GH3128高温合金全面介绍

目录

什么是 GH3128 钢？

GH3128 化学成分

GH3128 机械性能

GH3128 的物理特性

GH3128 的热特性GH3128 的导热系数 （GH128）GH3128 的线性膨胀系数GH3128 的热扩散率GH3128 电气性能GH3128 的抗氧化性GH3128 的耐腐蚀性

自由锻工艺和碳含量对高温合金GH3128微观组织和力学性能的影响1. 测试材料和测试方法2. 测试结果和分析2.1 锻造工艺和 C 含量对合金组织的影响2.2 C 含量对合金机械性能的影响3. 总结

什么是 GH3128 钢？

GH3128 （GH128） 钢是一种高温镍基合金，以钨和钼为固溶体增强，晶界以硼、铈和锆增强，工作温度小于 950°C。 这种合金是一种富含 16% w （W + Mo） 的固溶体。 该合金是通过添加 16% w（W+Mo） 固体强化溶液制成的合金，并通过添加硼、铈和锆元素来净化和强化晶界。 这种合金具有高塑性、高耐久性和蠕变强度，以及优异的抗氧化性、冲压和焊接等工艺性能。 整体性能优于 GH3044 和 GH3536 等类似的镍基固溶强化合金。

GH3128 密度：ρ = 8.81g/cm3.

GH3128 的磁性： 该合金是非磁性的。

GH3128 热处理系统：交货状态下的固溶温度为 1140~1180 °C，并采用风冷。 在 1200 °C 的额外固溶处理后测试了高温性能。

GH3128 熔炼和铸造工艺：非真空或真空感应炉和电渣重熔。

GH3128 应用概述及特殊要求：合金 适用于生产在950°C以下运行的飞机发动机的燃烧室和加力燃烧室部件，使用效果好。

GH3128 化学成分

C（%）

≤0.05

（%）

0.8

N（%）

0.5

P（%）

0.013

S（%）

0.013

铬 （%）

19.0-22.0

到 （%）

偶数 （%）

7.50-9.00

W(%)

