GH738,对应UNS N07001及W.Nr. 2.4654,是一种以γ‘相 [Ni3(Al, Ti)] 沉淀强化的镍基高温合金。以下是其详细的百科参数介绍:
一、 化学成分(质量分数,%)
GH738的化学成分设计使其在沉淀强化和固溶强化之间取得了平衡,主要元素控制范围如下:
镍 (Ni): 余量 (作为基体,提供奥氏体稳定性)
铬 (Cr): 18.0 - 21.0 (提供抗氧化和耐腐蚀性能)
钴 (Co): 12.0 - 15.0 (提高基体强度并降低层错能)
钼 (Mo): 3.50 - 5.00 (固溶强化)
钛 (Ti): 2.75 - 3.25 (形成主要强化相 γ‘)
铝 (Al): 1.20 - 1.60 (形成主要强化相 γ’)
碳 (C): 0.03 - 0.10 (形成晶界碳化物,控制晶粒度)
硼 (B): 0.003 - 0.01 (净化并强化晶界)
铁 (Fe): ≤ 2.00
硅 (Si): ≤ 0.15
锰 (Mn): ≤ 0.10
硫 (S): ≤ 0.015
铜 (Cu): ≤ 0.10
锆 (Zr): ≤ 0.10
二、 物理性能
GH738 的物理性能随温度变化明显,以下为室温或典型范围值:
密度: 约为 8.22 g/cm³。
熔点范围: 固相线约 1230°C,液相线约 1330°C。
弹性模量: 室温下弹性模量约为 220 - 230 GPa,随温度升高而降低。
热导率: 在 20°C 时约为 11.4 W/(m·K),在高温下(如800°C)会上升至约 22 W/(m·K)。
电阻率: 室温下约为 1.34 μΩ·m。
线膨胀系数: 在 20-800°C 范围内,平均线膨胀系数约为 15.0×10⁻⁶ /K。
三、 力学性能
GH738 以其优异的高温蠕变强度和疲劳性能著称。典型的室温及高温拉伸性能如下:
抗拉强度: 室温下通常在 1200 MPa 以上。
屈服强度 (0.2%): 室温下通常在 800 MPa 以上。
延伸率: 室温下通常在 20% 以上,具有良好的塑性。
持久强度: 在 732°C、应力 550 MPa 条件下,标准热处理状态的断裂寿命通常要求大于 100 小时。
疲劳性能: 具有良好的高周和低周疲劳抗力,适用于旋转部件。
四、 热处理工艺
GH738 属于典型的沉淀硬化型合金,需要通过标准的热处理制度来获得最佳的强度与塑性的匹配。常见的热处理制度为:
固溶处理: 在 980°C - 1040°C 范围内保温适当时间(通常约 4小时),然后空冷或快速油冷。此步骤旨在溶解大部分 γ’ 相和碳化物,获得过饱和固溶体。
稳定化处理: 在 840°C 左右保温(约 4小时),然后空冷。此步骤促进晶界碳化物的析出,提高蠕变抗力。
时效处理: 在 760°C 左右保温(约 16小时),然后空冷。此步骤析出细小弥散的 γ‘ 强化相,赋予合金高强度。
*注:也可采用 1080°C 固溶 + 稳定化+时效的三步热处理,以获得更佳的蠕变性能。*
五、 工艺性能
热加工: 具有良好的热塑性,锻造温度范围通常在 1000°C - 1150°C 之间。需注意控制终锻温度,避免产生混晶。
冷成型: 在固溶态具有一定的塑性,可进行有限的冷加工,但加工硬化率较高。
焊接: 可采用氩弧焊、等离子焊、电子束焊等方法进行连接。推荐使用固溶态进行焊接,焊后需进行去应力处理或完全热处理以恢复性能。填充金属通常选用同质材料或 IN718 类焊丝。
机加工: 由于其高强度和加工硬化特性,属于较难切削的材料,需采用硬质合金刀具并配合充分的冷却。
六、 应用领域
GH738 主要应用于制造在 600°C 至 850°C 范围内长期工作的航空发动机和工业燃气轮机热端部件:
涡轮盘
涡轮叶片
压气机盘
紧固件
环形件
其他高温承力结构件
七、 特性总结
高强度: 在高温下保持优异的抗拉和屈服强度。
抗氧化性: 由于铬和铝的添加,在中高温下具有良好的抗氧化和耐腐蚀性能。
组织稳定性: 在长期高温暴露下,微观组织稳定,有害相析出倾向小。
综合性能优异: 相较于部分早期合金,它在强度、塑性和工艺性能之间取得了较好的平衡。