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高温合金钢
GH2132
来源:山西千亿国际|唯一授权     发布时间:2017-05-04 10:28:19      文字大小:【小】【中】【大】
一、GH2132 概述
GH2132是Fe-25Ni-15Cr基高温合金,加入钼、钛、铝、钒及微量硼综合强化。在650℃以下具有高的屈服强度和持久、蠕变强度,并且具有较好的加工塑性和满意的焊接性能。适合制造在650℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件,如涡轮盘、压力机盘、转子叶片和紧固件等。该合金可以生产各种形状的变形产品,如盘件、锻件、板、棒、丝和环形件等。

优质GH2132合金,是在GH2132合金基础上发展而来,只要是提高合金纯洁度,限制气体含量,控制低熔点元素含量,并调整热处理制度,从而使合金的热强性和长期使用性能提高。
1.1 GH2132 材料牌号 GH2132(GH132)
1.2 GH2132 相近牌号 A286,UNSS66286(美国),ZbNCT25(法 国),P.Q.A286(美国)
1.3 GH2132 材料的技术标准
GJB 2611-1996 《航空用高温合金冷拉棒材规范》
GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》
GJB 3020-1997 《航空用高温合金环坯规范》
GJB 3065-1998 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》
GJB 3167-1998 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》
GJB 3317-1998 《航空用高温合金热轧板规范》
GJB 3782-1999 《航空用高温合金锻制圆饼规范》
GB/T 14996-1994 《高温合金冷轧薄板》
Q/3B4071-1993 《YZGH2132合金热轧棒材》
Q/6S1032-1992 《高温紧固件用YZGH2132合金棒材》
1.4 GH2132 化学成分 GH2132合金化学成分见表1-1,优质GH2132合金化学成分见表1-2。
表1-1%
C Cr Ni Mo Ti Fe V B Mn Al Si P S
不大于
≤0.08 13.5~16.0 24.0~27.0 1.00~1.50 1.75~2.30 0.10~0.50 0.001~0.010 1.00~2.00 0.04 1.00 0.030 0.020
注:1 冷拉棒、圆饼和环坯标准规定ω(Ti)1.80%~2.35%。
2 热轧和冷轧板标准规定,ω(B)0.003%~0.010%,ω(Mn)≤2.00%,ω(P)≤0.020%,ω(S)≤0.015%。
3 冷拉焊丝标准规定,ω(Al)≤0.35%,ω(Ti)1.75%~2.35%,ω(Si)0.40%~1.00%,ω(P)≤0.020%,ω(S)≤0.015%。
4 冷镦用丝材标准规定,ω(Ti)1.75%~2.35%,ω(Si)0.40%~1.00%,ω(P)≤0.025%,ω(S)≤0.020%。
5 热轧和锻制棒材标准规定ω(Cu)≤0.25%。
表1-2%
C Cr Ni Mo Ti Fe V B Mn Al Si P S
不大于
≤0.08 13.50~16.00 24.00~27.00 1.00~1.50 1.90~2.35 0.10~0.50 0.003~0.010 0.35 0.35 0.35 0.015 0.002
Ca Mg Cu Sn Pb Se Ag Te Tl Bi N O
不大于
0.005 0.005 0.30 0.0050 0.0005 0.0003 0.0005 0.00005 0.0001 0.00003 0.0100 0.0050
                                               
注:微量元素Se、Te、Tl在确定分析方法前,报实测数据,不作为验收依据。
1.5 GH2132 热处理制度 材料标准规定的GH2132热处 理制度见表1-3;优质GH2132热处理制度为900℃±10℃,1~2h,油冷+750℃±10℃,16h,空冷。
表1-3
材料品种 热处理制度
棒材、圆饼 980~1000℃,1~2h,油冷+700~720℃,12~16h,空冷
热轧板、冷轧板 980~1000℃,空冷+700~720℃,12~16h,空冷
冷拉棒 980~1000℃,1~2h,油冷+700~720℃,16h,空冷
环件毛坯 980~990℃,1~2h,油冷+700~720℃,16h,空冷
冷镦用冷拉丝 980~1000℃,水冷或油冷+700~720℃,16h,空冷
注:冷拉棒和冷拉丝标准规定,性能检验不合格时,可以不大于760℃时效16h,合格后交货。

