高温合金GH/NS

GH1016高温合金

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GH1016高温合金

1合金介绍
1.1 概述
CH1016是Fe-Ni-Cr基固溶强化型变形高温合金，是以铬、钨和钼等元素进行固溶强化。合金可在 950°C以下长期使用，在1000°C以下短时使用。合金具有较好的抗氧化性、高的塑性、较高的热强性和良好的抗冷热疲劳性能。合金冷冲压成形和焊接工艺性能良好。主要产品有冷轧薄板、中厚板、棒材、丝材、锻件和环形锻件等。
1. 2 应用概况及特性
合金已用于制造航空发动机燃烧室板材冲压件和焊接结构件及其他高温零部件，如承力原件、结构壳体、安装边、安装座和管接头等，以及在1000°C以下短时工作的零件。
合金在700°C〜900°C长期工作时有--定的时效硬化现象，导致室温塑性有所下降，高温持久强度也略有降低。合金在高于700°C期工作时产生晶界氧化。在1000°C以上的高温抗氧化性比同类用途的镣基合金稍差。合金可作为镍基合金GH3030、GH3039和GH3044的代用材料。
1.3 材料牌号
GH1O16（GH16、GH15A、GR-5A）。
1. 4 相近牌号
无。
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 1952A航空用高温合金冷轧板规范
GJB 5301航空用高温合金环形件规范
HB 5417 GH1016合金棒材
HB 5418 GH1016合金冷轧薄板
HB 5419 GH1016合金圆饼、环坯和环形件
HB/Z 140航空用高温合金热处理工艺
1. 6 熔炼工艺
釆用电弧炉+电渣重熔、或非真空感应炉+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	V
质量分数/%	≤0. 08	19. 00〜22. 00	32. 00〜36. 00	5. 00〜6. 00	2. 60 — 3. 30	余	0. 90〜1. 40	0. 100〜0. 300
元素	B	Ce	Mn	Si	P	S	[N]	--
质量分数/%	≤0. 010	≤0.050	≤1.80	≤0. 60	≤0. 020	≤0.015	0. 13 — 0. 25	—

1. 8 热处理制度

摘自 HB/Z 140、GJB 1952A、GJB 5301、HB 5417,HB 5418 和 HB 5419,各品种的标准热处理制度为：
a)冷轧板材，(1140 ~ 1180 )°C/ACO 其中保温时间：δ ≤ 3mm, 8min 〜12min； δ3 mm 〜5 mm，12min 〜16mino

b）管材、丝材、板金件及焊接组合件，（1150〜1170）°C/AC。其中保温时间：Dδ≤3mm,8min〜 12min；dδ 3 mm 〜5 mm, 12min 〜16min。
c）棒材、锻件、圆饼和环形件,1160°C±10°C/ACo
1.9 品种规格与供应状态
摘自 GJB 1952A、GJB 5301,HB 5417.HB 5418 和 HB 5419。
1.9. 1 主要规格
δ0.5mm〜4. 0mm冷轧薄板；d20mm~ 100mm热轧棒材;d50mm〜160mm锻制棒材；外径350mm〜 1000mm、内径230mm〜930mm、厚60mm〜150mm的环形锻件；各种尺寸规格的锻件。
1.9.2供应状态
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、圆饼和环坯可经热处理或不经热处理供应。
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）如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
2.4 电阻率
2.5热扩散率
2.6 比热容（图2-2）如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
线膨胀系数（图2-3）如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
2.8 密度：ρ=8. 31g/cm3
2.9 磁性能
2. 10 弹性性能（图2-4）如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
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2-1。如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
2. 11. 1. 2合金在不同温度和时间长期暴露后的最大沿晶氧化深度见图2-5。如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。

2. 11.2 耐腐蚀性能
残留在板材表面的含有硫酸和钠盐的溶液，在固溶处理时可使板材或零件表面产生严重的腐蚀坑。腐蚀的深度随固溶温度提高而增加，见图2-6, 将固溶温度降低到1080°C以下可防止腐蚀。如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
力学性能

