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GH3030
一、GH3030概述
GH3030是早期發(fā)展的80Ni-20Cr固溶強(qiáng)化型高溫合金，化學(xué)成分簡(jiǎn)單，在800℃以下具有滿意的熱強(qiáng)性和高的塑性，并具有良好的、熱疲勞、冷沖壓和焊接工藝性能。合金經(jīng)固溶處理后為單相奧氏體，使用過程中組織穩(wěn)定。主要產(chǎn)品是冷軋薄板，也可以供應(yīng)棒材、環(huán)件、絲材和管材等變形產(chǎn)品。主要用于800℃以下工作的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室部件和在1100℃以下要求但承受載荷很小的高溫部件[1,2]。
1.1GH3030材料牌號(hào)GH3030(GH30)
1.2GH3030相近牌號(hào)ЭИ435,XH78T(俄羅斯）
1.3GH3030材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
GJB1952-1994《航空用高溫合金冷軋薄板規(guī)范》
GJB2297-1995《航空用高溫合金冷拔（軋）無縫管規(guī)范》
GJB2611-1996《航空用高溫合金冷拉棒材規(guī)范》
GJB2612-1996《航空用高溫合金冷拉絲材規(guī)范》
GJB3020-1997《航空用高溫合金環(huán)坯規(guī)范》
GJB3317-1998《航空用高溫合金熱軋板規(guī)范》
GJB3318-1998《航空用高溫合金冷軋帶材規(guī)范》
GJB3165-1998《航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材規(guī)范》
GJB3167-1998《冷鐓用高溫合金冷拉絲材規(guī)范》
GB/T15062-1994《一般用高溫合金管》
1.4GH3030化學(xué)成分見表1-1。
表1-1%
C | Cr | Ni | Ti | Al | Fe | Mn | Si | P | S |
不大于 | |||||||||
≤0.12 | 19.0～22.0 | 余 | 0.15～0.35 | 0.15 | 1.5 | 0.7 | 0.8 | 0.03 | 0.02 |
注：1.棒材和環(huán)坯標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ω(Cu)≤0.20%。
2.熱軋板、冷軋板、冷軋帶、管材、絲材和冷鐓用冷拉絲材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ω(Fe)≤1.00%,ω(P)≤0.015%,ω(S)≤0.010%,ω(Pb) ≤0.001%,ω(Cu)≤0.007%。
1.5GH3030熱處理制度固溶溫度為980～1020℃,冷卻方式對(duì)熱軋板、冷軋薄板和環(huán)坯均為空冷，冷鐓用絲材和冷拉棒材為水冷或空冷，管材為水冷。
1.6GH3030品種規(guī)格和供應(yīng)狀態(tài)可生產(chǎn)各種規(guī)格的變形產(chǎn)品，棒材和環(huán)坯不經(jīng)熱處理交貨；熱軋板和冷軋薄板及管材經(jīng)固溶和酸洗后供應(yīng)；焊絲于冷拉狀態(tài)、固溶和酸洗狀態(tài)或半硬態(tài)成盤狀交貨；冷鐓用絲材于固溶、酸洗狀態(tài)成盤狀或直條狀、固溶直條狀磨光或冷拉狀態(tài)交貨；管材于固溶、酸洗狀態(tài)交貨；冷拉棒以退火、退火加酸洗、退火加磨光或冷拉狀態(tài)交貨。
1.7GH3030熔煉和鑄造工藝電弧爐熔煉或電弧爐熔煉加電渣重熔或真空電弧重熔，非真空感應(yīng)爐加電渣熔或真空電弧爐重熔或真空雙聯(lián)工藝。
1.8GH3030應(yīng)用概況與特殊要求該合金已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上經(jīng)過了使用考驗(yàn)，主要用于燃燒室和加力燃燒室零部件以及機(jī)匣安裝邊等零部件。
二、GH3030物理及化學(xué)性能
2.1GH3030熱性能
2.1.1GH3030熔化溫度范圍1374～1420℃[3]。
2.1.2GH3030熱導(dǎo)率見表2-1。
2.1.3GH3030比熱容見表2-2。
2.1.4GH3030線膨脹系數(shù)見表2-3。
2.1.5GH3030黑度見表2-4。
表2-1[4]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
λ/（W/（m?℃）） | 15.1 | 16.3 | 18.0 | 19.3 | 20.9 | 22.2 | 23.4 | 25.1 | 26.4 |
表2-2[1]
θ/℃ | 150 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 |
c/(J/(kg.K)) | 565.2 | 598.7 | 674.1 | 741.1 | 820.6 | 971.3 |
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 | 12.8 | 13.5 | 14.3 | 15.0 | 15.5 | 16.1 | 17.0 | 17.5 | 18.0 |
