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一、GH2132 概述
GH2132是Fe-25Ni-15Cr基高溫合金，加入鉬、鈦、鋁、釩及微量硼綜合強化。在650℃以下具有高的屈服強度和持久、蠕變強度，并且具有較好的加工塑性和滿意的焊接性能。適合制造在650℃以下長期工作的航空發(fā)動機高溫承力部件，如渦輪盤、壓力機盤、轉子葉片和緊固件等。該合金可以生產(chǎn)各種形狀的變形產(chǎn)品，如盤件、鍛件、板、棒、絲和環(huán)形件等。
優(yōu)質GH2132合金，是在GH2132合金基礎上發(fā)展而來，只要是提高合金純潔度，限制氣體含量，控制低熔點元素含量，并調(diào)整熱處理制度，從而使合金的熱強性和長期使用性能提高。
1.1 GH2132 材料牌號 GH2132(GH132)
1.2 GH2132 相近牌號 A286,UNSS66286(美國),ZbNCT25(法 國),P.Q.A286(美國)
1.3 GH2132 材料的技術標準
GJB 2611-1996 《航空用高溫合金冷拉棒材規(guī)范》
GJB 2612-1996 《焊接用高溫合金冷拉絲材規(guī)范》
GJB 3020-1997 《航空用高溫合金環(huán)坯規(guī)范》
GJB 3065-1998 《航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材規(guī)范》
GJB 3167-1998 《冷鐓用高溫合金冷拉絲材規(guī)范》
GJB 3317-1998 《航空用高溫合金熱軋板規(guī)范》
GJB 3782-1999 《航空用高溫合金鍛制圓餅規(guī)范》
GB/T 14996-1994 《高溫合金冷軋薄板》
Q/3B4071-1993 《YZGH2132合金熱軋棒材》
Q/6S1032-1992 《高溫緊固件用YZGH2132合金棒材》
1.4 GH2132 化學成分 GH2132合金化學成分見表1-1，優(yōu)質GH2132合金化學成分見表1-2。
表1-1%
|
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Ti |
Fe |
V |
B |
Mn |
Al |
Si |
P |
S |
|
不大于 |
||||||||||||
|
≤0.08 |
13.5～16.0 |
24.0～27.0 |
1.00～1.50 |
1.75～2.30 |
余 |
0.10～0.50 |
0.001～0.010 |
1.00～2.00 |
0.04 |
1.00 |
0.030 |
0.020 |
注：1 冷拉棒、圓餅和環(huán)坯標準規(guī)定ω(Ti)1.80%～2.35%。
2 熱軋和冷軋板標準規(guī)定，ω(B)0.003%～0.010%，ω(Mn)≤2.00%，ω(P)≤0.020%，ω(S)≤0.015%。
3 冷拉焊絲標準規(guī)定，ω(Al)≤0.35%，ω(Ti)1.75%～2.35%，ω(Si)0.40%～1.00%，ω(P)≤0.020%，ω(S)≤0.015%。
4 冷鐓用絲材標準規(guī)定，ω(Ti)1.75%～2.35%，ω(Si)0.40%～1.00%，ω(P)≤0.025%，ω(S)≤0.020%。
5 熱軋和鍛制棒材標準規(guī)定ω(Cu)≤0.25%。
表1-2%
|
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Ti |
Fe |
V |
B |
Mn |
Al |
Si |
P |
S |
|||||||||||
|
不大于 |
|||||||||||||||||||||||
|
≤0.08 |
13.50～16.00 |
24.00～27.00 |
1.00～1.50 |
1.90～2.35 |
余 |
0.10～0.50 |
0.003～0.010 |
0.35 |
0.35 |
0.35 |
0.015 |
0.002 |
|||||||||||
|
Ca |
Mg |
Cu |
Sn |
Pb |
Se |
Ag |
Te |
Tl |
Bi |
N |
O |
||||||||||||
|
不大于 |
|||||||||||||||||||||||
|
0.005 |
0.005 |
0.30 |
0.0050 |
0.0005 |
0.0003 |