7.50-9.00

铝 （%）

0.40-0.80

钛 （%）

0.40-0.80

其他 （%）

硼≦0.005、Ce≦0.05、Zr≦0.06

注：B、Ce 和 Zr 根据计算量相加。

GH3128 机械性能

承重 R第 0.2 页（百万帕）

抗张强度 Rm（百万帕）

冲击能量 KV（J）

断裂 A 伸长率 （%）

断裂 Z 处横截面积减小 （%）

热处理

布氏硬度

（HBW）

143（≧）

476（≧）

34

23

14

分辨率和老化 /

退火

用

Q+T 等

233

GH3128 的物理特性

财产

448（≧）

密度：kg/dm3

355（≧）

温度：T °C/F

22

比热 J/kgK

34

导热系数 W/mK

41

温度 °C/°F

585

蠕变应变极限 （10000h） （RP1,0）N/毫米2

844

蠕变断裂强度 （10000h） （R）P1,0）N/毫米2

246

GH3128 的热特性

GH3128 （GH128） 的熔融温度范围：1340~1390°C。

GH3128 的导热系数 （GH128）

θ/°C）。

18-100。

18-200。

18-300。

18-400。

18-500。

18-600。

18-700。

18-800。

18-900。

18-1000。

阿尔法 / 10- 6°C- 1

11.25

11.86

12.68

12.80

13.37

13.68

14.46

15.19

15.66

16.29

GH3128 的线性膨胀系数

θ/°C）。

18-100。

18-200。

18-300。

18-400。

18-500。

18-600。

18-700。

18-800。

18-900。

18-1000。

阿尔法 / 10- 6°C- 1

11.25

11.86

12.68

12.80

13.37

13.68

14.46

15.19

15.66

16.29

GH3128 的热扩散率

θ/°C）。

25

100

200

300

400

500

600

七百。

800

900

Q/（10- 6m2/S））

2.30

2.49

2.78

3.08

3.39

3.69

3.88

4.16

3.92

4.16

GH3128 电气性能

θ/°C）。

17

850

900

950

1000

1050

1100

1150

p/（10- 6ω.m））

1.37

1.42

1.39

1.40

1.39

1.38

1.38

1.39

GH3128 的抗氧化性

它显示了合金在空气中测试 100 小时后的氧化速率。

θ/°C）。

900

1000

1100

氧化速率/（g/（m）2·h））

0.055

0.236

0.269

GH3128 的耐腐蚀性

船用气体腐蚀性能包括：

测试系统

样品尺寸/mm

失重 /（mg/cm）2)

宏观检查

900°C、27h

1.5 15 * * 30

2.2

表面完整性

自由锻工艺和碳含量对高温合金GH3128微观组织和力学性能的影响

GH3128 合金是一种镍铬基高温合金，通过以下方式进行了强化： 固体解决方案 Mo、W、Ti、Al 等元素。 W 和 Mo 是主要的固溶体强化元素，添加 B、Ce 和 Zr 元素以强化晶界。 这种合金具有优良的抗氧化性和高温稳定性，可用于制造飞机发动机火焰管、燃烧室和其他零件在 950°C 下的长期工作。 GH3128 合金由于其 16% （Mo+W） 的高含量，其内部微观结构中含有大量 M。6C 和 M23C6 和其他沉淀阶段，沉淀的类型对材料的机械性能影响较大。 目前对合金的研究主要包括高温力学性能、高温抗氧化性、热加工、焊接连接等。 同时，本文重点研究了自由锻变形过程（变形速率和变形速率）。 温度）、GH3128 合金棒结构，以及碳含量对其力学性能的影响。

1. 测试材料和测试方法

该测试材料采用8t真空感应+8t保护气氛电渣（VIM+ESR）熔炼工艺生产，钢锭型Φ500mm，钢锭重3.8t、Φ200mm的GH3128合金棒由45/50MN自由锻压力机锻造而成。 我们设计了一个具有不同 C 含量的样品（成分见表 1），并为 500 个样品设计了 350 种不同的自由锻造工艺。 两个炉样通过多段火安装 + 拉伸加工× Φ350mm 锻造成 200mm 的坯料，然后通过运行 350 种不同的锻造程序锻造成 Φ350mm 圆棒。 在 200 毫米×36 毫米→ Φ27 毫米的锻造过程中，对两个含 C 的炉样进行了不同的变形（XNUMX% 和 XNUMX%）和加热温度（XNUMX °C 和 XNUMX°C）进行锻造。 为了获得锻造程序 XNUMX °C） 的相应显微组织，具体锻造工艺程序参数见表 XNUMX。