表2-4[2]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
黑度① | 0.17 | 0.17 | 0.18 | 0.18 | 0.19 | 0.27 | 0.51 | 0.52 | 0.53 |
①為全輻射黑度（空氣中試驗(yàn)）。
2.2GH3030密度ρ=8.4g/cm3[1]。
2.3GH3030電性能不同溫度的電阻率見表2-5。
表2-5[5]
θ/℃ | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 |
ρ/(10-6Ω.m) | 1.090 | 1.099 | 1.108 | 1.117 | 1.127 | 1.153 | 1.135 | 1.126 | 1.123 |
2.4GH3030磁性能合金無磁性。
2.5GH3030化學(xué)性能
2.5.1GH3030性能合金在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h后的氧化速率見表2-6。
表2-6[1]
θ/℃ | 900 | 1000 | 1100 | 1200 |
氧化速率/(g/(m2.h)) | 0.0535 | 0.1560 | 0.3905 | 0.5810 |
2.5.1.1GH3030合金在高溫下氧化腐蝕深度見表2-7。
表2-7[6]
θ/℃ | 氧化腐蝕深度/mm | θ/℃ | 氧化腐蝕深度/mm | ||||||||
500h | 1000h | 1500h | 3000h | 10000h | 500h | 1000h | 1500h | 3000h | 10000h | ||
900 | 0.002 | 0.003 | --- | 0.006 | 0.009 | 1000 | 0.0075 | 0.0085 | --- | 0.014 | 0.019 |
950 | 0.0045 | 0.006 | 0.007 | 0.0095 | 0.013 | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
三、GH3030力學(xué)性能
優(yōu)質(zhì)棒材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-1。
表3-1
標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 品種 | 試樣狀態(tài) | σb/MPa | δ5/% | σb/MPa | δ5/% | |
20℃ | 700℃ | ||||||
不小于 | |||||||
GJB1952-1994 | 冷軋薄板 | 980～1020℃，空冷 | 685 | 30 | 295 | 30 |
|
GJB2611-1996 | 冷拉棒 | 980～1020℃，水（空）冷 | 685 | 30 | - | - |
|
GJB2297-1995 | 冷拉管 | 980～1020℃，水冷 | 635① | 35① | 295 | 30 |
|
GJB3020-1997 | 環(huán)坯 | 980～1020℃，空冷 | 635② | 30② | - | 30② |
|
GJB3317-1998 | 熱軋板 | 980～1020℃，空冷 | 685 | 30 | 295 | 30 |
|
GJB3318-1998 | 冷軋帶 | 980～1020℃，空冷 | 685③ | 30③ | - | - |
|
GJB3165-1998 | 棒材 | - | - | - | - | - |
|
GJB3167-1998 | 冷鐓用絲 | 980～1020℃，水（空）冷 | ≤785 | ≥30 | - | - |
|
GB/T15062-1994 | 管材 | 980～1020℃，水冷 | 590 | 35 | - | - |
|
注：①外徑>30mm,壁厚>3.0mm管材的室溫σb≥590MPa,δ5≥30%。
②環(huán)坯性能供參考。
③δ≤0.25mm帶材的室溫σb≥615MPa,δ5≥實(shí)測(cè)。
四、GH3030組織結(jié)構(gòu)
4.1相變溫度
4.2時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3合金組織結(jié)構(gòu)經(jīng)1000℃固溶處理后為單相奧氏體組織，間有少量TiC和Ti(CN)。700～800℃時(shí)效后，析出Cr7C3型碳化物，析出量少，對(duì)合金性能影響不大。
五、GH3030工藝性能與要求
5.1成型性能
5.1.1鋼錠鍛造開坯裝爐溫度不高于800℃，加熱溫度為1180～1200℃，終鍛溫度不低于900℃，一次加熱的變形程度為50%，板材熱軋加熱溫度有1160～1180℃，冷軋壓率為30%左右。
5.1.2反復(fù)彎曲及杯突性能見表5-1。
表5-1[1]
試樣厚度/mm | 試樣狀態(tài) | 反復(fù)彎曲次數(shù) | 杯突深度/mm |
1.5 | 980～1020℃,空冷 | 27 | 11.0 |
5.1.3沖壓性能見表5-2。
表5-2[2]
深沖 | 翻邊 | 壓窩（平頭） | 壓窩（球頭） | 彎曲 | |||||
限深沖系數(shù) | 工作深沖系數(shù) | 限翻邊系數(shù) | 工作翻邊系數(shù) | 限平?jīng)_系數(shù) | 工作平?jīng)_系數(shù) | 限球壓系數(shù) | 工作球壓系數(shù) | 小彎曲半徑 | 工作彎曲系數(shù) |
