 GH605
中國牌號：GH605鈷基高溫合金
英國牌號：Nimonic90美國牌號：UNSR30605
法國牌號：KC20WN
一、G6050鈷基合金概述：
GH605是以20Cr和15W固溶強(qiáng)化的鈷基高溫合金，在815℃以下具有中等的持久和蠕變強(qiáng)度，在1090℃以下具有優(yōu)良的抗氧化性能，同時具有滿意的成形、焊接等工藝性能。適用于制造航空發(fā)動機(jī)燃燒室和導(dǎo)向葉片等要求中等強(qiáng)度和優(yōu)良的高溫抗氧化性能的熱端高溫零部件。也可在航天發(fā)動機(jī)和航天飛機(jī)上使用。可生產(chǎn)供應(yīng)各種變形產(chǎn)品，如薄板、中板、帶材、棒材、鍛件、絲材以及精密鑄件。
1、GH605材料牌號：GH605。
2、GH605相近牌號：L605,HS25,WF-11,AlS1670,UNSR30605(美國)、KC20WN(法國)。
3、GH605材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：
4、GH605化學(xué)成分： 見表1-1。
表1-1 %
|
C≤ |
Si≤ |
Mn≤ |
P≤ |
S≤ |
Cr≥ |
Ni≥ |
Mo≥ |
Cu≤ |
|
0.05-0.15 |
0.40 |
1.0-2.0 |
0.040 |
0.030 |
19.0-21.0 |
9.0-11.0 |
|
|
|
其他 |
N≤ |
Al≤ |
Ti≤ |
Fe≤ |
Co≤ |
V≤ |
W≤ |
Nb≤ |
|
- |
- |
- |
- |
余量 |
- |
14.0-16.0 |
- |
5、GH605熱處理制度：板材、帶材：1175～1230℃,快速冷卻；環(huán)形件：1175～1230℃，保溫不少于15min,水冷或快速空冷；棒材（機(jī)加工用）：1175～1230℃,快速冷卻。
6、GH605品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)：可以供應(yīng)δ≤14mm的熱軋中板、δ≤4mm的冷軋板材、δ0.05～0.80mm的冷軋帶材、δ0.20～0.80mm的冷硬帶材、d0.2～10.0mm的焊絲、d≤300mm的棒材和各種直徑及壁厚的環(huán)形件。中板和薄板經(jīng)固溶、堿酸洗、切邊后供應(yīng)；帶材經(jīng)固溶、堿酸洗、切邊后成卷供應(yīng)；冷硬帶材經(jīng)固溶、冷軋、退火、拋光和切邊后供應(yīng)；焊絲以硬態(tài)、半硬態(tài)、固溶加酸洗、光亮固溶處理狀態(tài)成盤交貨，也可以直條交貨；環(huán)形件經(jīng)固溶處理粗加工或除氧化皮后供應(yīng)；機(jī)加工用棒材經(jīng)退火后酸洗或磨光后供應(yīng)，熱加工用棒材可經(jīng)退火并磨光后交貨。
7、GH605熔煉與鑄造工藝：合金采用電弧爐或非真空感應(yīng)爐熔煉后再經(jīng)電渣重熔，或采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔。
8、GH605應(yīng)用概況與特殊要求：主要在引進(jìn)機(jī)種上使用，用于制造導(dǎo)向葉片、渦輪外環(huán)、外壁、渦流器、封嚴(yán)片等高溫零部件。該合金對硅含量很敏感，硅可促使合金在760～925℃之間暴露時形成Co2W型L相，從而使合金的室溫塑性下降，因此合金中的硅含量應(yīng)控制小于0.4%。
二、GH605物理及化學(xué)性能：
1、GH605熱性能：
(1)、GH605熔化溫度范圍：1330～1410℃[1]。
(2)、GH605熱導(dǎo)率：見圖2-1。
(3)、GH605比熱容：合金于20～100℃時的比熱容c=377J/(kg·℃)[1,2,3]。
