101	82
	800	318	194	77	—	"70轧棒感应炉+电渣标准热处理	20	717	287	48	60
	900	189	137	103	一
							700	468	一	68	67
	950	140	—	93	—
							750	408	—	62	70
	1000	110	一	73	—
							800	343		92	79
"80锻棒电弧炉+电渣标准热处理	20	711	307	44	62
							850	278	—	104	87
	550	593	—	50	56
	600	564	—	51	58		900	223	—	108	90
	700	504	—	49	51		950	157	—	103	93

取样/mm	时效规范		恢复热处理	20°C拉伸
取样/mm	0/°C	t/h	恢复热处理	σb/MPa	δ5/%
冷轧板标准热处理	700	1000	无	795	21.4
	700	1000	1150°C X 10min/AC	692	50. 8
	800	1000	无	737	13. 2
	800	1000	1150°CX 10min/AC	608	44. 5
	900	400	无	602	13. 8
	900	400	1150°C X10min/AC	619	36. 3

取样/ mm	时效规范		20°C拉伸		700°C拉伸		800°C拉伸		900°C拉伸
取样/ mm	θ/°c	T/h	σb/MPa	δ5/%	σb/MPa	δ5%	σb/MPa	δ5/%	σb/MPa	δ5/%
冷轧板标准热处理	——	—	657	51	479	61. 6	307	80. 0	182	114.6
	550	200	—	一	426	35.0	304	74.2	170	103. 6
		400	667	53	421	30. 6	313	59.0	178	106. 2
		700	—	—	399	29.2	327	69. 8	174	95.2
		1000	657	52	421	38.6	305	77.8	184	108.0
	700	200	一	一	409	55. 0	329	92. 7	182	122.0
		400	755	27	427	66. 6	306	85. 6	187	127.0
		700	—	—	444	53.0	300	82.0	174	115. 4
		1000	794	21	455	52.4	306	81.4	170	126. 8
		2000	—	—	—	—	—	—	186	109. 2
	800	200	—	—	461	54.4	314	79. 8	169	130.8
		400	755	17	464	44. 0	298	70. 6	178	124. 2
		700	—	—	444	28.4	320	91.8	161	101.6
		1000	735	13	450	46. 4	299	54. 0	158	69. 6
	900	200	—	—	417	37.8	302	64.4	163	83.8
		400	696	21	431	32. 2	292	49. 0	159	79. 9
		700	—	—	424	50.0	317	86.2	158	76.2
		1000	647	15	408	33. 6	324	25. 6	184	31. 2
注：时效后带氧化皮测试性能。

3.3 持久和蠕变性能3.3. 1 持久性能
3.3. 1. 1板材和棒材不同温度的持久强度见表3-7。如有需要请联系上海墨钜特殊钢客服索取图表。
3.3. 1.2板材和棒材不同温度的持久应力-寿命曲线分别见图3-7和图3-8,持久热强参数综合曲线分别见图3-9和图3-10。
3.3. 1.3板材经不同固溶处理、或经不同长期时效后，900°C、51MPa持久性能分别见表3-8和图 3-11。
3.3. 1.4板材未经和经喷涂W-105块琅涂层后， 900°C、51MPa的持久寿命比较见表3-9。

取样/mm	热处理	θ/°c	σt/h/MPa
取样/mm	热处理	θ/°c	σ1o	σ100	σ200	σ500	σ1000	σ2000	σ5000	σ10000
沮.5 冷轧板	1130°C 〜1170C/AC	600	470	400	375	350	330	310	一	—
		700	300	235	215	190	172	160	—	—
		800	167	118	106	93	84	76	65	57
		900	85	55	49	41	35	一	—	—
		950	51	35	30	25	—	—	—	—
J80 棒材	1150°C/AC	700	330	250	225	200	180	160	—	—
		800	170	118	105	91	83	74	—	—
		900	84	53	46	37	32	—	—	—
注：根据热强参数综合曲线和持久应力-寿命曲线确定。

表 3-8

取样/mm	时效规范		900°C、51MPa 持久		取样/mm	时效规范		900°C、51MPa 持久
取样/mm	θ/°c	t/h	r/h	δ5/%	取样/mm	θ/°c	t/h	r/h	δ5/%
1.5 冷轧板 1150°C/AC	—	一	182	57	S1. 5 冷轧板 1150T/AC	800	400	153	76
	550	400	173	80		800	1000	121	115
	550	1000	155	72		900	400	78	68
	700	400	219	50		900	1000	82	56
	700	1000	220	62	一	—	—	—	—