3. 1 供货技术标准
3. 1. 1 技术标准规定的性能（表3-1）

标准号	品种	热处理	拉伸性能					持久性能
标准号	品种	热处理	θ/°C	σb/MPa	σp0.2MPa	δ0.5/%	ψ/ %	θ/°C		σ/MPa	τ/h	δ0.5/%	ψ//%
GJB 1952A HB 5418	冷轧板	(1140〜 1180)°C/AC	20	≥735	—	≥35	—	--		—	—	—	—
			750	≥360	—	≥30	--	--		—	--	—	—
			900	≥185	—	≥40	—	900		69	≥20	≥20	—
HB 5417 HB 5419	棒材环形件	U60°C/AC	20	≥705	--	≥35	≥40	—		—	—	—	—
			750	≥390	——	≥30	≥35	750	1	180	≥23	—	—
			750	≥390	——	≥30	≥35	750	II	137	≥100	--	—
			900	≥185	—	≥40	≥45	900		69	≥24	≥20	≥30
① 高温拉伸和持久试验温度根据需要任选--个。 ② 900°C抗拉强度不小于175MPa的板材允许交货。 ③ 750°C持久试验时，初次检验按规范I进行，不合格时再按规范II进行重新试验，试样不加倍。

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热轧板经不同固溶处理，室温硬度见图3-1。如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
3.2. 1.2冷轧板经不同固溶处理.室温硬度见图3-2。如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
3.2. 1.3冷轧板经700°C〜900°C长期时效，不同时效时间的室温硬度见图3-3。如有需要可向墨钜特殊钢客服索取。
3. 2.2冲击性能
环形件经标准热处理，室温冲击韧性：纵向,aK = (1290~1750)kJ/m2 ,横向,aK = 334kJ/m2 。
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冷轧板经不同冷轧压下量，室温拉伸性能曲线见图3-4 。
3. 2. 6. 2 冷轧板经不同固溶处理，20°C和900°C的拉伸性能表3-2 。
3. 2. 6. 3不同产品，不同温度的典型拉伸性能见表 3-3。
3. 2. 6. 4薄板经不同长期时效，不同温度的拉伸性能见表3-4 。

取样	热处理	20°C	拉伸	900°C	拉伸
取样	热处理	σb/MPa	δ0.5/%	σb/MPa	δ0.5/%
板材	1120°CX lOmin/AC	800	45	198	94
	1160°CX lOmin/AC	789	45	224	105
	1200°CX lOmin/AC	736	47	215	82

3.3 持久和蠕变性能
3.3. 1 持久性能
3.3. 1. 1不同产品，不同温度和时间的持久强度见表 3-5 。
3.3. 1. 2不同产品，不同温度的持久应力-寿命曲线分别见图3-5、图3-6和图3-7。
3.3. 1. 3 不同产品的持久热强参数综合曲线见图 3-8。
3.3. 1. 4 环形件不同取样方向,75O°C和9OO°C的光滑和缺口持久性能见表3-6。
3.3. 1. 5薄板经不同温度长期时效，不同时效时间的900°C、51MPa持久性能见图3-9。
表 3-3〔l~3,6~9.19]

取样/mm	热处理	θ/°C	σp0.2 / MPa	σb/MPa	δ0.5/%	ψ/%
50.8 — 2.0 板材	供应状态	20	387	798〜865	40 〜51	—
		400	—	707	40	--
		500	274	700	39	—
		600	272	701	41	—
		700	255	508〜589	30 〜58	—
		750	—	448	61	—
		800	228	329〜385	50 〜82	——
		900	146	189〜221	77 〜131	--
		950	--	152	87	—
		1000	—	113	101	—
d50 棒材	1160°C/AC	20	—	768	43	57
		600	—	588	56	54
		700	—	506	38	35
		750	—	429	33	30
		800	—	373	37	33
		850	--	295	51	50
		900	—	223	59	58
		950	--	170	92	69
d915 环形件弦向	1160°C/AC	20	324	759	48	57
		700	208	521	54	56
		750	209	458	62	60
		800	195	377	58	66
		900	190	235	90	83