2.07 | 1.73 | 1.72 | 1.46 | 0.3 | 0.26 | 0.45 | 0.40 | 1δ① | 1.5δ① |
①δ為板材厚度(mm)。
5.2焊接性能合金焊接性能優(yōu)良，可進(jìn)行氬弧焊、點(diǎn)焊、縫焊和釬焊。氬弧焊時(shí)熔池流動(dòng)性和成形性能均良好，裂紋傾向性小；接觸焊時(shí)有較寬的規(guī)范參數(shù)范圍。該合金可與1Cr18Ni9Ti、GH1140、GH3039、GH3044、GH3128等合金組合進(jìn)行焊接。
5.2.1手工氬弧焊（對(duì)接）規(guī)范見表5-3。
表5-3[14]
厚度/mm | 焊前狀態(tài) | 焊絲 | 電流/A | 電壓/V | 氣體流/(L/min) | 鎢直徑/mm | |
牌號(hào) | 直徑/mm | ||||||
1.0 | 固溶 | HGH3030 | 1.0～1.6 | 40～70 | 10～15 | 4～6 | 1.6 |
1.5 | 1.6～2.0 | 60～90 | 10～15 | 5～7 | 2.0 | ||
1.8 | 1.6～2.0 | 70～110 | 10～15 | 6～8 | 2.0 | ||
5.2.2不加焊絲的自動(dòng)鎢氬弧焊（對(duì)接）規(guī)范見表5-4。
表5-4[14]
厚度/mm | 焊前狀態(tài) | 電流/A | 電壓/V | 焊速/(m/min) | 氣體流量/(L/min) | 背面氣體流量/(L/min) | 鎢直徑/mm | 焊嘴直徑/mm |
0.8 | 固溶，機(jī)械拋光 | 100～120 | 10～12 | 0.7 | 10～12 | 2～3 | 3.0 | 18～20 |
1.5 | 120～160 | 10～12 | 0.37～0.4 | 12～14 | 3～4 | 3.0 | 18～20 | |
1.8 | 150～180 | 10～12 | 0.4 | 12～14 | 3～4 | 3.0 | 18～20 |
5.2.3固溶狀態(tài)縫焊規(guī)范見表5-5。
表5-5[14]
厚度/mm | 滾盤寬度/mm | 規(guī)范參數(shù) | |||||
上 | 下 | 電流/A | 焊接時(shí)間/s | 休止時(shí)間/s | 焊接速度/(m/min) | 電壓力/N | |
1.0＋1.0 | 5.0 | 5.0 | 6500 | 0.16 | 0.10 | 0.6 | 5395 |
1.3＋1.4 | 4.0～5.0 | 4.0～5.0 | 6600 | 0.12 | 0.10 | 0.4 | 6375 |
1.4＋1.5 | 4.0～5.0 | 7.0 | 6800 | 0.12 | 0.10 | 0.4 | 6965 |
1.4＋1.7 | 4.0～5.0 | 7.0 | 7500 | 0.16 | 0.14 | 0.4 | 6965 |
1.5＋1.7 | 4.5～5.5 | 4.5～5.5 | 7800 | 0.16 | 0.12 | 0.4 | 6965 |
1.5＋1.5 | 5.5 | 5.0 | 7700 | 0.18 | 0.14 | 0.5 | 6670 |
1.7＋1.7 | 4.5 | 4.5 | 8000 | 0.16 | 0.14 | 0.4 | 6695 |
5.2.4各種焊接接頭的力學(xué)性能見表5-6。
表5-6[12,14]
焊接方法 | 接頭方式 | 厚度/mm | 焊前狀態(tài) | 焊后狀態(tài) | 焊絲牌號(hào) | 接頭強(qiáng)度 | 強(qiáng)度系數(shù)/% | 焊點(diǎn)強(qiáng)度/kN | |
θ/℃ | σb/MPa | ||||||||
手工氬弧焊 | 對(duì)接 | 1.01.5 | 固溶 | 未處理 | HGH3030 | 20 | 688～760 | 100 | - |
800 | 199 | 100 | - | ||||||
900 | 88 | - | - | ||||||
自動(dòng)氬弧焊 | 對(duì)接 | 1.5 | 固溶 | 未處理 | 不加焊絲 | 20 | 654 | 95 | - |
700 | 397 | 98.7 | - | ||||||
縫焊 | 搭接 | 1.01.7 | 固溶 | 未處理 | - | 20 | 702～818 | 100 | - |
800 | 118 | - | - | ||||||
900 | 88 | - | - | ||||||
點(diǎn)焊 | 搭接 | 1.5 | 固溶 | 未處理 | - | 20 | - | - | 11.7 |
800 | - | - | 2.94 | ||||||
900 | - | - | 1.96 | ||||||
5.3零件熱處理工藝航空工廠零件的中間熱處理和終熱處理制度為固溶1000℃，保濕5-10min，空冷或水冷。如需要零件具有高的熱強(qiáng)性，可將終固溶處理溫度提高到1150℃。
5.4表面處理工藝熱處理后，零件表面的氧化皮可用吹砂或酸洗方法清除。酸洗時(shí)采用HF-H2SO4-HNO3水溶液的單一酸洗工藝，也可采用NaOH-NaNo3和H2SO4-NaC1-H2O溶液的復(fù)合堿酸洗工藝。
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