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材料牌號：GH5188/GH188、GH188 (GH5188)
相近牌號：Haynes Alloy No.188/HA188
美國牌號：UNSR30188
法國牌號：KCN22W
一、GH5188(GH188)概述
GH5188是固溶強化型鈷基高溫合金，加入14%的鎢固溶強化，使合金具有優良的高溫熱強性，添加較高含量鉻和微量鑭，使合金具有良好的高溫抗氧化性能，同時具有滿意的成形、焊接等工藝性能，適于制造航空發動機上在980℃以下要求高強度和在1100℃以下要求抗氧化的零件。也可在航天發動機和航天飛機上使用。可生產供應各種變形產品，如薄板、中板、帶材、棒材、鍛件、絲材以及精密鑄件。
1.1 GH5188(GH188)材料牌號 GH5188(GH188)。
1.2 GH5188(GH188)相近牌號 Haynes Alloy No.188(HA188),UNSR30188(美國),KCN22W(法國)。
1.3 GH5188(GH188)材料的技術標準
1.4 GH5188(GH188)化學成分 見表1-1。
表1-1 %
|
C |
Cr |
Ni |
Co |
W |
Fe |
B |
La |
|
0.05～0.15 |
20.0～24.0 |
20.0～24.0 |
余 |
13.0～16.0 |
≤3.0 |
≤0.015 |
0.03～0.12 |
|
Mn |
Si |
P |
S |
Ag |
Bi |
Pb |
Cu |
|
不大于 |
|||||||
|
≤1.25 |
0.20～0.50 |
0.020 |
0.015 |
0.0010 |
0.0001 |
0.0010 |
0.07 |
1.5 GH5188(GH188)熱處理制度 熱軋板材1170～1190℃，空冷；冷軋帶材和板材1165～1230℃，快速空冷；棒材和鍛件1180℃±10℃，快速空冷。
1.6 GH5188(GH188)品種規格與供應狀態 供應δ0.5～4mm的冷軋薄板、δ4～14mm的熱軋中板、δ0.05～0.8mm的冷軋帶材，及各種尺寸的棒材、鍛件、焊絲及精密鑄件。板材經固溶處理、酸洗、矯直和切邊后供應；帶材經固溶處理、酸洗、切邊后成卷供應；板材經固溶處理后磨光或車光交貨；鍛件于固溶狀態供應；精鑄件于鑄態交貨。
1.7 GH5188(GH188)熔煉與鑄造工藝 合金采用真空感應熔煉加電渣重熔或真空電弧重熔工藝生產。精密鑄件采用真空感應熔煉后由母合金錠真空重熔澆鑄而成。
1.8 GH5188(GH188)應用概況與特殊要求 該合金在國外廣泛應用于制造燃氣渦輪及導彈的高溫部件，如燃燒室、尾噴管及核能工業中的熱交換器等零部件。在國內用該合金制成的航空發動機燃燒室火焰筒和導向葉片等高溫部件已通過長期試車考驗，并投入生產應用。用該合金板材加工成零件的制造工藝中，任何工序（如熱處理、焊接等）均應防止滲碳及銅污染，以免損害合金的力學性能和耐蝕性能。
二、GH5188(GH188)物理及化學性能
2.1 GH5188(GH188)熱性能
2.1.1 GH5188(GH188)熔化溫度范圍 1300～1360℃[1]。
2.1.2 GH5188(GH188)熱導率 見表2-1。
表2-1[2]
|
θ/℃ |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
λ/(W/(m·℃)) |
12.23 |
15.32 |
18.30 |
20.81 |
22.90 |
25.04 |
26.50 |
27.88 |
29.06 |
2.1.3 GH5188(GH188)比熱容 見表2-2。
表2-2[2]
|
θ/℃ |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
c/(J/(kg·℃)) |
208 |
425 |
454 |
484 |
513 |
534 |
554 |
571 |
588 |
600 |
2.1.4 GH5188(GH188)線膨脹系數 見表2-3。
表2-3[2]
|
θ/℃ |
20～100 |
20～200 |
20～300 |
20～400 |
20～500 |
20～600 |
20～700 |
20～800 |
20～900 |
20～1000 |
|
α/10-6℃-1 |
11.8 |
12.4 |
12.9 |
13.4 |
13.7 |
14.4 |
14.8 |
15.2 |
15.7 |
16.2 |
2.1.5 GH5188(GH188)熱擴散率見表2-4。
表2-4[2]
|
θ/℃ |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
Q/(10-6m2/s) |
3.15 |
3.70 |
4.15 |
4.45 |
4.70 |
4.95 |
5.10 |
5.20 |
5.30 |
2.2 GH5188(GH188)密度 ρ=9.09g/cm3[2]。
2.3 GH5188(GH188)電性能 合金電阻率見表2-5。
表2-5[2]
|
θ/℃ |
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
|
ρ/(10-6Ω·m) |
1.051 |
1.056 |
1.100 |
1.133 |
1.143 |
1.171 |
1.192 |
1.199 |
1.204 |
1.213 |
1.226 |
2.4 GH5188(GH188)磁性能 合金無磁性。
2.5 GH5188(GH188)化學性能