(4)、GH605線膨脹系數(shù)：見表2-1。
表2-1[4]
|
θ/℃ |
20-200 |
20-400 |
20-500 |
20-600 |
20-700 |
20-800 |
20-900 |
20-1000 |
20-1100 |
|
α/10-6℃-1 |
12.9 |
13.8 |
14.2 |
14.6 |
15.1 |
15.7 |
16.3 |
17.0 |
17.8 |
2、GH605密度： ρ=9.13g/cm3[1,3]。
3、GH605電性能：
(1)、GH605不同溫度的電阻率見表2-2。
(2)、GH605冷加工量為25%的合金在低溫下的電阻率見圖2-2。
4、GH605磁性能：合金無磁性
表2-2[2]
|
θ/℃ |
25 |
400 |
800 |
1000 |
|
ρ/(10-6Ω·m) |
2.30 |
2.62 |
2.87 |
2.91 |
5、GH605化學(xué)性能：
(1)、GH605抗氧化性能：
a、GH605合金適合在噴氣發(fā)動機(jī)和燃?xì)鉁u輪的環(huán)境中工作，在間斷式條件下工作時抗氧化和碳化的最低溫度為870℃，在空氣條件下連續(xù)工作時可耐1090℃的高溫。合金也可在海洋氣氛中工作。
b、GH605在760～1200℃的靜止空氣中作抗氧化試驗時的氧化增重見圖2-3。 
c、GH605在靜止空氣中作抗氧化試驗時的氧化深度見表2-3。
表2-3[1]
|
氧化條件 |
氧化深度/(mm/單邊) |
|
θ/℃ |
t/h① |
氧化皮 |
沿晶氧化 |
合金貧化層 |
總深度② |
850
950 |
500 |
0.005 |
0.008 |
0.008 |
0.013 |
|
500 |
0.010 |
0.020 |
0.038 |
0.048 |
|
1000 |
500 |
0.025 |
0.025 |
0.056 |
0.081 |
|
1000 |
0.018 |
0.091 |
0.091 |
0.109 |
|
5000 |
0.051 |
0.102 |
0.102 |
0.153 |
|
10000 |
0.051(0.051)③ |
0.102 |
0.102 |
0.203 |
|
1150 |
500 |
0.041 |
0.038 |
0.076 |
0.117 |
|
3000 |
- |
- |
- |
4.445 |
①500h,3000h用的試樣為直徑6.35～12.7mm的圓試樣，其余試樣為厚1.5～2.0mm的試片。
② 總深度為氧化皮加上沿晶氧化或合金貧化層深度中的較大者。
③ 括號中為剝落的氧化皮深度。
d、GH605在靜止空氣中作抗氧化試驗時的氧化深度見表2-3。
表2-3[1]
|
氧化條件 |
氧化深度/(mm/單邊) |
|
θ/℃ |
t/h① |
氧化皮 |
沿晶氧化 |
合金貧化層 |
總深度② |
|
850 |
500 |
0.005 |
0.008 |
0.008 |
0.013 |
|
950 |
500 |
0.010 |
0.020 |
0.038 |
0.048 |
|
1000 |
500 |
0.025 |
0.025 |
0.056 |
0.081 |
|
1000 |
0.018 |
0.091 |
0.091 |
0.109 |
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5000 |
0.051 |
0.102 |
0.102 |
0.153 |
|
10000 |
0.051(0.051)③ |
0.102 |
0.102 |
0.203 |
|
1150 |
500 |
0.041 |
0.038 |
0.076 |
0.117 |
|
3000 |
- |
- |
- |
4.445 |
① 500h,3000h用的試樣為直徑6.35～12.7mm的圓試樣，其余試樣為厚1.5～2.0mm的試片。