表 1 GH3128 样品化学成分（质量分数）

样本

标准

1

2

C

≤0.05

0.031

0.015

四

≤0.80

0.1

0.064

铬

19.00-22

20.01

20.56

W

7.50-9.00

7.85

8

莫

7.50-9.00

8.16

8.41

铝

0.40-0.80

0.57

0.62

钛

0.40-0.80

0.73

0.63

铁

≤2.0

0.46

0.33

锰

≤0.5

0.32

0.29

P

≤0.013

0.0015

0.0016

B

≤0.005

0.004

0.004

镍

津贴

津贴

津贴

表 2 GH3128 铸锭锻造工艺程序参数

程序

加热温度/°C

加热时间/分钟

每 XNUMX 次射击的变形率/%

锻造热

口开锻造温度

最终锻造温度

我。

1180

45-60

36

3

1070-1090

920-950

第二

1180

45-60

27.5

4

1070-1090

920-950

3

1100

45-60

27.5

4

1000-1020

880-900

注：*注：上述锻造开始和最终锻造温度仅代表锻造过程的平均温度。

合金棒自由锻造压力机是辛北尔康普 45/50MN 自由锻造压力机。 在锻造棒半径 1/2 半径处采样位置的微观结构和机械性能（如图 1 所示）。 本文中包含的微观结构和机械样品就是基于这个位置。 金相试样用 20 克 CuSO 研磨、抛光和腐蚀。4 + 100 毫升 H2所以4 + 100 毫升 C2H5OH 溶液，使用 ZEISS Axio Imager A2m 光学显微镜观察样品的微观结构，并使用 ZEISS Axio Imager A2m 光学显微镜。 根据 GB/T 6394-2017 标准评价试样的微观结构和粒径。

2. 测试结果和分析

2.1 锻造工艺和 C 含量对合金组织的影响

在 GH3128 合金的显微组织中，C 元素主要以碳化物、C 和 W、Cr、Mo 的形式存在，形成大量的 M。6C 和 M23C6 碳化物; 硬质合金起着良好的固定晶界的作用，阻碍晶粒的生长，提高合金组织的热稳定性。 图 2 显示了三种锻造工艺方案中对应于锻造结构的两种类型的样品。

图 1 GH3128 圆棒 显微组织和机械样品采样位置

GH3128合金基体组织是一种典型的奥氏体组织，通过对碳化物形貌和成分的SEM分析，简化了沿锻造变形方向自由锻造变形的碳化物内部组织。 它们如图 3 和表 3 所示。 两种含碳合金的内部碳化物的形状和尺寸是一致的。 尽管如此，它们的分布数量和强度是不同的。 比较 2 种锻造工艺后样品 1 和样品 2 的显微组织，不同 C 含量的 GH3128 合金显微组织中的碳化物分布有明显影响，图 XNUMX 中两种锻造工艺后样品 1 和样品 2 的显微组织。 XNUMX（a）（b）（c） 具有明显的碳化物条纹聚集。 同时，图 XNUMX（d）（e）（f） 中没有这样的条带化聚合。 因此，可以推断组织中的碳化物偏压与C含量直接相关，与锻造过程中的加热温度和变形速度关系不大。

图 2 样品 1 和样品 XNUMX 中 2 种锻造工艺的组织

图 3 碳化物的扫描电子显微镜分析

表 3 硬质合金的主要成分

项目

C

铬

W

莫

钛

镍

重量%

14.37

11.23

21.12

33.06

1.1

19.11

以 % 为单位

53.88

9.72

5.17

15.52

1.03

14.68

不同碳含量的 XNUMX GHXNUMX 合金的晶粒尺寸 3128 锻造工艺见表 4。 当热变形温度相同时，由于晶界迁移的驱动力和晶间迁移率随着变形的增加而增加，因此成核速率增加，晶粒尺寸减小。 晶界运动速度 G 可以表示为晶界迁移率 （M） 和晶界移动的驱动力 （ΔG） 的乘积。国标):

G = M x ΔG国标 (1)

在图 2（a） 中，以 36% 的变形率实现了对一些细粒组织的控制。 尽管如此，由于其过度变形，由于热变形过程中的温度下降，一些组织难以完全再结晶，导致一些粗粒组织的出现。 在图 2（b） 中，通过将变形率降低到 27.5% 来去除原始组织，但总体变形率受到限制，并且由于无法施加足够的应变能而去除了未参考的组织。 晶粒尺寸明显比图 2（a） 中的粗。 图 2（c） 通过降低加热温度的同时降低变形速率，有效控制了锻造和加热过程中的晶粒生长，使图 2（c） 的晶粒尺寸与图 2（b） 相比更加复杂; 插图。 图 2 （d）、（e） 和 （f） 采用与图 2 相同的锻造工艺。 样品 2 的内碳化物明显小于样品 2 的内碳化物，内部碳化物的含量明显小于样品 2，因此它们分别显示在 1（a）（b）（c） 中。 （f） 样品 1 的内部碳化物含量明显低于样品 1，因此采用与图 2（a）（b）（c） 相同的锻造工艺，但碳化物发挥钉扎作用，钉扎力与晶粒边界的运动方向相反。 晶界传递速度 G 可以根据晶界运动的驱动力 （ΔG） 来确定。国标） 减去销钉力 （ΔG）针).