0.0005 |
0.00005 |
0.0001 |
0.00003 |
0.0100 |
0.0050 |
||||||||||||
注：微量元素Se、Te、Tl在確定分析方法前，報實測數(shù)據(jù)，不作為驗收依據(jù)。
1.5 GH2132 熱處理制度 材料標準規(guī)定的GH2132熱處 理制度見表1-3；優(yōu)質GH2132熱處理制度為900℃±10℃，1～2h,油冷＋750℃±10℃，16h，空冷。
表1-3
|
材料品種 |
熱處理制度 |
|
棒材、圓餅 |
980～1000℃，1～2h，油冷＋700～720℃，12～16h,空冷 |
|
熱軋板、冷軋板 |
980～1000℃，空冷＋700～720℃，12～16h，空冷 |
|
冷拉棒 |
980～1000℃，1～2h，油冷＋700～720℃，16h,空冷 |
|
環(huán)件毛坯 |
980～990℃，1～2h，油冷＋700～720℃，16h,空冷 |
|
冷鐓用冷拉絲 |
980～1000℃，水冷或油冷＋700～720℃，16h,空冷 |
注:冷拉棒和冷拉絲標準規(guī)定，性能檢驗不合格時，可以不大于760℃時效16h，合格后交貨。
1.6 GH2132 品種規(guī)格和供應狀態(tài) 可以供應各種規(guī)格的棒材、板材、絲材、盤件和環(huán)件。棒材、圓餅和環(huán)坯不經(jīng)熱處理交貨；熱軋板和冷軋板固溶和酸洗后交貨；冷拉棒材于固溶＋酸洗狀態(tài)交貨；冷鐓絲可于固溶＋酸洗盤狀、或固溶＋酸洗直條狀、或固溶直條狀磨光和冷拉等幾種狀態(tài)交貨；冷拉焊絲于冷拉狀態(tài)、或固溶＋酸洗、或半硬狀態(tài)交貨。
1.7 GH2132熔煉和鑄造工藝 GH2132合金可采用非真空感應＋電渣，電弧爐＋電渣和電弧爐＋真空電弧以及真空感應＋真空電弧等工藝熔煉。優(yōu)質GH2132合金可采用真空感應＋真空電弧工藝熔煉。
1.8 GH2132 應用概況與特殊要求 在航空上主要用于在650℃以下工作的發(fā)動機壓氣機盤、渦輪盤、承力環(huán)、機匣、軸類、緊固件和板材焊接承力件等。在國內(nèi)該合金已在航空上獲得較為廣泛的應用。優(yōu)質GH2132合金用作航空發(fā)動機壓氣機葉片及高溫緊固件等。
二、GH2132 物理及化學性能
2.1 GH2132 熱性能
2.1.1 GH2132 熔化溫度范圍 1364-1424℃[1]。
2.1.2 GH2132 熱導率 見表2-1。
表2-1[1]
|
θ/℃ |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
λ/（W/（m·C）） |
14.2 |
15.9 |
17.2 |
18.8 |
20.5 |
22.2 |
23.9 |
25.5 |
27.6 |
2.1.3 GH2132線膨脹系數(shù) GH2132線膨脹系數(shù)見表2-2；優(yōu)質GH2132線膨脹系數(shù)見表2-3
表2-2[1]
|
θ/℃ |
20～100 |
20～200 |
20～300 |
20～400 |
20～500 |
20～600 |
20～700 |
20～800 |
20～900 |
|
α/10-6C-1 |
15.37 |
16.09 |
16.31 |
16.84 |
17.58 |
18.06 |
18.74 |
19.62 |
20.45 |
表2-3[2]
|
θ/℃ |
20～100 |
20～200 |
20～300 |
20～400 |
20～500 |
20～600 |
20～700 |
20～800 |
20～850 |
|
α/10-6C-1 |
15.7 |
16.0 |
16.5 |
16.8 |
17.3 |
17.5 |
17.9 |
19.1 |
19.7 |
2.2 GH2132密度 GH2132:ρ=7.93g/cm3[1]；優(yōu)質GH2132:ρ=7.99g/cm3[2]。
2.3 GH2132電性能 電阻率見表2-4
2.4 GH2132磁性能
2.5 GH2132化學性能
2.5.1 GH2132抗氧化性能 合金在空氣介質中試驗100～300h后的氧化速率見表 2-5。
表2-4[1]
|
θ/℃ |
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
ρ/(10-6Ω·m ) |
0.914 |
0.985 |
