GH5K鍛件 GH3007圓鋼 機械性能

GH5K (GH3007)

高溫合金鍛件的鍛造特點是：

1. 塑性低

2. 
   

高溫合金由于合金化程度很髙，具有組織的多相性且相成分復雜，因此，工藝塑性較低。特別是在高溫下，當含有s、Pb、Sn等雜質元素時，往往削弱了晶粒間的結合力而引起塑性降低。

高溫合金一般用強化元素鋁、鈦的總含量來判斷塑性高低，當總含量≥6%(質最分數）時，塑性將很低。鎳基高溫合金的工藝塑性比鐵基高溫合金低。高溫合金的工藝塑性對變形速度和應力狀態很敏感。有些合金鑄錠和中間坯料需采用低速變形和包套鐓粗，包套乳制，甚至包套擠壓才能成形。

2.變形抗力大

由于高溫合金成分復雜，再結晶溫度髙，再結晶速度慢，在變形溫度下具有較高的變形抗力和硬化傾向。變形抗力一般為普通結構鋼的4~7倍。

3.鍛造溫度范圍窄

高溫合金與碳鋼相比，熔點低，加熱溫度過高容易引起過熱、過燒。若停鍛溫度過低，則塑性低、變形抗力大，且易產生冷熱混合變形導致鍛件產生不均勻粗晶。因此，高溫合金鍛造溫度范圍很窄，一般才200℃左右。而鎳基耐熱合金的鍛造溫度范圍更窄，多數在100~150℃,有的甚至小于100℃。

4.導熱性差

高溫合金低溫的熱導率較碳鋼低得多，所以，一般在700~800℃范圍需緩慢預熱，否則會引起很大的溫度噸力，使加熱金屬處于脆性狀態。

GH5K高溫合金 GH3007高溫合金

牌號：GH5K (GH3007)

C： ≤0.12

Cr： 20.00～35.00

Mn： ≤0.50

Ni： 余量（54.38～79.50）

Fe： ≤8.00

Cu： 0.50～2.00

Si： ≤1.00

P： ≤0.040

S： ≤0.040

按照高溫合金及其零件制造工藝方法的不同，高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末（冶金）高溫合金。其中粉末高溫合金又可進一步分為常規粉末冶金合金和機械合金化合金（氧化物彌散強化合金）兩類。近來，又在粉末冶金高溫合金的基礎上開發出噴射沉積成形制坯的工藝方法。

1.變形高溫合金

變形高溫合金及其鍛件的制造方法與鋼和不銹鋼的生產工藝路線基本相同，也是采用熔煉和經鍛壓開坯后，再分別經過鍛、軋、擠、拉拔等工序生產成板、棒、型、管和絲材及鍛件。所不同的是：采用多次真空組合熔煉工藝（例如，真空感應＋真空自耗重熔，真空感應＋真空自耗重熔＋電渣）生產變形高溫合金鑄錠，擴散退火后方可進行開坯。鑄錠開坯一般不采用普通鍛錘，而是采用變形速率較低的快速鍛造液壓機鍛造、包套軋制或擠壓工藝。高合金化變形高溫合金渦輪盤的典型生產流程示于圖2-1-5。

2.鑄造高溫合金

鑄造高溫合金經真空感應爐熔煉成母合金后，再經過真空重熔直接澆鑄成鑄件。

3.粉末冶金高溫合金

隨著現代高推重比航空發動機的發展，對高溫合金性能的要求越來越高，需要高合金化的變形高溫合金制造渦輪盤，以滿足渦輪盤對高工作溫度和高應力條件下工作的要求。由于傳統的變形（鑄錠－鍛造）高溫合金合金化程度的提高，γ′相含量大大增加，因而在大大提高力學性能的同時，也使鑄錠產生嚴重偏析的缺點，導致鍛造的極大困難。例如，Rene′95和ЭП742等合金就需要特殊的熔煉工藝和用特殊的鍛造方法進行開坯，且材料利用率很低。為解決高合金化引起的宏觀嚴重偏析和變形困難的問題，粉末冶金高溫合金應運而生。

與常規鑄錠冶金技術相比，粉末冶金技術允許提高合金元素的含量；獲得較高的強度（尤其是屈服強度和疲勞性能），因而更適合于作渦輪盤和壓氣機盤材料。粉末冶金可使合金具有均勻的化學成分和顯微組織，避免宏觀偏析使工藝塑性大幅度下降，從而可以獲得更接近零件形狀的凈形鍛件。目前，國外研制成功的粉末冶金高溫合金有10余個牌號，其中廣泛應用的有IN100、Rene′95、MERL76、Rene′88DT和ЭП741НП等。

粉末高溫合金和Gatorizing（超塑性鍛造）生產渦輪盤的典型工藝流程示于圖2-1-6。

制粉工藝有多種，其中具有代表性且獲得廣泛應用的有氬氣霧化法和旋轉電極法。在圖2-1-6所示的工藝路線中，由于擠壓開坯需要昂貴的萬噸級大型擠壓機，超塑性鍛造渦輪盤又需要采用鉬合金模具和在真空室內進行，設備和工藝裝備昂貴；從經濟性出發，也有些公司采用在熱等靜壓后直接等溫模鍛渦輪盤的工藝方案。有些公司對小型渦輪盤采用不經鍛造而直接熱等靜壓制造渦輪盤的工藝方案。但是，成熟和可靠的還是圖2-1-6所示的擠壓開坯和超塑性鍛造工藝方案，采用這種工藝方案生產的粉末合金渦輪盤已有數萬件在各種飛機上服役。

4.機械合金化合金

機械合金化（MA）是將兩種以上的金屬粉末與中間合金粉末一起置入高能球磨機中進行球磨而制成合金粉末的方法。機械合金化（MA）的原理是依靠在球磨過程中對金屬粉末進行碾壓和破碎，使金屬粉末產生塑性變形，并使十分純凈的金屬表面彼此接近到原子互相作用的距離。兩種金屬原子互相作用，并伴隨著互相擴散而冷焊在一起。這樣，對金屬粉末反復進行碾壓和破碎，接著又被冷焊，最終達到均勻合金化。美國開發的典型機械合金化合金有MA956、MA754和MA6000E，主要用于制造燃燒室零部件和導向葉片及渦輪葉片等。

機械合金化高溫合金的制造工藝流程示于圖2-1-7。

5.沉積成形制坯工藝

盡管粉末冶金高溫合金和Gatorizing（超塑性鍛造）結合生產的渦輪盤具有合金元素含量高，抗拉強度、屈服強度和疲勞性能高以及化學成分和顯微組織均勻，使生產的渦輪盤鍛件質量優異，然而，該工藝方法工序多，生產周期長，材料利用率低，需要大量昂貴的鍛造設備和工藝裝備，使渦輪盤鍛件成本高。為在保證渦輪盤質量的基礎上，降低其成本，特地開發了噴射沉積成形（Spray Forming）制坯的工藝方法