GH605高溫合金

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GH605鈷基變形高溫合金

材料牌號：GH605（GH5605）
相近牌號：L605/HS25/WF-11/AIS1670
美國牌號：UNSR30605
法國牌號：KC20WN
一、GH605概述
    GH605是以20Cr和15W固溶強化的鈷基高溫合金，在815℃以下具有中等的持久和蠕變強度，在1090℃以下具有優良的抗氧化性能，同時具有滿意的成形、焊接等工藝性能。適用于制造航空發動機燃燒室和導向葉片等要求中等強度和優良的高溫抗氧化性能的熱端高溫零部件。也可在航天發動機和航天飛機上使用?？缮a供應各種變形產品，如薄板、中板、帶材、棒材、鍛件、絲材以及精密鑄件。
    1.1 GH605材料牌號 GH605。
    1.2 GH605相近牌號 L605,HS25,WF-11,AlS1670,UNSR30605(美國)、KC20WN(法國)。
    1.3 GH605材料的技術標準    
    1.4 GH605化學成分  見表1-1。

表1-1%

C

Cr

Ni

W

Co

Mn

Fe

Si

P

S

不大于

0.05～0.15

19.0～21.0

9.0～11.0

14.0～16.0

余

1.0～2.0

3.0

0.40

0.040

0.030

1.5 GH605熱處理制度 板材、帶材：1175～1230℃,快速冷卻；環形件：1175～1230℃，保溫不少于15min,水冷或快速空冷；棒材（機加工用）：1175～1230℃,快速冷卻。
    1.6 GH605品種規格與供應狀態 可以供應δ≤14mm的熱軋中板、δ≤4mm的冷軋板材、δ0.05～0.80mm的冷軋帶材、δ0.20～0.80mm的冷硬帶材、d0.2～10.0mm的焊絲、d≤300mm的棒材和各種直徑及壁厚的環形件。中板和薄板經固溶、堿酸洗、切邊后供應；帶材經固溶、堿酸洗、切邊后成卷供應；冷硬帶材經固溶、冷軋、退火、拋光和切邊后供應；焊絲以硬態、半硬態、固溶加酸洗、光亮固溶處理狀態成盤交貨，也可以直條交貨；環形件經固溶處理粗加工或除氧化皮后供應；機加工用棒材經退火后酸洗或磨光后供應，熱加工用棒材可經退火并磨光后交貨。
    1.7 GH605熔煉與鑄造工藝 合金采用電弧爐或非真空感應爐熔煉后再經電渣重熔，或采用真空感應熔煉加電渣重熔。
    1.8 GH605應用概況與特殊要求 主要在引進機種上使用，用于制造導向葉片、渦輪外環、外壁、渦流器、封嚴片等高溫零部件。該合金對硅含量很敏感，硅可促使合金在760～925℃之間暴露時形成Co2W型L相，從而使合金的室溫塑性下降，因此合金中的硅含量應控制小于0.4%。
二、GH605物理及化學性能    
2.1 GH605熱性能                                        
2.1.1 GH605熔化溫度范圍  1330～1410℃。
2.1.2 GH605熱導率  見圖2-1。
2.1.3 GH605比熱容 合金于20～100℃時的比熱容c=377J/(kg·℃)。
2.1.4 GH605線膨脹系數 見表2-1。

表2-1

θ/℃

20～200

20～400

20～500

20～600

20～700

20～800

20～900

20～1000

20～1100

α/10-6℃-1

12.9

13.8

14.2

14.6

15.1

15.7

16.3

17.0

17.8

2.2 GH605密度 ρ=9.13g/cm3。                                     
2.3 GH605電性能 
2.3.1 GH605不同溫度的電阻率見表2-2。
2.3.2 GH605冷加工量為25%的合金在低溫下的電阻率見圖2-2。 
2.4 GH605磁性能 合金無磁性。

表2-2

θ/℃

25

400

800

1000

ρ/(10-6Ω·m)