1.018 |
1.074 |
1.119 |
1.135 |
1.165 |
1.192 |
1.213 |
1.225 |
表2-5[1]
|
θ/℃ |
氧化速率/(g/(m2·h)) |
||
|
100h |
200h |
300h |
|
|
650 |
0.00417 |
0.00276 |
0.00234 |
|
750 |
0.03250 |
0.07216 |
0.08322 |
|
850 |
0.00630 |
0.12386 |
0.09672 |
三、GH2132力學性能
技術標準規(guī)定的性能 GH2132合金見表3-1；優(yōu)質GH2132合金見表3-2
表3-1
|
品種 |
室溫性能 |
θ/℃ |
拉伸性能 |
持久性能 |
|||||||||
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ5/% |
φ/% |
aKU/（kJ/m2） |
HBS |
σb/MPa |
δ5/% |
φ/% |
σ/MPa |
t/h |
δ5/% |
||
|
不小于 |
不小于 |
||||||||||||
|
軋棒 鍛棒 |
930 |
- |
20 |
40 |
- |
255～321 |
550 |
785 |
16 |
28 |
588 |
100 |
- |
|
650 |
735 |
15 |
20 |
392 |
100 |
- |
|||||||
|
冷拉棒① |
900 |
590 |
15 |
20 |
- |
248～341 |
650 |
- |
- |
- |
451 （392） |
23 （100） |
5 （3） |
|
熱軋板② |
885 |
- |
20 |
- |
- |
- |
650 |
735 |
15 |
- |
- |
- |
- |
|
550 |
785 |
16 |
- |
- |
- |
- |
|||||||
|
冷軋板② |
885 |
- |
20 |
- |
- |
- |
650 |
735 |
15 |
- |
392 |
100 |
實測 |
|
550 |
785 |
16 |
- |
588 |
100 |
實測 |
|||||||
|
圓餅 |
930 |
620 |
20 |
40 |
290 |
255～321 |
650 |
735 |
15 |
20 |
392 |
100 |
- |
|
環(huán)坯 |
930 |
620 |
20 |
30 |
290 |
255～321 |
650 |
735 |
15 |
- |
392 |
100 |
- |
|
冷鐓 用絲① |
900（930）③ |
590 - |
15 （18） |
20 （40） |
- - |
248～341 （HV260～360） |
650 |
- |
- |
451 （392） |
23 （100） |
5 - |
|
① 冷拉棒和冷鐓用絲材，固溶狀態(tài)硬度不大于HBS202(HV194)。
② 板材的高溫拉伸和持久試驗只作一個溫度，如合同中未注明時按650℃進行試驗。
③ 如需方要求，可按括號內(nèi)指標進行檢驗。
四、GH2132組織結構
4.1 相變溫度
4.2 時間-溫度-組織轉變曲線 GH2132合金中η-Ni3Ti相的析出動力學曲線見圖4-1。
4.3 合金組織結構 GH2132合金在標準熱處理狀態(tài)下，在γ基體上有球狀均勻彌散分布的Ni3（Ti，Al）型γ′相以及TiN,TiC，晶界有微量M3B2，晶界附近可能有少量η相和L相。合金硅、硫含量較高時，會有G相、Y相在晶界析出。長期時效或使用后是否有σ相析出，與合金成分有關。近年來采用相分析
計算方法提出了如下簡化公式：
ΔNv′=Ni－3Ti－3.5Al－1.7Si－0.9Cr－4.7[1]
注：元素符號表示該元素在合金中的重量百分比。當ΔNV′>0
時，無σ相析出。
γ′相的溶解溫度為830～850℃，開始析出溫度在650℃左右，700～730℃析出最多。標準熱處理后γ′相數(shù)量約為合金重量的2%～3%，直徑約10～20nm，其化學組成近似(Ni0.93Fe0.04Cr0.03)2.73(Ti0.83Al0.17)。550～650℃長期時效后，γ′相數(shù)量稍微增加，尺寸略微長大。當合金中ω(Al)>0.4%時，就有可能出現(xiàn)胞狀γ′相。