② 總深度為氧化皮加上沿晶氧化或合金貧化層深度中的較大者。
③ 括號中為剝落的氧化皮深度。
e、GH605由d12.7mm的棒材加工的楔形試樣，在爐中1090℃的靜止空氣中加熱3min，在空氣中冷卻不少于3min。循環(huán)試驗總共為2000周（在高溫下時間為100h）；另一組試樣在旋轉(zhuǎn)式的燃燒裝置中作循環(huán)試驗，轉(zhuǎn)速為1000r/min，在溫度為1090℃的0.3馬赫數(shù)的燃燒產(chǎn)物中保持3min，然后以0.7馬赫數(shù)的冷空氣吹3min，試驗后試樣的重量變化見圖2-4。
f、GH605GH605、GH5188和GH3536三種合金的楔形試樣，在爐中的高溫靜止空氣中在指定溫度下試驗1h后，在空氣中冷卻不小于40min，總的循環(huán)次數(shù)為100周；另一組試樣在旋轉(zhuǎn)式的燃燒裝置中作循環(huán)試驗，轉(zhuǎn)速為1000r/min，在指定溫度下于0.3馬赫的燃燒產(chǎn)物中保持1h，然后以0.7馬赫的冷空氣吹3min，交替試驗100周后試樣的重量損失見圖2-5。 
g、GH605退火的板材在燃?xì)馑俣葹?1～85m/s、空氣：燃料=45:1～55:1的燃燒試驗裝置中，試樣在試驗時以30r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并每隔30min在加熱至試驗溫度后，用冷空氣吹冷至260℃以下，如此在870～1040℃分別循環(huán)試驗100h后的動態(tài)氧化試驗結(jié)果見圖2-6。
h、H605固溶處理的δ0.25～0.51mm板材在壓力為1103Pa的空氣中于980℃靜態(tài)長期暴露后的氧化特征見圖2-7。
(2)、GH605耐腐蝕性能：GH605GH605合金在含1%硫的柴油和含5-6海鹽的空氣中于870～1040℃下在燃燒裝置上作動態(tài)熱腐蝕試驗的結(jié)果見圖2-8。GH605、GH3536等5種合金板材，在燃?xì)馑俣葹?m/s，燃燒空氣種含5-6或5-5海鹽，N0.2號燃油中含0.3%～0.45%硫，空氣-油的比例為30:1，試驗中試樣旋轉(zhuǎn)，并每隔1h試樣從900℃用冷空氣吹冷至260℃以下，如此在燃燒裝置上循環(huán)試驗200h后的動態(tài)熱腐蝕試驗結(jié)果見圖2-9。 
三、GH605力學(xué)性能：GH605技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能 見表3-1。
表3-1
|
品種 |
室溫拉伸性能 |
硬度HV |
815℃持久性能 |
晶粒度/級 |
其他性能 |
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ5/MPa |
σ/MPa |
t/h |
δ5/% |
|
中板、薄板、帶材 |
≥890 |
370～550 |
≥35 |
≤290 |
165 |
≥24 |
≥10 |
≥2.5(1) |
彎曲 |
|
冷硬帶材 |
A級 |
≥1500 |
≥1300 |
≥5 |
410～480 |
- |
- |
- |
≥9 |
彎曲 |
|
B級 |
≥1700 |
≥1500 |
≥3 |
485～560 |
≥10 |
彎曲 |
|
棒材 |
≥860 |
≥340 |
≥35 |
HB≤282 |
165 |
≥23 |
≥10 |
≥2(0) |
- |
|
環(huán)形件 |
≥860 |
≥310 |
≥30 |
HB≤248 |
165 |
≥24 |
≥10 |
≥2(0) |
- |
四、GH605組織結(jié)構(gòu)：
1、GH605相變溫度：
2、GH605時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線： 見圖4-1（合金經(jīng)1225℃，30min，水冷處理）。 