2.5.1 GH5188(GH188)抗氧化性能
2.5.1.1 GH5188(GH188)在空氣介質中試驗100h的氧化速率見表2-6。
表2-6[2]
|
θ/℃ |
900 |
1000 |
1100 |
|
氧化速率/(g/m2·h) |
0.021～0.034 |
0.081～0.098 |
0.125～0.128 |
2.5.1.2 GH5188(GH188)GH5188、GH3536和GH605三種合金刀餓楔形樣式，在爐中的高溫靜止空氣中在指定溫度下試驗1h后，在空氣中冷卻不少于40min，總的循環次數為100周；另一組試樣在轉速為1000r/min的旋轉式燃燒裝置中作循環氧化試驗，在指定溫度下于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2-1。
2.5.2 GH5188(GH188)耐腐蝕性能 在含有硫酸鈉和氯化鈉等污染物的環境中，該合金的耐腐蝕能力優于鎳基合金GH3536。GH5188等5種合金板材，在燃氣速度為4m/s，燃燒空氣中含5×10-6和5×10-5海鹽，№.2號燃油中含0.3%～0.45%硫，空氣-油的比例為30：1，試驗時試樣旋轉，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2-2。
三、GH5188(GH188)力學性能
GH5188(GH188)合金不同品種技術標準規定的性能見表3-1。
表3-1
|
品種 |
拉伸性能 |
持久性能 |
硬度HV |
其他性能 |
||||||
|
θ/℃ |
σP0.2/MPa |
σb/MPa |
δ5/% |
θ/℃ |
σ/MPa |
t/h |
δ5/% |
|||
|
不小于 |
不小于 |
|||||||||
|
中板 |
20 |
380 |
860 |
45 |
815① 927① |
165 76 |
23 23 |
10 15 |
282 |
晶粒度≥4級 |
|
薄板 |
20 650 |
380 250 |
860 620 |
45 50 |
927 |
76 |
23 |
15 |
- |
彎曲、抗氧化、晶粒度 |
|
帶材 δ≤0.51mm |
20 650 |
380 250 |
860 620 |
40 40 |
927 |
62 |
23 |
8 |
- |
彎曲180°、抗氧化、晶粒度≥4級 |
|
帶材 δ>0.51mm |
20 650 |
380 250 |
860 620 |
45 50 |
927 |
76 |
23 |
15 |
- |
|
|
棒材 |
20 |
380 |
860 |
45 |
927 |
90 |
23 |
15 |
HBS≤302 |
抗氧化 |
|
鍛件 |
20 |
380 |
860 |
45 |
927 |
83 |
23 |
15 |
HBS≤293 |
抗氧化 |
|
精鑄件 |
20② |
300 |
600 |
10 |
815 |
165 |
15 |
- |
- |
- |
① 持久試驗任選一個溫度進行。
② 試制時拉伸試驗結果供參考。
四、GH5188(GH188)組織結構
4.1 GH5188(GH188)相變溫度
4.2 GH5188(GH188)時間-溫度-組織轉變曲線 見圖4-1。
4.3 GH5188(GH188)合金組織結構
4.3.1 GH5188(GH188)固溶狀態除奧氏體基體外，有M6C一次碳化物，少量的M6C與富鑭化合物結合在一起的LaxMy相，還有極少量的M3B2和TiC相。在高溫長期暴露后，M6C會分解析出M23C6，某些爐號可能析出L相，該相在1180℃固溶或在870～980℃長期暴露后重熔于基體。
4.3.2 GH5188(GH188)中板、薄板和帶材技術標準規定，供應狀態的晶粒度應不粗于4級。固溶溫度(保溫時間10min)對板材晶粒度級別的影響見表4-1。
表4-1[10]
|
固溶溫度/℃ |
1100 |
1120 |
1140 |
1150 |
1160 |
|
晶粒度/級 |
8～7(9) |
8～7 |
7～8 |
6～8 |
6～8(5) |
|
固溶溫度/℃ |
1170 |
1180 |
1190 |
1200 |
1220 |
|
晶粒度/級 |
5～7 |
5～7(4) |
5～6(4) |
4～6(3) |
3～5(2) |
五、GH5188(GH188)工藝性能與要求
5.1 GH5188(GH188)成形性能
5.1.1 GH5188(GH188)鍛造加熱溫度1180℃，終鍛溫度不低于980℃。鑄造組織破碎后們可以采用大變形量，以減少再加熱次數和細化晶粒。
5.1.2 GH5188(GH188)板材再固溶處理后塑性良好，可以采用任何冷成形工藝成形，但其最小變形量應大于12%，以避免退火后產生粗大晶粒(臨界變形組織)。
5.1.3 GH5188(GH188)工藝塑性
5.1.3.1 GH5188(GH188)高溫扭轉塑性圖見圖5-1；高溫拉伸塑性圖見圖5-2。
5.1.3.2 GH5188(GH188)δ1.2mm板材供應狀態的杯突試驗擠壓深度為10.6～12.0mm[2]。
5.2 GH5188(GH188)焊接性能 合金焊接性能良好，可用各種形式焊接工藝連接，以氬弧焊連接效果最好，接頭強度和塑性下降較少。氬弧焊接頭與基體材料的持久性能對比見表5-1。
表5-1[4]
|
材料 |
θ/℃ |
σ/MPa |
t/h |
δ/% |
材料 |
θ/℃ |
σ/MPa |
t/h |
δ/% |
|
氬弧焊接頭基體材料 |
815 |
165 |
94 61 |
28 36 |
氬弧焊接頭基體材料 |
1090 |
22 |
29 21 |
7 21 |
