该合金是一种铁-镍-铬基沉淀硬化型高温合金,因其良好的综合性能和相对较低的成本,广泛用于制造地面燃气轮机和航空发动机的涡轮盘、紧固件等高温承力部件。
GH984合金的成分设计旨在通过固溶强化和沉淀强化相结合的方式,使其在650℃-800℃范围内具备优异的高温强度。其主要合金元素及大致含量范围(重量百分比)如下:
镍 (Ni): 约为 基体,含量通常在 40% - 45% 之间,提供稳定的奥氏体基体。
铬 (Cr): 16% - 18%,主要提供良好的高温抗氧化和耐腐蚀性能。
钼 (Mo): 3.5% - 4.5%,重要的固溶强化元素,提高基体强度。
铝 (Al): 1.5% - 2.5%,与钛形成 γ‘ 相(Ni3(Al, Ti)),是主要的沉淀强化相。
钛 (Ti): 1.5% - 2.5%,与铝共同作用,强化相的形成元素。
铁 (Fe): 余量,在保证性能的前提下降低合金成本。
碳 (C): ≤ 0.10%,形成少量碳化物以控制晶粒度。
硼 (B)、铈 (Ce): 微量添加,用于净化晶界,提高蠕变断裂寿命。
GH984的加工工艺对其最终性能至关重要,需经过严格的热处理制度。
冶炼工艺: 通常采用真空感应熔炼加电渣重熔或真空自耗重燃的双联工艺,以降低气体含量和夹杂物,确保合金的纯净度。
热加工: 具有良好的热塑性,锻造开坯温度通常在1120℃-1180℃之间。终锻温度应控制在980℃以上,以防止出现裂纹。
热处理制度 (标准):
固溶处理: 加热至 980℃ - 1000℃,保温一定时间后空冷或油冷。此步骤使γ’相重新溶解,获得过饱和固溶体。
时效处理: 加热至 720℃ - 750℃,保温8-16小时后炉冷或空冷。此步骤促使细小的γ’相均匀弥散析出,从而获得最高的使用强度。
GH984的性能特点是中高温强度高、塑性好,且组织稳定性高。
力学性能 (室温典型值):
抗拉强度: ≥ 1100 MPa
屈服强度: ≥ 750 MPa
延伸率: ≥ 12%
断面收缩率: ≥ 15%
高温持久性能 (650℃-700℃): 在该温度区间,GH984表现出优异的抗蠕变能力。例如在650℃、600MPa的应力条件下,持久寿命通常可达数百小时以上,且塑性良好。
抗氧化性: 在800℃以下的高温空气中,表面能形成致密的Cr2O3和Al2O3氧化膜,具有良好的抗氧化剥落性能。
密度 (ρ): 约为 8.20 g/cm³
熔点范围: 1320℃ - 1380℃
弹性模量: 在20℃室温下,弹性模量约为 210 GPa;随着温度升高至700℃,会下降至约 160 GPa。
热导率: 在20℃-700℃范围内,热导率随温度升高而增加,约为 14 - 22 W/(m·K)。
线膨胀系数: 在20℃-700℃之间的平均线膨胀系数约为 15.0 × 10⁻⁶ /℃。
电阻率: 常温下电阻率较高,约为 1.20 μΩ·m。
典型应用领域: 航空发动机后轴、燃气轮机涡轮盘、高温螺栓、化工高温反应器内件等。