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变形高温合金的特性、分类及用途
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2 b* i# C1 e0 S1 R" q3 | 高温合金是根据航空喷气发动机的需要而发展起来的一种金属材料，它可在600～1100℃的高温氧化和燃气腐蚀条件下，承受复杂应力，并长期可靠地工作。主要用于航空发动机的热端部件，也是航天火箭发动机、工业燃气轮机、能源和化工等工业的重要材料。在先进的航空发动机中，高温合金的用量占金属材料总用量的40%～60%。在先进工业国家，如美国，航空航天用高温合金占其总用量的85%左右。5 {- S2 v7 d F: V2 a# I
高温合金是一种兼有热稳定性和热强性的合金。热稳定性是指金属材料在高温下抗氧化或抗气体腐蚀的能力；而热强性是指金属材料在高温下抵抗塑性变形和断裂的能力。金属的热稳定性常用称重法来评定，在高温下金属单位时间、单位面积上的失重或增重越大，表示抗氧化性越差，即热稳定性越差。热强性的评定指标包括蠕变极限、持久强度、高温瞬时强度、高温疲劳强度等。蠕变极限表征在高温、长期载荷作用下，材料抵抗塑性变形的能力；持久强度表征在高温、长期载荷作用下，材料抵抗断裂的能力；高温瞬时强度（σb和σ0.2）表征高温下材料在瞬时过载时抵抗塑性变形和断裂的能力；高温疲劳强度是指在规定循环次数下（一般为107次）不引起断裂的应力。
& S+ K$ R# L- p 高温合金分为变形高温合金和铸造高温合金。变形合金按基体元素的不同，可分为铁基变形高温合金、镍基变形高温合金和钴基变形高温合金，按合金的高温性能、成形特点及用途的不同，变形高温合金又可分为热稳定变形高温合金和热强变形高温合金。热稳定变形高温合金的特点是热稳定性很高，通常在固溶状态下使用，强度虽不高，但塑性很好，可顺利地进行深冲压，主要用于受力不大而工作温度很高的零件，例如燃烧室火焰筒及加力燃烧室等。热强变形高温合金的特点是热强度较高，通常在淬火、时效状态下使用，主要用于高温下承受大载荷及复杂应力的零件，例如涡轮叶片、涡轮盘等。3 D# ~! J% Z6 f4 R5 S1 h6 V
我国的新标准规定，变形高温合金的牌号以汉语拼音字母“GH”后接四位阿拉伯数字来表示。“GH”后第一位数字表示分类号，其中1表示固溶强化型铁基合金；2表示时效强化型铁基合金；3表示固溶强化型镍基合金；4表示时效强化型镍基合金。“GH”后第二、三、四位数字表示合金的编号。例如GH2036，GH4033等，其相应的旧牌号为GH36，GH33等。" `: \' T$ ~6 I R$ y( w3 i$ R# d5 P4 }
我国于20世纪50年代开始研制高温合金，到目前已有40多种变形高温合金。航空工业中常用的铁基、镍基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度，见表1和表2。
, J2 E" h1 N# s8 v 燃烧室用合金主要有GH3030、GH3039、GH1140、GH3044、GH1015、GH1016、GH22、GH163、GH2302、GH170等。涡轮工作叶片大多采用时效强化型变形合金，如GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH151、GH143、GH2130、GH2302、GH738、GH118、GH220、GH710等。涡轮盘材料大多采用铁-镍基沉淀强化合金（750℃以下），如温度更高，则采用镍基合金或粉末涡轮盘材料。涡轮盘常用合金有GH2036、GH4033、GH2132、GH2135、GH901、GH4133、GH761、GH698、GH710等。7 Q' q3 Z7 e- n. p+ Q
% g% t# C: P2 j% M: [! U
表1 常用铁基变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度/ Y o( d% U6 U5 `6 ~! A+ q