取样	时效规范		20°C拉伸		700 °C拉伸		800°C拉伸		900°C拉伸
取样	θ/°C	t/h	σb/MPa	δ0.5/%	σb/MPa	δ0.5/%	σb/MPa	δ0.5/%	ab/MPa	δ0.5/%
薄板标准热处理	--		865	40	589	34	385	55	216	92
	550	200	867	42	555	30	366	67	214	115
		400	867	41	536	32	380	45	226	118
		700	870	32	537	38	368	63	227	89
		1000	866	39	518	35	383	60	218	88
	700	200	877	30	519	49	363	71	217	110
		400	916	20	535	43	359	65	214	121
		700	927	14	535	49	343	83	202	98
		1000	931	13	541	59	352	89	206	85
		2000	899	15	—	—	—	—	218	100
	800	200	882	16	513	42	332	63	187	114
		400	857	21	498	35	306	76	180	100
		700	825	13	583	33	376	61	201	70
		1000	847	12	466	38	306	31	173	52

取样	w°c	h/MPa
取样	w°c	σ10	σ100	σ200	σ500	σ1000	σ2000	σ5000	σ10000
板材 (1140 〜1180)°C/AC	550	654	641	637	632	629	—	—	—
	700	347	255	232	206	187	172	151	—
	750	236	174	158	139	127	116	102	—
	800	175	124	111	97	87	78	68	62
	900	93	57	49	40	35	30	25	—
	950	67	37	31	25	—	—	—	—
	1000	42	19	14	--	—	--	—	--
	1050	21	8	—	—	—	—	—	—
棒材 1160°C/AC	700	335	255	234	210	193	—	—	--
	800	179	127	115	100	90	—	—	--
	900	89	62	56	48	43	—	—	—
环形件弦向 1160°C/AC	700	388	279	253	222	201	181	—	--
	750	273	204	187	167	153	140	126	--
	800	186	139	127	114	104	95	85	--
	900	116	71	61	50	43	37	--	--
注：根据持久应力-寿命曲线回归方程确定。

表3-6⑴

取样		o/°c	a/MPa	r/h	δ5/%	ψ/％	τ/h
环形件标准热处理	纵向	750	176	284	51	74	>690
	横向	750	176	273	56	76	—
	纵向	900	61	189	80	79	—
	横向	900	61	179	81	72	—
①缺口半径r=0. 5mmo

3.3.2 蠕变性能

3.3.2. 1 冷轧板不同温度100h的蠕变极限见表 3-7。

3.3. 2. 2 冷轧板不同温度和应力的蠕变曲线见

3. 3. 2. 3冷轧板不同温度蠕变总变形率和应力的关系曲线见图3-14,蠕变塑性变形率和应力的关系曲线见图3-15。
3. 3. 2. 4冷轧板不同温度100h的持久极限和蠕变极限见图3-16。

取样	/ h	Ep/%	在以下温度s/MPa					&/%	在以下温度，o/MPa
取样	/ h	Ep/%	700 °C	750°C	800 °C	900°C	950°C	&/%	700 °C	750°C	800°C	900°C	950°C
薄板供应状态)	100	0.2	98	65	46	28	—	0.2	88	60	43	27	—
		1	150	110	83	42	--	1	147	108	82	41	—
		5	206	142	106	49	30	5	206	142	106	48	—

