MP159合金 GH159-GH6159鈷基合金性能與成分

一、GH159概述

GH159合金是在國外多相鈷基高溫合金（MP合金）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型高強(qiáng)度多相鈷基高溫合金。它的主要特點(diǎn)是：利用冷變形首先在面心立方基體中誘發(fā)產(chǎn)生交叉網(wǎng)狀分布的片狀ε相來阻止位錯的長程運(yùn)動而產(chǎn)生強(qiáng)化，再經(jīng)過時效處理析出彌散的Ni3X相補(bǔ)充強(qiáng)化。該合多金具有超高強(qiáng)度、良好的塑韌性和高的應(yīng)力腐蝕抗力等綜合性能，并且在650℃的高溫下仍能保持其高強(qiáng)度的特性。該合金不僅可廣泛用于航空發(fā)動機(jī)的高溫緊固螺栓等零件，也可用于應(yīng)力腐蝕環(huán)境下（如海洋大氣環(huán)境）服役的飛機(jī)用超高強(qiáng)度緊固件。供應(yīng)的主要品種是冷拉棒材。

GH159材料牌號 GH159。GH6159 MP159合金  MP合金

GH159相近牌號 MP159(美國)。

GH159材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T14992-2005 高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號

GH159化學(xué)成分  見表1-1。

表1-1%

C

Cr

Ni

Co

Mo

Fe

Ti

Al

Nb

B

Mn

Si

P

S

不大于

≤0.04

18～20

余

34～38

6～8

8～10

2.5～3.25

0.1～0.3

0.25～0.75

0.03

0.20

0.20

0.02

0.01

GH159熱處理制度 固溶處理1040～1055℃,4～8h,水冷+在室溫進(jìn)行48%±1%的冷拔變形＋時效處理650～675℃，4～4.5h，空冷。

GH159品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 可以供應(yīng)d5～25mm的冷拉棒材，供應(yīng)狀態(tài)為冷拔態(tài)。

GH159熔煉與鑄造工藝 采用真空感應(yīng)加真空電弧重熔的雙聯(lián)生產(chǎn)工藝。

GH159應(yīng)用概況與特殊要求 該合金主要用于航空發(fā)動機(jī)的緊固件，在600℃下性能穩(wěn)定，可長期使用。是目前綜合性能好的航空發(fā)動機(jī)緊固件材料。

合金主要是經(jīng)過冷變形誘發(fā)產(chǎn)生大量網(wǎng)狀分布的ε相進(jìn)行強(qiáng)化。因此，對冷拔變形的工藝參數(shù)要嚴(yán)格控制。變形量過小，強(qiáng)度不足；變形量太大，強(qiáng)度升高，但塑性降低。實(shí)踐證明，當(dāng)冷變形量控制在下合金具有較好的綜合性能。

二、GH159物理及化學(xué)性能

GH159熱性能

GH159熔化溫度范圍  熔點(diǎn)1318℃[1]。

GH159熱導(dǎo)率  見表2-1。

表2-1[1]

θ/℃		100	200	300	400	500	600	700	800
λ/(W/m·℃)	冷拔狀態(tài)	11.3	14.1	15.6	17.4	19.1	21.0	23.0	24.6
	冷拔＋時效狀態(tài)	11.0	13.8	15.3	17.1	18.6	20.5	21.0	-

GH159線膨脹系數(shù) 見表2-2(冷拔＋時效狀態(tài))。

表2-2[3]

θ/℃	25～100	25～200	25～300	25～400	25～500	25～600	25～700	25～800
α/10-6℃-1	14.3	14.2	14.2	14.6	14.9	15.1	16.0	18.2

GH159密度 ρ=8.33g/cm3[2]。

GH159電性能 合金的電阻率見表2-3。

表2-3[1]

θ/℃		25	100	200	300	400	500	600
ρ/(10-6Ω·m)	冷拔狀態(tài)	1.033	1.059	1.086	1.118	1.151	1.201	1.236
	冷拔＋時效狀態(tài)	1.096	1.102	1.135	1.162	1.181	1.210	1.231

GH159化學(xué)性能

GH159耐腐蝕性能 該合金具有好的抗縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。在典型的氯化鐵實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕。在擦鹽試驗(yàn)中未發(fā)生損壞。交替浸漬證明該合金具有良好的抗氫脆和應(yīng)力腐蝕開裂的能力。

