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GH605鈷基變形高溫合金

材料牌號：GH605

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(qiáng)化的鈷基高溫合金，在815℃以下具有中等的持久和蠕變強(qiáng)度，在1090℃以下具有優(yōu)良的抗氧化性能，同時(shí)具有滿意的成形、焊接等工藝性能。適用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和導(dǎo)向葉片等要求中等強(qiáng)度和優(yōu)良的高溫抗氧化性能的熱端高溫零部件。也可在航天發(fā)動(dòng)機(jī)和航天飛機(jī)上使用。可生產(chǎn)供應(yīng)各種變形產(chǎn)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)    

    1.4 GH605化學(xué)成分  見表1-1。

                                         表1-1                                     %

    1.5 GH605熱處理制度 板材、帶材：1175～1230℃,快速冷卻；環(huán)形件：1175～1230℃，保溫不少于15min,水冷或快速空冷；棒材（機(jī)加工用）：1175～1230℃,快速冷卻。

    1.6 GH605品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 可以供應(yīng)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(huán)形件。中板和薄板經(jīng)固溶、堿酸洗、切邊后供應(yīng)；帶材經(jīng)固溶、堿酸洗、切邊后成卷供應(yīng)；冷硬帶材經(jīng)固溶、冷軋、退火、拋光和切邊后供應(yīng)；焊絲以硬態(tài)、半硬態(tài)、固溶加酸洗、光亮固溶處理狀態(tài)成盤交貨，也可以直條交貨；環(huán)形件經(jīng)固溶處理粗加工或除氧化皮后供應(yīng)；機(jī)加工用棒材經(jīng)退火后酸洗或磨光后供應(yīng)，熱加工用棒材可經(jīng)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(yīng)爐熔煉后再經(jīng)電渣重熔，或采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔。

    1.8 GH605應(yīng)用概況與特殊要求 主要在引進(jìn)機(jī)種上使用，用于制造導(dǎo)向葉片、渦輪外環(huán)、外壁、渦流器、封嚴(yán)片等高溫零部件。該合金對硅含量，硅可促使合金在760～925℃之間暴露時(shí)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(yīng)控制小于0.4%。

二、GH605物理及化學(xué)性能    

    2.1 GH605熱性能                                        

    2.1.1 GH605熔化溫度范圍  1330～1410℃[1]。

2.1.2 GH605熱導(dǎo)率  見圖2-1。

2.1.3 GH605比熱容 合金于20～100℃時(shí)的比熱容c=377J/(kg·℃)[1,2,3]。

2.1.4 GH605線膨脹系數(shù) 見表2-1。

                                            表2-1[4]

    2.2 GH605密度 ρ=9.13g/cm3[1,3]。                                     

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[2]

2.5 GH605化學(xué)性能

2.5.1 GH605抗氧化性能

2.5.1.1 GH605合金適合在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)鉁u輪的環(huán)境中工作，在間斷式條件下工作時(shí)抗氧化和碳化的溫度為870℃，在空氣條件下連續(xù)工作時(shí)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(yàn)時(shí)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(yàn)時(shí)的氧化深度見表2-3。

                                            表2-3[1]

    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(huán)試驗(yàn)總共為2000周（在高溫下時(shí)間為100h）；另一組試樣在旋轉(zhuǎn)式的燃燒裝置中作循環(huán)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速為1000r/min，在溫度為1090℃的0.3馬赫數(shù)的燃燒產(chǎn)物中保持3min，然后以0.7馬赫數(shù)的冷空氣吹3min，試驗(yàn)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(yàn)1h后，在空氣中冷卻不小于40min，總的循環(huán)次數(shù)為100周；另一組試樣在旋轉(zhuǎn)式的燃燒裝置中作循環(huán)試驗(yàn)，轉(zhuǎn)速為1000r/min，在溫度下于0.3馬赫的燃燒產(chǎn)物中保持1h，然后以0.7馬赫的冷空氣吹3min，交替試驗(yàn)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?xì)馑俣葹?/span>61～85m/s、空氣：燃料=45:1～55:1的燃燒試驗(yàn)裝置中，試樣在試驗(yàn)時(shí)以30r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并每隔30min在加熱至試驗(yàn)溫度后，用冷空氣吹冷至260℃以下，如此在870～1040℃分別循環(huán)試驗(yàn)100h后的動(dòng)態(tài)氧化試驗(yàn)結(jié)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(tài)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(dòng)態(tài)熱腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果見圖2-8。GH605、GH3536等5種合金板材，在燃?xì)馑俣葹?/span>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(yàn)中試樣旋轉(zhuǎn)，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(huán)試驗(yàn)200h后的動(dòng)態(tài)熱腐蝕試驗(yàn)結(jié)果見圖2-9。

三、GH605力學(xué)性能

GH605技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 見表3-1。

                                              表3-1

四、GH605組織結(jié)構(gòu)

4.1 GH605相變溫度                                       

4.2 GH605時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 見圖4-1（合金經(jīng)1225℃，30min，水冷處理）。

4.3 GH605合金組織結(jié)構(gòu) 合金經(jīng)時(shí)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(shí)效時(shí)析出順序?yàn)?/span>(M7C3)、M23C6、M6C、L-Co2W和μ-Co7W6。700℃時(shí)效時(shí)析出順序?yàn)?/span>(M7C3)、M23C6、M6C、(α-Co3W)、β-Co3W和L-Co2W。在800℃和更高溫度時(shí)效時(shí)，時(shí)效硬化主要是由于析出M23C6、M6C和L-Co2W相。在700℃或更低溫度時(shí)效，主要析出碳化物和β-Co3W。α-Co3W為有序面心立方體結(jié)構(gòu)，與基體共格，在長期時(shí)效后轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蛎芘帕降?/span>β-Co3W，使合金強(qiáng)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(yīng)足夠高以減少晶界碳化物，也應(yīng)足夠低以控制晶粒度，適宜的鍛造溫度約為1170℃。鍛造時(shí)應(yīng)注意防止角裂。加熱爐氣氛應(yīng)為中性或弱氧化性。加熱保溫時(shí)間約每25mm厚度1h，鍛造后可以任意速度冷卻。合金固溶狀態(tài)了進(jìn)行各種冷成形工序，但要求采用功率較大的成形設(shè)備。由于合金冷作硬化速度較大，冷成形時(shí)需要進(jìn)行多次中間退火，在板材和其他產(chǎn)品成形時(shí)，在230℃進(jìn)行加熱時(shí)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(jìn)行連接。熔焊時(shí)可采用手工或自動(dòng)的惰性氣體保護(hù)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(yīng)在固溶狀態(tài)而不在冷加工狀態(tài)進(jìn)行熔焊。焊后需進(jìn)行快速冷卻，進(jìn)行焊后退火，以消除在760～980℃可能產(chǎn)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(shí)間約為每25mm后1h，但至少15mm。

鉚釘應(yīng)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(shí)效4～16h（在600℃時(shí)效4h），可提高980℃以下的持久蠕變強(qiáng)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(shí)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%的混合溶液中15min。每次工序后應(yīng)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(jìn)行切削和磨削加工。