2.30

2.62

2.87

2.91

 2.5 GH605化學性能 
2.5.1 GH605抗氧化性能
2.5.1.1 GH605合金適合在噴氣發動機和燃氣渦輪的環境中工作，在間斷式條件下工作時抗氧化和碳化的較低溫度為870℃，在空氣條件下連續工作時可耐1090℃的高溫。合金也可在海洋氣氛中工作。
2.5.1.2 GH605在760～1200℃的靜止空氣中作抗氧化試驗時的氧化增重見圖2-3。                   
2.5.1.3 GH605在靜止空氣中作抗氧化試驗時的氧化深度見表2-3。

表2-3

氧化條件

氧化深度/(mm/單邊)

θ/℃

t/h①

氧化皮

沿晶氧化

合金貧化層

總深度②

850
950

500
500

0.005
0.010

0.008
0.020

0.008
0.038

0.013
0.048

1000

500
1000
5000
10000

0.025
0.018
0.051
0.051(0.051)③

0.025
0.091
0.102
0.102

0.056
0.091
0.102
0.102

0.081
0.109
0.153
0.203

1150

500
3000

0.041
-

0.038
-

0.076
-

0.117
4.445

① 500h,3000h用的試樣為直徑6.35～12.7mm的圓試樣，其余試樣為厚1.5～2.0mm的試片。
   ② 總深度為氧化皮加上沿晶氧化或合金貧化層深度中的較大者。
   ③ 括號中為剝落的氧化皮深度。
2.5.1.4 GH605由d12.7mm的棒材加工的楔形試樣，在爐中1090℃的靜止空氣中加熱3min，在空氣中冷卻不少于3min。循環試驗總共為2000周（在高溫下時間為100h）；另一組試樣在旋轉式的燃燒裝置中作循環試驗，轉速為1000r/min，在溫度為1090℃的0.3馬赫數的燃燒產物中保持3min，然后以0.7馬赫數的冷空氣吹3min，試驗后試樣的重量變化見圖2-4。
    2.5.1.5 GH605GH605、GH5188和GH3536三種合金的楔形試樣，在爐中的高溫靜止空氣中在*溫度下試驗1h后，在空氣中冷卻不小于40min，總的循環次數為100周；另一組試樣在旋轉式的燃燒裝置中作循環試驗，轉速為1000r/min，在*溫度下于0.3馬赫的燃燒產物中保持1h，然后以0.7馬赫的冷空氣吹3min，交替試驗100周后試樣的重量損失見圖2-5。                          
2.5.1.6 GH605退火的板材在燃氣速度為61～85m/s、空氣：燃料=45:1～55:1的燃燒試驗裝置中，試樣在試驗時以30r/min的轉速旋轉，并每隔30min在加熱至試驗溫度后，用冷空氣吹冷至260℃以下，如此在870～1040℃分別循環試驗100h后的動態氧化試驗結果見圖2-6。
2.5.1.7 GH605固溶處理的δ0.25～0.51mm板材在壓力為1103Pa的空氣中于980℃靜態長期暴露后的氧化特征見圖2-7。
2.5.2 GH605耐腐蝕性能
2.5.2.1 GH605GH605合金在含1%硫的柴油和含5-6海鹽的空氣中于870～1040℃下在燃燒裝置上作動態熱腐蝕試驗的結果見圖2-8。GH605、GH3536等5種合金板材，在燃氣速度為4m/s，燃燒空氣種含5-6或5-5海鹽，N0.2號燃油中含0.3%～0.45%硫，空氣-油的比例為30:1，試驗中試樣旋轉，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試驗200h后的動態熱腐蝕試驗結果見圖2-9。 
三、GH605力學性能
GH605技術標準規定的性能 見表3-1。