注：时效后带氧化皮测试性能。
3.3.2蠕变性能
3.3. 2.1板材和锻棒不同温度的蠕变性能见表3-10。

取样/mm	θ/°c	δ/MPa	100h的蠕变性能
取样/mm	θ/°c	δ/MPa	εp/%	εt/%
1.5 冷轧板标准热处理	800	98	5	一
	900	47	5	一
	950	29	5	—
D80锻棒标准热处理	800	68	0. 6761	0. 7225
D80锻棒标准热处理	800	59	0. 6143	0. 6558

3.3. 2.1板材800°C和900°C蠕变残余变形率和蠕变应力之间的关系曲线见图3-12。
3.3. 2.1 棒材800°C不同应力的蠕变曲线见图3-13。
3.4 疲劳性能
3.4. 1高周疲劳
3.4. 1. 1板材经标准热处理,900°C的弯曲震动疲劳,δ-1=118MPa,S-N 曲线见图 3-14。
3.4. 1. 2板材经不同固溶处理,900°C^_,=147MPa的旋转弯曲疲劳寿命见图3-15。
3. 4. 1.3板材经不同长期时效，550°C和900°C的旋转弯曲疲劳极限见表3-ll。
4. 1 相变温度
4. 1 成形工艺与性能

工艺参数见表4-1。当冷变形量为30%时,板材的开始再结晶温度为800°C，完成再结晶温度为95O°C[,]。
4. 2 工艺性能
4. 2. 1供应状态板材在深冲、翻边和压窝时的极限系数见表4-2。
4. 2.2筒形件在极限深冲系数时壁厚的变化见图4-1。
4.2.3零件在极限翻边系数时厚度的最大减薄量为为30 %⑵。
4.2.4用90°单角带校正直角边的模具弯曲时，板材的最小弯曲半径小于0.5$板厚，弯曲后的回弹量与材料方向无关。弯曲半径与回弹角的关系见图4-2。
4. 2.5供应状态板材的反复弯曲和杯突性能见表4-3。

表 4-1

加工类型	加热温度	开锻（轧）/终锻（轧）温度
锻造开坯	W700°C装炉,1160°C±10V	开锻21000C ；终锻2900笆
热轧棒材	W700P 装炉,1150°C±10"C	开轧：io5or±ioVs 停轧 >98or
轧制板坯、板材	1150°C 〜1170°C	停轧N900°C
冷轧板	总压下率为30%〜40%。多次成形制造的零件，每次冷成形后均需进行固溶处理。成形前板材表面涂以硝基清漆

4.3 焊接性能

4. 3. 1点焊和缝焊前，材料机械抛光后存放时间不应超过15昼夜。板材的缝焊规范参见表4-4。
4.3.2氯弧焊焊接裂纹倾向性小于15%。钙极氩弧焊时，推荐使用与基体同牌号或HGH3536的填充材料，允许使用HGH3044作填充材料。鶴极手工氩弧焊(对接)规范参见表4-5。
4.3.3 GH1015和GH3030、GH3039合金焊接时，手工氩弧焊接头的力学性能见表4-6。
4.3.4各种焊接接头的力学性能见表4-7。
4.3.5板材不同温度的点焊接头的抗剪强度见图4-3。
4. 3. 6板材不同焊点直径的单点接头室温抗剪强度见图4-4。
表4-4⑻

板厚/ mm	滚盘宽/mm	电流/A	焊接时间/s	休止时间/s	电极压力/N	焊接速度/(m/min)
1.0 + 1.0 1. 2+1. 2 1. 5 + 1. 5	5〜6 5〜6 6〜7	7800 8000 9000	0. 12—0. 16 0. 14 〜0. 18 0. 16〜0. 22	0.08 — 0. 12 0. 10—0. 14 0. 14—0. 16	6865 7845 8825	0. 50〜0. 55 0.45 〜0.50 0. 40—0. 45