合金牌号 化学成分/（%） 使用温度+ K. b/ O8 H; y9 O8 A7 q) A
C Cr Ni Mn W Mo Al Ti V B 其他 Al+Ti+Nb ℃ H0 t' f3 Q, _: M3 Y4 y
GH1015 ≤0.08 19～22 34～39 ≤1.5 4.8～5.8 2.5～3.2 ≤0.01 Nb1.1～1.6 ～1.6 950
; y3 Z# J; O( f2 c/ j0 |$ D4 w5 M( a G5 L8 }% C# F
GH1016 ≤0.08 19～22 32～36 ≤1.8 5～6 2.6～3.3 0.1～0.3 ≤0.01 Nb0.9～1.4 ～1.4 950# H. N& X- v7 Y% P3 ?" i
E8 G3 k) W6 X
GH1040 ≤0.12 15～17.5 24～27 1～2 5.5～7.5 Nb0.1～0.2 600- C% J: W9 [5 J# b+ }. @
# f' W: A" Q" {+ Y6 I+ k& ?GH2036 0.34～0.4 11.5～13.5 7～9 7.5～8.5 1.1～1.4 ≤0.12 1.25～1.55 Nb0.25～0.5 ～1.4 650
. f, o- `/ T" d, e7 A9 w# G! G. O
$ c+ c; D' }" k3 |* x. uGH2132 ≤0.08 13.5～16 24～27 1～2 1～1.5 ≤0.4 1.75～2.3 1.25～1.55 0.001～0.01 ～2.2 700
/ p) C: u# F1 j! g! _- R5 q' s" K; F; ?0 A
GH2136 ≤0.06 13～16 24.5～28.5 ≤0.35 1.0～1.75 ≤0.35 2.4～3.2 0.01～0.1 0.005～0.025 ～3.0 700
% B$ f/ ~* |8 N+ g
" i( {. Y" j2 H% VGH2135 ≤0.06 14～16 33～36 ≤0.4 1.7～2.2 1.7～2.2 2.0～2.8 2.1～2.5 ≤0.015 Ce≤0.03 ～4.7 700～750* R9 l$ P+ V9 U. y
' M2 d; q: B* D: ^8 fGH901 0.02～0.06 11～14 40～45 ≤0.4 5～6.5 ≤0.3 2.8～3.1 0.001～0.02 ～3.2 750
+ {; E& @! d& p# W, F+ f, }" r0 c5 X
GH2130 ≤0.8 12～16 35～40 ≤0.5 5～6.5 1.4～2.2 2.4～3.2 ≤0.02 Ce≤0.02 ～4.6 800
0 @, g" Y; y7 x% q9 V
- e f# m. Q6 \% I4 xGH2302 ≤0.08 12～16 38～42 ≤0.6 3.5～4.5 1.2～2.5 1.8～2.3 2.3～2.8 ≤0.01 Zr≤0.05 ～4.6 800) `3 T; h1 e' }, K' H( A
0 S: F8 z, ]2 R# Q4 T/ K3 B: W
GH1140 0.06～0.12 20～23 35～40 0.7 0.4～1.8 2.0～2.5 0.2～0.6 0.7～1.2 Ce≤0.05 850! y9 X* F# {5 }9 E1 H
6 z W. a) P. Q& R! f$ D) j% A
GH761 0.02～0.07 12～14 42～45 2.8～3.2 1.4～1.9 1.4～1.85 3.25～3.65 ≤0.01 Ce≤0.03 ～5.0 750* n6 x% K, R: W
: U& C" r2 d. wGH907 0.01～0.02 37.6 0.05 ＜0.2 1.53 0.006 Co13.4,Nb4.89 650& Q4 G' ^7 A9 p J) r9 U* v
9 O( q/ F9 r4 v% ]+ d, i
表2 常用镍镍变形高温合金的牌号、化学成分及使用温度+ V$ x$ t A) p) [$ q5 Q. L8 x3 ?