1.6 GH2132 品种规格和供应状态 可以供应各种规格的棒材、板材、丝材、盘件和环件。棒材、圆饼和环坯不经热处理交货;热轧板和冷轧板固溶和酸洗后交货;冷拉棒材于固溶+酸洗状态交货;冷镦丝可于固溶+酸洗盘状、或固溶+酸洗直条状、或固溶直条状磨光和冷拉等几种状态交货;冷拉焊丝于冷拉状态、或固溶+酸洗、或半硬状态交货。
1.7 GH2132熔炼和铸造工艺 GH2132合金可采用非真空感应+电渣,电弧炉+电渣和电弧炉+真空电弧以及真空感应+真空电弧等工艺熔炼。优质GH2132合金可采用真空感应+真空电弧工艺熔炼。
1.8 GH2132 应用概况与特殊要求 在航空上主要用于在650℃以下工作的发动机压气机盘、涡轮盘、承力环、机匣、轴类、紧固件和板材焊接承力件等。在国内该合金已在航空上获得较为广泛的应用。优质GH2132合金用作航空发动机压气机叶片及高温紧固件等。


二、GH2132 物理及化学性能

2.1 GH2132 热性能
2.1.1 GH2132 熔化温度范围 1364-1424℃[1]。
2.1.2 GH2132 热导率 见表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900
λ/(W/(m·C)) 14.2 15.9 17.2 18.8 20.5 22.2 23.9 25.5 27.6
2.1.3 GH2132线膨胀系数 GH2132线膨胀系数见表2-2;优质GH2132线膨胀系数见表2-3
表2-2[1]
θ/℃ 20~100 20~200 20~300 20~400 20~500 20~600 20~700 20~800 20~900
α/10-6C-1 15.37 16.09 16.31 16.84 17.58 18.06 18.74 19.62 20.45
表2-3[2]
θ/℃ 20~100 20~200 20~300 20~400 20~500 20~600 20~700 20~800 20~850
α/10-6C-1 15.7 16.0 16.5 16.8 17.3 17.5 17.9 19.1 19.7
2.2 GH2132密度 GH2132:ρ=7.93g/cm3[1];优质GH2132:ρ=7.99g/cm3[2]。
2.3 GH2132电性能 电阻率见表2-4
2.4 GH2132磁性能
2.5 GH2132化学性能
2.5.1 GH2132抗氧化性能 合金在空气介质中试验100~300h后的氧化速率见表 2-5。
表2-4[1]
θ/℃ 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900
ρ/(10-6Ω·m ) 0.914 0.985 1.018 1.074 1.119 1.135 1.165 1.192 1.213 1.225
表2-5[1]
θ/℃ 氧化速率/(g/(m2·h))
100h 200h 300h
650 0.00417 0.00276 0.00234
750 0.03250 0.07216 0.08322
850 0.00630 0.12386 0.09672


三、GH2132力学性能

技术标准规定的性能 GH2132合金见表3-1;优质GH2132合金见表3-2
表3-1
品种 室温性能 θ/℃ 拉伸性能 持久性能
σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% φ/% aKU/(kJ/m2) HBS σb/MPa δ5/% φ/% σ/MPa t/h δ5/%
不小于 不小于
轧棒
锻棒
930 - 20 40 - 255~321 550 785 16 28 588 100 -
650 735 15 20 392 100 -
冷拉棒① 900 590 15 20 - 248~341 650 - - - 451
(392)
23
(100)
5
(3)
热轧板② 885 - 20 - - - 650 735 15 - - - -
550 785 16 - - - -
冷轧板② 885 - 20 - - - 650 735 15 - 392 100 实测
550 785 16 - 588 100 实测
圆饼 930 620 20 40 290 255~321 650 735 15 20 392 100 -
环坯 930 620 20 30 290 255~321 650 735 15 - 392 100 -
冷镦
用丝①
900(930)③ 590
-
15
(18)
20
(40)
-
-
248~341
(HV260~360)
650 - -   451
(392)
23
(100)
5
-
① 冷拉棒和冷镦用丝材,固溶状态硬度不大于HBS202(HV194)。
② 板材的高温拉伸和持久试验只作一个温度,如合同中未注明时按650℃进行试验。
③ 如需方要求,可按括号内指标进行检验。


四、GH2132组织结构




4.1 相变温度
4.2 时间-温度-组织转变曲线 GH2132合金中η-Ni3Ti相的析出动力学曲线见图4-1。
4.3 合金组织结构 GH2132合金在标准热处理状态下,在γ基体上有球状均匀弥散分布的Ni3(Ti,Al)型γ′相以及TiN,TiC,晶界有微量M3B2,晶界附近可能有少量η相和L相。合金硅、硫含量较高时,会有G相、Y相在晶界析出。长期时效或使用后是否有σ相析出,与合金成分有关。近年来采用相分析