3.4 疲劳性能

3.4. 1高周疲劳
3.4. 1. 1不同产品，不同温度和试验条件的高周疲劳极限见表3-8。
3.4. 1.2 冷轧板750°C和900°C的弯曲震动疲劳S- N曲线见图3-17。
3.4.2低周疲劳
3.4.3特种疲劳
3.4.3. 1 冷轧板900°C=20°C,N = 60周的冷热疲劳性能见表3-9。
3.4.3. 2冷轧板不同循环温度的冷热疲劳性能见图 3-18。
3. 4. 3. 3冷轧板不同循环温度的冷热疲劳裂纹扩展曲线见图3-19。
3. 4. 3. 4冷轧板经不同长期时效,900 °C ^20 °C冷热疲劳裂纹扩展曲线见图3-20。

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（表4-1）
4.2工艺性能
4. 2. 1在室温下进行。当以多次冲压工艺制造零件时，每次冷冲后均需进行固溶处理。深冲前板材表面要涂硝基清漆。
4.2.2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. 2.3筒形件极限深冲系数时壁厚的变化见图 4-1。

加工类型	加热温度	开锻（轧）/终锻（轧）温度
锻造开坯	≤700°C装炉1150°C~1170°C	开锻≥1000°C；终锻≥900°C
轧制板坯、板材	1160°C~1170°C	荒轧：1140°C；精轧：1100°C ;停轧≥900°c

4.2.4极限翻边系数时零件厚度的最大减薄量为21 %,在极限压窝系数时零件厚度的最大减薄量为25 %。
4. 2.5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以J为板厚），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. 2.6当冷变形量为30%时，板材的开始再结晶温度为830°C ,完成再结晶温度为960°C。
4.3 焊接性能
4.3. 1合金具有良好的焊接工艺性能。可用氣弧焊和接触焊进行联接；不加填料的自动氣孤焊，应采用较小的焊接电流和较低的焊接速度，否则易产生咬边缺陷。由于合金的抗氧化性比镣基合金稍差, 因此氣孤焊时应注意加强保护。接触焊接时选择合适的规范，可以得到满意的焊接接头，焊缝核心内部无裂纹，但有缩孔和结合线伸入，单边伸入长度--般不超过0. 1mm,核心周围有较多的胡须状和晶间加粗组织。缝焊较厚的板材（如δ=2mm+2mm）,应选用较低的焊接速度和较长的休止时间，并适当加大滚盘压力，防止裂纹的产生。该合金板材可与lCrl8Ni9Ti、GH1140、GH3030等板材组合，进行氩弧焊和接触焊。

4.3.2板材的缝焊规范参见表4-3。
4.3.3钙极氣弧焊时推荐使用与基体同牌号或HGH3536为填充材料，允许使用HGH3044为填充材料。手工氣弧焊规范参见表4-4。
4.3.4各种焊接接头的力学性能见表4-5。
表 4-3[51,]

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)
0. 8 + 0. 8	5〜6	7600	0. 10 — 0. 12	0. 08 — 0. 12	5885	0. 50—0.55
1.0+1.0	5〜6	7800	0. 12 〜0. 16	0. 08 — 0. 12	6865	0.50 〜0.55
1.2+1.2	5〜6	8000	0. 14 〜0. 18	0. 10 〜0. 14	7845	0.45 〜0.50
1. 5 + 1. 5	6〜7	9000	0. 16〜0. 22	0. 14 〜0. 16	8825	0. 40〜0.45
2. 0 + 2. 0	6〜7	9200	0. 24 〜0. 28	0. 22〜0.26	9805	0. 30〜0. 36

表 4-4

板厚/mm	填充焊丝/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.()	1. 0 〜1. 6	1.0X1.5	1.6	40 〜55	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