G = M x （ΔG国标 – ΔG针（2）
表 4 样品 1 和样品 XNUMX 的 2 次锻造工艺的晶粒尺寸

样本

计划 I

计划 II

计划 III

1

30% 3 级; 80% 等级 8

等级4.5

等级5.5

2

等级3.5

级别 3

级别 7

如图 2（d）（e） 所示，可以看出，在相同的加热条件下，晶粒的生长是不可避免的，因为少量的碳化物不能有效阻止晶界的移动。 e） 在相同的粗晶体结构下获得; 图 2（f） 显示，在 2°C 加热时，热处理晶粒不会变大，并且在适度的变形速率下可以获得均匀的精细晶体结构。 图 1100（f）

2.2 C 含量对合金机械性能的影响

由于GH3128合金标准一般试件的固溶热处理温度为1200°C，因此样品1和样品2试件将进行1200°C×1h高温固溶处理，并应用与测试机理对应的相应工艺程序I、II、III。 棒材的晶粒尺寸平均可以在两个水平上很好地生长和控制，但也可以消除晶粒尺寸差异对机械性能的影响。 测试项目分别为室温拉伸、2°C 高温拉伸和 950°C 高温耐久性，如表 950 和表 5 所示。

表 5 和表 6 中的数据表明，工艺程序 I、II 和 III 之间的机械性能基本相同，因为高温固溶处理后试样的晶粒尺寸基本相同。 GH3128 合金将 0.031% 的碳含量和 0.015% 的碳含量与室温拉伸强度进行比较，以确定屈服强度 提高5%-10%，950°C高温拉伸强度差<5%。 然而，950°C 的高温持久性是一个很大的差异。 GH3128 合金的碳含量为 0.031%，碳含量为 0.015%，而 950°C 的高温保持时间增加了 30%。 碳化物 M23C6 会干扰晶界滑移，分布在晶界的碳化物会挤压晶界。 同时，晶体中的碳化物与位错相互作用，因此碳化物的增加对提高高温持续时间起着重要作用。

表 5 室温和 950°C 下的拉伸特性

样本

计划

测试温度/°C

σb/ 兆帕

σ0.2/ 兆帕

δ5/%

ψ/%

1

我。

室温

820

381

59

60

1

第二

室温

838

385

62

65

1

3

室温

816

378

60

63

2

我。

室温

749

352

66

73

2

第二

室温

746

352

65

79

2

3

室温

752

355

66

72

1

我。

950

210

162

92

89

1

第二

950

212

159

98

90

1

3

950

205

160

93

89

2

我。

950

214

158

99

84

2

第二

950

208

155

100

92

2

3

950

211

162

98

86

表 6 950°C 时的拉伸性能

样本

计划

测试温度/°C

应力/MPa

小时/分钟

δ5/%

1

我。

950

55

3025

81

1

第二

950

55

3332

78

1

3

950

55

2945

80

2

我。

950

55

2140

86

2

第二

950

55

1948

95

2

3

950

55

2289

89

3. 总结

（1） GH3128 合金硬质合金沿热处理变形方向的微观组织分布。 碳化物的数量主要与 C 含量有关，与热变形过程关系不大。

（2）GH3128合金27.5种自由锻造工艺，每XNUMX°C加热温度1100次烧成和平均XNUMX%的变形量，可以获得均匀且相对细小的晶粒组织。

（3）当GH3128合金的C含量从0.015%增加到0.031%时，室温抗拉强度提高了5%-10%，950°C的高温耐久时间提高了30%。