计算方法提出了如下简化公式:
ΔNv′=Ni-3Ti-3.5Al-1.7Si-0.9Cr-4.7[1]
注:元素符号表示该元素在合金中的重量百分比。当ΔNV′>0
时,无σ相析出。
γ′相的溶解温度为830~850℃,开始析出温度在650℃左右,700~730℃析出最多。标准热处理后γ′相数量约为合金重量的2%~3%,直径约10~20nm,其化学组成近似(Ni0.93Fe0.04Cr0.03)2.73(Ti0.83Al0.17)。550~650℃长期时效后,γ′相数量稍微增加,尺寸略微长大。当合金中ω(Al)>0.4%时,就有可能出现胞状γ′相。
TiC,TiN的数量约占合金重量的0.25%,基本上不参与合金热处理过程的组织转变。TiC在1180℃以上才开始溶解,TiN则更不易溶解。
η相形成的温度区间约在700~900℃之间,析出温度与合金Ti含量相关。
M3B2相在1040~1080℃固溶时已大量溶解,至1180~1210℃可完全溶解,M3B2在650℃时效已有析出。
L相在950~990℃之间股溶蚀溶解,析出峰在850℃左右。G相在982℃以上开始溶解,至1120℃可完全溶解,析出峰在850℃左右。σ相析出温度在650~900℃之间,析出峰在750~850℃左右。G、σ和η相的出现对合金性能起损害作用。


五、GH2132工艺性能与要求

5.1 成型性能
5.1.1 GH2132合金的工艺塑性图见图5-1,再结晶图见图5-2。




5.1.2 合金锻造开坯加热温度1080~1140℃,终锻温度高于900℃。水压机开坯时加热温度1110℃,停压温度高于950℃;模锻开压温度为1100℃,停压温度高于930℃。环件轧制加热温度1130~1150℃,终轧温度高于900℃。棒材及型材轧制温度1080~1140℃,终轧温度高于900℃。
5.2 焊接性能 合金具有满意的焊接性能,可用氩弧焊、点焊、缝焊紧进行焊接。合金于固溶状态进行焊接,焊后进行时效处理。
5.2.1 手工和自动钨极对接氩弧焊规范见表5-1。推荐采用HGH113焊丝和较小的焊接能量输入。
5.2.2 自动钨极脉冲氩弧焊对焊规范见表5-2。
5.2.3 缝焊规范见表5-3。

5.2.4 焊后进行时效处理的氩弧焊对接接头的强度系数大于90%。
表5-1[8]
焊接方法 厚度/mm 焊丝 电流/A 电压/V 焊接速度/(m/min) 送丝速度/(m/min) 氩气流量/(L/min) 背面气体流量/(L/min) 钨极直接/mm 焊嘴直径/mm
牌号 直径/mm
手工氩弧焊 1.5+1.5 HGH2132 1.6 70~90 8~10 - - 6~8 - 1.6 8
2.0+2.0 90~100
自动氩弧焊 1.5+1.5 HGH2132
HGH1140
HGH113
1.6 95~100 7~8 0.25~0.32 0.32 5~8 2~3 3.0 18
2.0+2.0 130

表5-2[8]
厚度/mm 焊丝 电压/V 脉冲电流/A 维弧电流/A 脉冲幅比 脉冲宽比 脉冲频率/Hz 焊接速度/(m/min) 送丝速度/(m/min)
牌号 直径/mm
0.8 不加丝 - 8.5 50 13 4 3 5 0.3 -
0.8 HSG-1 1.0 8.5~9.0 60 15 4 2 5 0.27 0.165
1.5 HSG-1 1.0 8.5~9.0 100 28 3.5 2 3 0.23 0.2
2.0 HSG-1 1.0 9~10 130 26 5 2 3 0.2 0.25
表5-3[8]
厚度/mm 滚盘宽/mm 电源/A 焊接时间/s 休止时间/s 焊接速度/(m/min) 电极压力/N
1.5+1.5 5.5 6.0 8300~9500 0.16~0.18 0.16~0.18 0.36 7650~8335
2.0+2.0 10000~12000 0.18~0.22 0.24~0.28 0.36 8335~9805
5.3 零件热处理工艺 固溶温度980~1000℃,根据零件截面厚度温度保温不同时间后进行空冷、油冷或水冷后,再在700~720℃时效12~16h后空冷。优质GH2132合金制零件的热处理工艺为:固溶900℃±10℃,1~2h,油冷+时效750℃±10℃,16h,空冷。
5.4 表面处理工艺 在高温下工作的零件可采用W-2珐琅涂层涂层进行有效的保护。

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