三、GH159力學(xué)性能

GH159技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 見表3-1。

表3-1

品種

狀態(tài)

取樣方向

拉伸性能

HRC

持久性能

θ/℃

σb/MPa

σP0.2/MPa

δ5/%

φ/%

θ/℃

σ/MPa

t/h

δ5/%

不小于

冷拉棒材

冷拔＋時效

縱向

室溫

1795

1725

6

22

44

650

965

≥23

≥5

595

1415

1310

5

15

-

注：1 供應(yīng)狀態(tài)的棒材硬度要求HRC≥23。

2 供應(yīng)狀態(tài)的棒材經(jīng)時效處理后，其拉伸、持久性能和硬度應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。當(dāng)棒材的拉伸性能符合要求時，硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果不作為判廢依據(jù)。

3 持久性能可在光滑-缺口組合試驗(yàn)上測定。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂。試樣光滑部分拉斷后，其伸長率 應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。

4 可在棒材相鄰部位取樣并分別加工的光滑和缺口持久試樣上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。試樣不應(yīng)在23h內(nèi)斷裂；光滑試樣斷裂后，應(yīng)測定伸長率；缺口試樣可不拉斷。

5 持久實(shí)驗(yàn)可在高于965MPa的應(yīng)力下進(jìn)行，但實(shí)驗(yàn)過程中不能改變應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。

6 經(jīng)需方同意，在965MPa的應(yīng)力下進(jìn)行持久實(shí)驗(yàn)至23h后，可每隔8～10h遞增應(yīng)力35MPa，直至試 樣拉斷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表中規(guī)定的要求。

四、GH159組織結(jié)構(gòu)

GH159相變溫度 γ＋ε兩相區(qū)溫度范圍為540～700℃，540℃以下的γ相為亞穩(wěn)態(tài)。

GH159時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

GH159合金組織結(jié)構(gòu) 合金在上臨界溫度（約700℃）以上為穩(wěn)定的面心立方γ相，在下臨界溫度以下（約540℃）為穩(wěn)定的密排六方ε相；兩溫度之間為γ＋ε的兩相區(qū)。當(dāng)合金從上臨界溫度冷卻到室溫時可保持亞穩(wěn)定態(tài)的γ相。當(dāng)在室溫下進(jìn)行冷變形時可誘發(fā)γ相到ε相的馬氏體型轉(zhuǎn)變。因此，合金經(jīng)固溶處理后全部為亞穩(wěn)定的γ相，在冷變形過程中部分γ相發(fā)生馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的ε相。所生成的ε相為薄片狀，在面心立方的γ相晶粒內(nèi)呈交叉網(wǎng)狀分布。在隨后的時效過程中又在亞穩(wěn)定的γ相中析出Ni3X相[4～7]。

五、GH159工藝性能與要求

GH159成形性能

GH159合金鋼錠首先在1125～1180℃保溫18～36h進(jìn)行均勻化處理以減小組織偏析和脆性σ相形成。合金鍛造開坯裝爐溫度不高于600℃，加熱溫度為1120℃±10℃，時間不小于4h。開鍛溫度不低于1050℃，終鍛溫度不低于950℃.合金熱軋開坯裝爐溫度不高于700℃，加熱溫度為1130℃±10℃，保溫30～60min。道次大變形量不能超過20%。終軋溫度不低于950℃。熱軋后合金在1050～1070℃退火1h以得到均勻晶粒，便于后續(xù)冷變形加工。

GH159軋制棒材經(jīng)固溶處理后，經(jīng)堿、酸洗去氧化皮，再經(jīng)表面涂層處理后，進(jìn)行冷拔變形。冷拔變形量為48%±1%。

GH159焊接性能 焊接性能同18-8型不銹鋼，可用氬弧焊工藝[2]。

焊接速度       0.14m/min

電流           100～160A

電壓           10V

GH159焊絲進(jìn)給 0.36～0.56m/min

氬氣流量       5～7L/min

GH159零件熱處理工藝 螺栓的熱處理工藝為650～675℃，4h時效處理，空冷。

GH159表面處理工藝 合金經(jīng)局部感應(yīng)加熱熱鐓成螺帽后，表面再經(jīng)冷搓絲加工螺紋。

GH159切削加工與磨削性能 合金的機(jī)加工性能類似于GH738鎳-鈷-鉻合金。