合金牌号 化学成分/（%） 使用温度
4 g# ~0 @: ]! H/ c% I. j C Cr Co W Mo Al Ti Fe Nb B 其他 ℃+ y7 _5 m$ M- |$ ^# {
GH3030 ≤0.12 19.0～22.0 ≤0.15 0.15～0.35 ≤1.0 8009 j* u% j$ p' @1 z5 F& E
8 d# Y0 j$ h, V$ E0 \
GH4169 ≤0.08 17.0～21.0 2.8～3.3 0.2～0.8 0.65～1.15 17.0～20.0 4.75～5.55 ≤0.01 -253～703( G. n& T! ]7 W# C4 s( M
- m1 ^5 [6 w4 r. C7 A/ {# ]GH3039 ≤0.08 19.0～22.0 1.8～2.3 0.35～0.75 0.35～0.37 ≤3.0 0.9～1.3 850* \* `: V7 a# E" O% m! P
3 x. P* o3 h: l
GH3044 ≤0.1 23.5～26.5 13.0～16.0 ＜1.5 ≤0.5 0.3～0.7 ≤4.0 900
6 P; v }$ } w$ k$ p+ q: f8 q6 y) M0 O
GH3128 ≤0.05 19.0～22.0 7.5～9.0 7.5～9.0 0.4～0.8 0.4～0.8 ≤1.0 0.005 Zr0.04 Ce0.05 950# d' v- E! u7 k* f0 ]
) s7 Y+ S9 P7 k/ E( M
GH4033 ≤0.06 19.0～22.0 0.55～0.95 2.2～2.7 ≤1.0 ≤0.01 Ce≤0.01 700～7502 ?, U4 C% k! i p8 N' P
0 d$ L9 N- w. f2 ?0 L! j
GH4133 ≤0.07 19.0～22.0 0.7～1.2 2.5～3.0 ≤1.5 1.15～1.65 ≤0.01 700～7502 c8 Q! X' n$ h# m: N
: j+ O* s; Y, n- M8 b+ @2 b* wGH4037 ≤0.1 13.0～16.0 5.0～7.0 2.0～4.0 1.7～2.3 1.8～2.3 ≤0.5 ≤0.02 V0.01～0.2 Ce0.02 800～850
+ u4 s! s9 N5 I+ I; S+ S1 ~: L" X S; U$ R
GH4049 ≤0.07 9.5～11.0 1.40～16.0 5.0～6.0 4.5～5.5 3.7～4.4 1.4～1.9 ≤1.5 0.015 V0.2～0.5 Ce0.02 9000 h) s6 ]7 P' Q( u7 _; q
1 _* s/ L3 @( h; }% O4 P' f( u- @GH141 0.06～0.12 18.0～20.0 10.0～12.0 9.0～10.5 1.4～1.8 3.0～3.5 ≤5.0 0.003～0.01 900
1 P$ k7 p4 ]9 I; g. q0 H% b
( d$ e4 m; B2 F0 C/ j; RGH151 0.05～0.11 9.5～10.0 15.0～16.5 6.0～7.5 2.5～3.1 5.7～6.2 0.7 1.95～2.35 0.012～0.02 Zr0.03～0.05
a, x$ X! W8 m. `7 z G$ ICe0.02 9502 W( a5 ^! C0 V
7 A! `5 n" c( v F; A7 @
GH118 ≤0.20 14.0～16.0 13.5～15.5 3.0～5.0 4.5～5.0 3.5～4.5 ≤1.0 0.01～0.2 Zr≤0.15 950
/ K5 U( I7 V" @6 [5 J) ?. K
7 P; t5 A) T' M lGH738 0.03～0.1 18.0～21.0 12.0～15.0 3.5～5.0 1.2～1.6 2.75～3.25 ≤2.0 0.003～0.03 Zr0.02～0.08 815
2 I( w1 E+ E0 q6 Q' L W. P T# V) k0 A8 x: V
GH698 ≤0.08 13.0～16.0 2.8～3.2 1.3～1.7 2.35～2.75 ≤2.0 1.8～2.2 ≤0.005 Ce≤0.005 550～800- L) F3 [ |5 f0 L
5 D8 O, ?! E% X. m
GH220 ≤0.08 9.0～12.0 14.0～15.0 5.0～6.5 5.0～7.0 3.9～4.8 2.2～2.9 ≤3.0 ≤0.02 V0.2～0.8 900～950
# X! e1 K( ^. m$ j& E
* s# j p) B6 o; r y: ~[ 本帖最后由 asdolmlm 于 2006-6-17 14:21 编辑 ] |
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发表于 2006-6-17 14:20:38