焊接方法	板厚/ mm	焊前处理	焊后处理	焊丝牌号	θ/°C	接头拉伸性能		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	t/h
手工氩弧焊	1.5	供应状态	未处理	HGH1016	20	852	100	—	--
				HGH1016	900	211	97	61	85
				HGH3044	20	850	100	—	—
				HGH3044	900	217	99	61	71
自动钨极氩弧焊	1.5	--	1160°C /AC	HGH1016	20	785〜821	95 〜96	—	—
					700	506〜525	86 〜99	—	—
					800	339〜370	88 〜100	—	—
					900	2088〜213	97 〜100	51	222
					900	—	—	61	88
缝焊	0.8 〜2.0	供应状态	未处理	—	20	804〜873	97 〜100	—	—
	1.5	供应状态	未处理	--	700	531	100	--	—
					800	345〜355.	92 〜100	—	—
					900	208〜2211	9 — 100	51	226
					900	—	--	61	128

4. 4 零件热处理工艺

4.4. 1零件唯--热处理方式为固溶处理；最终固溶处理温度为1160°C±10°C,以多次深冲方法制造零件时，中间热处理温度为1080°C + 10°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3。
4.4.2板材零件在固溶处理时的保温时间，可以根据板材的厚度选择5min〜15min,锻件可按其厚度约 1.4min/mm 计算。
4. 4.3零件热处理前应将表面油污、切削加工冷却液和其他脏物清洗干净，以免在热处理时引起表面局部腐蚀。
4. 4.4零件热处理后氧化皮呈暗灰色，有时局部不均匀脱落，外观似较粗糙，但对吹砂或酸洗后成品零件的表面质量没有影响。
4.5 表面处理工艺
热处理后零件表面的氧化皮，可用吹砂方法或酸洗方法清除。用酸洗法清除氧化皮时，可以采用氢氟酸-硫酸-硝酸水溶液的单--酸洗工艺，也可以采用氢氧化钠-硝酸钠和硫酸-氯化钠水溶液的复合碱酸洗工艺。
4. 6 切削加工与磨削性能
合金可以满意地进行切削加工。
5组织结构
5. 1 相变温度
Laves相析出峰在700°C,800°C开始回溶。
5.2 时间-温度-组织转变曲线
合金在550°C〜900°C长期时效400h〜1000h过程中析出相数量的变化见图5-1。
参考文献
[1] 上钢三厂，等.铁基高温合金GH15,GH16技术报告.1971.
[2] 北京航空材料研究院.GH16铁基高温合金技术报告.1981.
[3] 北京航空材料研究院.GH16合金环形件全面性能技术报告.1981.
[4] 北京航空材料研究院.GH15、GH16合金冲压工艺性能试验报告.1981.
[5] 北京航空材料研究院，等.GH15、CH16合金焊接工艺试验阶段报告.1976.
[6] 上钢三厂，等.GH16合金板材生产技术报告.1981.
[7] 长钢三分厂.GH16合金冷轧薄板工艺技术报告.1982.
[8] 上钢五厂.GH16合金棒材和环形件技术报告.1981.
[9] 上钢五厂.涡喷发动机用GH16合金环形件技术报告.1984.
[10] 长钢三分厂.GH16合金环坯技术报告,1981.
[11] 马钢研究所.GH16合金环件技术报告.1981.
[12] 北京航空材料研究院.GH16合金板材表面腐蚀坑分析试验报告.1982.
[13] 北京航空材料研究院.铁基高温合金GH16的热强性和热稳定性报告.1980.
[14] 900°C使用的铁镣基板材合金GH15、GH16[M]〃高温合金文集：第1册.中国金属学会特殊钢分会高温合金学术委员会.1979.
[15] 北京航空材料研究院.长期时效对GH15、GH16[M]〃合金组织性能的影响报告.1979.
[16] 中国金属学会特殊钢分会高温合金学术委员会编.高温合金手册[M]. 1982:137-148.
[17] 图谱编写组.高温合金金相图谱[M].北京：冶金工业出版社,1979：61-63.
[18] 北京航空材料研究院，等.航空材料焊接性能手册[M].北京：国防工业出版社,1978 = 131-143.
[19] 黄福祥.GH1016[M]