镍基变形高温合金GH738 镍基变形高温合金GH738 材料牌号：GH738 美国牌号：Waspaloy 法国牌号：NC20K14 一、GH738概述 GH738是以γ′相沉淀硬化的镍基高温合金，具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳性能，工艺塑性良好，组织稳定。广泛用于航空发动机转动部件，使用温度不高于815℃。可以生产冷轧和热轧板材、管材、带材、丝材和锻件、铸件、紧固件。 1.1 GH738材料牌号 GH738 1.2 GH738相近牌号 Waspaloy(美国)，NC20K14(法国) 1.3 GH738材料的技术标准 1.4 GH738化学成分 见表1-1。 表1-1 % C Cr Ni Co Mo Al Ti 0.03～0.10 18.0～21.0 余 12.0～15.0 3.50～5.00 1.20～1.60 2.75～3.25 B Zr Fe Mn Si P S Cu 不小于 0.003～0.010 0.02～0.08 2.0 0.10 0.15 0.015 0.015 0.10 注：微量杂质为ω(Pb)≤0.001%、ω(As)≤0.0025%、ω(Sn)≤0.0012%、ω(Sb)≤0.0025%、ω(Bi)≤0.0001%。 1.5 GH738热处理制度 1080℃±10℃，4h，空冷＋840℃，24h，空冷＋760℃，16h，空冷。 1.6 GH738品种规格和供应状态 可生产棒材、型材、锻坯、环形件、厚板、薄板、带材、管材、丝材、砂型铸件、精密铸件和紧固件等，通常不经热处理交货，板材固溶处理后交货。 1.7 GH738熔炼和铸造工艺 采用真空感应熔炼加真空电弧重熔工艺。 1.8 GH738应用概况与特殊要求 该合金在国外广泛用于航空发动机和燃气轮机，主要用作涡轮叶片及涡轮盘等转动件，有成熟的使用经验。由于该合金含钴较高，在国内较少采用。 二、GH738物理及化学性能 2.1 GH738热性能 2.1.1 GH738熔化温度范围 1330～1360℃。 2.1.2 GH738热导率 见表2-1。 表2-1[1] θ/℃ 360 460 545 640 770 855 985 λ/(W/(m•℃)) 16.8 18.3 20.2 22.4 24.1 25.3 28.0 2.1.3 GH738比热容 见表2-2。 表2-2[1] θ/℃ 360 460 545 640 770 855 985 c/(J/(kg.℃)) 515 540 573 603 640 665 707 2.1.4 GH738线膨胀系数 见表2-3。 表2-3[1] θ/℃ 20～100 20～200 20～300 20～400 20～500 20～600 20～700 20～800 20～900 α/10-6℃-1 12.47 12.73 13.04 13.53 13.97 14.47 15.05 15.68 15.95 2.2 GH738密度 ρ=8.22g/cm3。 2.3 GH738电性能 2.4 GH738磁性能 合金无磁性。 2.5 GH738化学性能 2.5.1 GH738抗氧化性能 合金在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-4。 2.5.2 GH738耐腐蚀性能 合金抗盐雾腐蚀能力良好。 表2-4[1] θ/℃ 900 1000 氧化速率/(g/(m2• h)) 0.083 0.226 三、GH738力学性能 3.1 GH738技术标准规定的性能 见表3-1。 表3-1 拉伸性能 HBS 持久性能 θ/℃ σb/MPa δ5/% φ/% θ/℃ σ/MPa t/h δ5/% 不小于 不小于 815 608 20 32 299～387 815 328 23 8 四、GH738组织结构 4.1 GH738相变温度 合金中γ′相的溶解温度为980～1050℃，开始从基体中析出温度为630℃，析出峰值温度为800℃。合金中M23C6碳化物相的开始析出温度为700℃，完全溶解温度为1020℃。 4.2 GH738时间-温度-组织转变曲线 4.3 GH738合金组织结构 经标准热处理后，除奥氏体基体外，还有γ′相，其化学式为(Ni0.883Fe0.03Cr0.048Co0.039)3.28(Al0.38Ti0.62Mo痕迹)，该相总量占合金重量的20%。此外，还有M23C6型碳化物，其化学式近似为(Cr0.746Mo0.094Ni0.084Co0.041Fe0.023Ti0.012)23C6。另外，还有少量的Ti(CN)和TiN等相。 该合金经650℃和730℃长期时效至3000h，γ′相的数量变化不明显，分别约有3%和1%左右的补充析出，γ′相大小分别从146nm长大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6转化，碳化物总量略有增加，从时效前占基体总量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在长期时效过程中无新相析出，组织稳定。 五、GH738工艺性能与要求 5.1 GH738成型性能 5.1.1 GH738合金塑性图见图5-1。 5.1.2 GH738合金的再结晶图见图5-2。 5.1.3 GH738该合金热加工塑性良好，是比较好成形的镍基高温合金。锻造开坯加热温度1150～1170℃，适宜的热加工温度为1040～1170℃，终锻温度不低于1000℃。涡轮叶片锻造温度通常采用1070～1110℃范围，模锻小变形量应大于25%。应避免在高温（1180℃）下小变形量（约10%）热加工，此时可能在晶界上形成连续的MC型碳化物薄膜，导致缺口敏感。在较低温度下（980～1080℃）热变形，晶界上很少形成MC碳化物薄膜，只有不连续的M23C6型碳化物，热处理后可获得均匀的4～5级晶粒度，综合性能良好。