TiC,TiN的數(shù)量約占合金重量的0.25%，基本上不參與合金熱處理過程的組織轉變。TiC在1180℃以上才開始溶解，TiN則更不易溶解。
η相形成的溫度區(qū)間約在700～900℃之間，析出溫度與合金Ti含量相關。
M3B2相在1040～1080℃固溶時已大量溶解，至1180～1210℃可完全溶解，M3B2在650℃時效已有析出。
L相在950～990℃之間股溶蝕溶解，析出峰在850℃左右。G相在982℃以上開始溶解，至1120℃可完全溶解，析出峰在850℃左右。σ相析出溫度在650～900℃之間，析出峰在750～850℃左右。G、σ和η相的出現(xiàn)對合金性能起損害作用。
五、GH2132工藝性能與要求
5.1 成型性能
5.1.1 GH2132合金的工藝塑性圖見圖5-1，再結晶圖見圖5-2。
5.1.2 合金鍛造開坯加熱溫度1080～1140℃，終鍛溫度高于900℃。水壓機開坯時加熱溫度1110℃，停壓溫度高于950℃；模鍛開壓溫度為1100℃，停壓溫度高于930℃。環(huán)件軋制加熱溫度1130～1150℃，終軋溫度高于900℃。棒材及型材軋制溫度1080～1140℃，終軋溫度高于900℃。
5.2 焊接性能 合金具有滿意的焊接性能，可用氬弧焊、點焊、縫焊緊進行焊接。合金于固溶狀態(tài)進行焊接，焊后進行時效處理。
5.2.1 手工和自動鎢極對接氬弧焊規(guī)范見表5-1。推薦采用HGH113焊絲和較小的焊接能量輸入。
5.2.2 自動鎢極脈沖氬弧焊對焊規(guī)范見表5-2。
5.2.3 縫焊規(guī)范見表5-3。
5.2.4 焊后進行時效處理的氬弧焊對接接頭的強度系數(shù)大于90%。
表5-1[8]
|
焊接方法 |
厚度/mm |
焊絲 |
電流/A |
電壓/V |
焊接速度/(m/min) |
送絲速度/(m/min) |
氬氣流量/(L/min) |
背面氣體流量/(L/min) |
鎢極直接/mm |
焊嘴直徑/mm |
|
|
牌號 |
直徑/mm |
||||||||||
|
手工氬弧焊 |
1.5＋1.5 |
HGH2132 |
1.6 |
70～90 |
8～10 |
- |
- |
6～8 |
- |
1.6 |
8 |
|
2.0＋2.0 |
90～100 |
||||||||||
|
自動氬弧焊 |
1.5＋1.5 |
HGH2132 HGH1140 HGH113 |
1.6 |
95～100 |
7～8 |
0.25～0.32 |
0.32 |
5～8 |
2～3 |
3.0 |
18 |
|
2.0＋2.0 |
130 |
||||||||||
表5-2[8]
|
厚度/mm |
焊絲 |
電壓/V |
脈沖電流/A |
維弧電流/A |
脈沖幅比 |
脈沖寬比 |
脈沖頻率/Hz |
焊接速度/(m/min) |
送絲速度/(m/min) |
|
|
牌號 |
直徑/mm |
|||||||||
|
0.8 |
不加絲 |
- |
8.5 |
50 |
13 |
4 |
3 |
5 |
0.3 |
- |
|
0.8 |
HSG-1 |
1.0 |
8.5～9.0 |
60 |
15 |
4 |
2 |
5 |
0.27 |
0.165 |
|
1.5 |
HSG-1 |
1.0 |
8.5～9.0 |
100 |
28 |
3.5 |
2 |
3 |
0.23 |
0.2 |
|
2.0 |
HSG-1 |
1.0 |
9～10 |
130 |
26 |
5 |
2 |
3 |
0.2 |
0.25 |
表5-3[8]
|
厚度/mm |
滾盤寬/mm |
電源/A |
焊接時間/s |
休止時間/s |
焊接速度/(m/min) |
電極壓力/N |
|
|
上 |
下 |
||||||
|
1.5＋1.5 |
5.5 |
6.0 |
8300～9500 |
0.16～0.18 |
0.16～0.18 |
0.36 |
7650～8335 |
|
2.0＋2.0 |
10000～12000 |
0.18～0.22 |
0.24～0.28 |
0.36 |
8335～9805 |
||
5.3 零件熱處理工藝 固溶溫度980～1000℃，根據(jù)零件截面厚度溫度保溫不同時間后進行空冷、油冷或水冷后，再在700～720℃時效12～16h后空冷。優(yōu)質GH2132合金制零件的熱處理工藝為：固溶900℃±10℃，1～2h，油冷＋時效750℃±10℃，16h，空冷。
5.4 表面處理工藝 在高溫下工作的零件可采用W-2琺瑯涂層涂層進行有效的保護。