表3-1

騰思特種合金可供品種

室溫拉伸性能

硬度HV

815℃持久性能

晶粒度/級

其他性能

σb/MPa

σP0.2/MPa

δ5/MPa

σ/MPa

t/h

δ5/%

中板、薄板、帶材

≥890

370～550

≥35

≤290

165

≥24

≥10

≥2.5(1)

彎曲

冷硬帶材A級
  B級

≥1500
≥1700

≥1300
≥1500

≥5
≥3

410～480
485～560

-

-

-

≥9
≥10

彎曲
彎曲

棒材

≥860

≥340

≥35

HB≤282

165

≥23

≥10

≥2(0)

-

環形件

≥860

≥310

≥30

HB≤248

165

≥24

≥10

≥2(0)

-

四、GH605組織結構
4.1 GH605相變溫度                                       
4.2 GH605時間-溫度-組織轉變曲線 見圖4-1（合金經1225℃，30min，水冷處理）。
 4.3 GH605合金組織結構 合金經時效后可析出一些碳化物和金屬間化合物，包括M7C3、M23C6、M6C、α-Co3W、β-Co3W、L-Co2W和μ-Co7W6。合金在800℃時效時析出順序為(M7C3)、M23C6、M6C、L-Co2W和μ-Co7W6。700℃時效時析出順序為(M7C3)、M23C6、M6C、(α-Co3W)、β-Co3W和L-Co2W。在800℃和更高溫度時效時，時效硬化主要是由于析出M23C6、M6C和L-Co2W相。在700℃或更低溫度時效，主要析出碳化物和β-Co3W。α-Co3W為有序面心立方體結構，與基體共格，在長期時效后轉變為有序密排六方的β-Co3W，使合金強化。
五、GH605工藝性能與要求
5.1 GH605成形性能 合金具有滿意的冷熱成形性能。熱加工溫度范圍為1200～980℃，鍛造溫度應足夠高以減少晶界碳化物，也應足夠低以控制晶粒度，適宜的鍛造溫度約為1170℃。鍛造時應注意防止角裂。加熱爐氣氛應為中性或弱氧化性。加熱保溫時間約每25mm厚度1h，鍛造后可以任意速度冷卻。合金固溶狀態了進行各種冷成形工序，但要求采用功率較大的成形設備。由于合金冷作硬化速度較大，冷成形時需要進行多次中間退火，在板材和其他產品成形時，在230℃進行加熱時有益的。  
5.2 GH605焊接性能 合金可用熔焊、電阻焊惡化釬焊等方法進行連接。熔焊時可采用手工或自動的惰性氣體保護電話很難，采用較小的能量輸入，以鎢極或HGH605焊絲作電極。不推薦采用埋弧焊，以免引起大晶粒和脆化。應在固溶狀態而不在冷加工狀態進行熔焊。焊后需進行快速冷卻，較好進行焊后退火，以消除在760～980℃可能產生的任何脆化。 
5.3 GH605零件熱處理工藝 推薦下列固溶處理工藝。
鍛棒和鍛件：1230℃，水冷；
中板：1200℃，水冷；
薄板和帶材：1175～1200℃，水冷或快速空冷。
保溫時間約為每25mm后1h，但至少15mm。
鉚釘應在1160～1190℃固溶處理10～20min，隨后水冷或快速冷卻。
固溶處理的材料冷加工后可在480～650℃時效4～16h（較好在600℃時效4h），可提高980℃以下的持久蠕變強度。適宜的冷加工量為15%～45%。
5.4 GH605表面處理工藝 固溶處理時生成的表面氧化皮可用吹砂或堿酸洗方法消除。堿酸洗工藝如下：

①浸入370℃的氫氧化物溶液中15min；

②浸入60～70℃的8%～12%的硫酸中10～15min；

③浸入溫度為50～70℃的12%～15%的硝酸＋1%～3%氫氟酸的混合溶液中15min。每次工序后應在水中沖洗干凈。
5.5 GH605切削加工與磨削性能 合金可滿意地進行切削和磨削加工。

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