表4-5

板厚/ mm	填充材料/mm		钨极直径/mm	焊接电流/A	电压/V	氩气流量/(L/min)
板厚/ mm	直径	尺寸	钨极直径/mm	焊接电流/A	电压/V	氩气流量/(L/min)
0.8	1.0 〜1.6	1.0X1.2	1.6	35 〜45	10 〜15	7〜10
1. 0	1.0 〜1.6	1.0X1.5	1.6	4055	10 〜15	7〜10
1. 2	1.0 〜1.6	1.2X1.5	2.0	50 〜70	10 〜15	7〜10
1. 5	1. 6 — 2.0	1. 5X2. 0	2.0	65 〜80	10 〜15	10 〜15
1. 7	1.6 〜2.0	1.7X2.0	2. 5	70 〜90	10 〜15	10 〜15
2. 0	1. 6〜2. 0	2.0X2.5	2.5	85 〜100	10 〜15	10 〜15

表4-6

材料		焊丝牌号	接头拉伸强度		接头持久性能
牌号	板厚/mm	焊丝牌号	θ°C	s/MPa	0/°C	a/MPa	r/h
GH1015	1. 5+ 1. 5	HGH3030 HGH1015	20	757〜760 746〜762	700	103	109〜133
+ GH3030	1. 5+ 1. 5	HGH3030 HGH1015	700	458〜467 432〜464	—	一	—

表4-7

焊接方法	板厚/mm	焊前处理	焊后处理	焊丝牌号	θ°C	接头拉伸强度		接头持久性能
焊接方法	板厚/mm	焊前处理	焊后处理	焊丝牌号	θ°C	σb/MPa	强度系数/%	σ/MPa	r/h
手工筑弧焊	1.2	1140*0 〜 1170°C/AC	未处理	HGH1015	20	696〜706	98	—	—
	1. 5			HGH1015	20 900	782〜789 174〜186	100 92	51	152
	1. 5			HGH3044	20 900	775〜878 202〜227	100 100	—	—
自动铛极氩弧焊	1.5	1140°C 〜 1170°C/AC	未处理	HGH1015	20 550 700 800 900	727〜748 562〜602 468〜490 318〜326 211〜212	97 〜98 98 〜100 99 〜100 97 〜98 100	51	136〜168
			1150°C/AC	HGH1015	20 550 700 800 900	713〜730 541〜572 458〜466 279〜311 168〜183	100 100 96 97 96	57	85
			未处理	不加焊丝	20 900	711〜736 188〜221	100 100	—	—
缝焊	1.5	1140*C 〜 1170°C/AC	未处理	—	20 550 700 800 900	730〜763 580〜581 471〜490 342〜348 188〜194	98 〜99 96 〜100 98 〜100 100 96 〜98	51	139〜166
缝焊	1.5	1140*C 〜 1170°C/AC	1150°C/AC	—	20 550 700 800 900	682 517 433 315 185	100 97 94 100 100	61	90

图4-3板材不同温度的点焊接头抗剪强度[8]

图4-4不同焊点直径的单点点焊接头室温抗剪强度

4.4 零件热处理工艺
4.4. 1合金制造火焰筒高温段零件时，固溶温度为1150°C 士 10笆；而对一些工作温度较低的火焰筒零件.则可釆用1080°C±10°C作为最终固溶温度。以多次深冲方法制造零件时的中间热处理温度为1080°C + io°c,消除焊接应力的固溶温度为1000°C或更高些。热处理后可根据零件形状进行空冷或水冷.
4.4.2对于火焰筒零件，需要喷涂珪琅涂层时，涂层的焙烧温度不应超过1160°Co
4.4.3零件表面的氧化皮可用吹砂方法或酸洗方法清除。用酸洗法清除氧化皮时，可以釆用氢氟酸- 硫酸-硝酸水溶液的单一酸洗工艺,也可以釆用氢氧化钠-硝酸钠和硫酸-氯化钠水溶液的复合碱酸洗工艺。

5组织结构
5. 1 相变温度
5. 2 时间-温度-组织转变曲线
5.3 典型组织
合金板材经标准热处理后的组织见图5-1和图5-2o奥氏体晶粒度为ASTM5-8级，晶界和晶内有一次NbC.w（NbC）约占合金的0. 37%。此外还有微量细小的MfiC型碳化物,w（MfiC）约占合金的 0. 17%。合金经长期时效后析出M6C和Laves相。经550°C X 400h后，MIVUC）增至0. 19%,进一步提高时效温度后M,；C数量显著增加，主要分布于晶界。Laves相首先在NbC周围析出，随时效温度升高和增长， Laves相长成竹叶状、棒状和块状（图5-3）,主要分布于晶内。合金经800°C、67MPa、5765h应力时效后，相组成未变，而大部分析出相呈颗粒状在晶内普遍析出（图5-4）。
参考文献
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