3、GH605合金組織結(jié)構(gòu)：合金經(jīng)時效后可析出一些碳化物和金屬間化合物，包括M7C3、M23C6、M6C、α-Co3W、β-Co3W、L-Co2W和μ-Co7W6。合金在800℃時效時析出順序為(M7C3)、M23C6、M6C、L-Co2W和μ-Co7W6。700℃時效時析出順序為(M7C3)、M23C6、M6C、(α-Co3W)、β-Co3W和L-Co2W。在800℃和更高溫度時效時，時效硬化主要是由于析出M23C6、M6C和L-Co2W相。在700℃或更低溫度時效，主要析出碳化物和β-Co3W。α-Co3W為有序面心立方體結(jié)構(gòu)，與基體共格，在長期時效后轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蛎芘帕降?beta;-Co3W，使合金強(qiáng)化。
五、GH605工藝性能與要求：
1、GH605成形性能： 合金具有滿意的冷熱成形性能。熱加工溫度范圍為1200～980℃，鍛造溫度應(yīng)足夠高以減少晶界碳化物，也應(yīng)足夠低以控制晶粒度，適宜的鍛造溫度約為1170℃。鍛造時應(yīng)注意防止角裂。加熱爐氣氛應(yīng)為中性或弱氧化性。加熱保溫時間約每25mm厚度1h，鍛造后可以任意速度冷卻。合金固溶狀態(tài)了進(jìn)行各種冷成形工序，但要求采用功率較大的成形設(shè)備。由于合金冷作硬化速度較大，冷成形時需要進(jìn)行多次中間退火，在板材和其他產(chǎn)品成形時，在230℃進(jìn)行加熱時有益的。
2、GH605焊接性能： 合金可用熔焊、電阻焊惡化釬焊等方法進(jìn)行連接。熔焊時可采用手工或自動的惰性氣體保護(hù)電話很難，采用較小的能量輸入，以鎢極或HGH605焊絲作電極。不推薦采用埋弧焊，以免引起大晶粒和脆化。應(yīng)在固溶狀態(tài)而不在冷加工狀態(tài)進(jìn)行熔焊。焊后需進(jìn)行快速冷卻，最好進(jìn)行焊后退火，以消除在760～980℃可能產(chǎn)生的任何脆化。
3、GH605零件熱處理工藝： 推薦下列固溶處理工藝。
鍛棒和鍛件：1230℃，水冷；
中板：1200℃，水冷；
薄板和帶材：1175～1200℃，水冷或快速空冷。
保溫時間約為每25mm后1h，但至少15mm。
鉚釘應(yīng)在1160～1190℃固溶處理10～20min，隨后水冷或快速冷卻。
固溶處理的材料冷加工后可在480～650℃時效4～16h（最好在600℃時效4h），可提高980℃以下的持久蠕變強(qiáng)度。適宜的冷加工量為15%～45%。
4、GH605表面處理工藝： 固溶處理時生成的表面氧化皮可用吹砂或堿酸洗方法消除。堿酸洗工藝如下：①浸入370℃的氫氧化物溶液中15min；②浸入60～70℃的8%～12%的硫酸中10～15min；③浸入溫度為50～70℃的12%～15%的硝酸＋1%～3%氫氟酸的混合溶液中15min。每次工序后應(yīng)在水中沖洗干凈。
5、GH605切削加工與磨削性能：合金可滿意地進(jìn)行切削和磨削加工。
6、GH605品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)：
1、品種分類：特種合金可生產(chǎn)各種規(guī)格的GH605無縫管、GH605鋼板、GH605圓鋼、GH605鍛件、GH605法蘭、GH605圓環(huán)、GH605焊管、GH605鋼帶、GH605絲材及GH605配套焊材。
2、交貨狀態(tài)：無縫管：固溶+酸白，長度可定尺；板材：固溶、酸洗、切邊；焊管：固溶酸白+RT%探傷，鍛件：退火+車光；棒材以鍛軋狀態(tài)、表面磨光或車光；帶材經(jīng)冷軋、固溶軟態(tài)、去氧化皮交貨；絲材以固溶酸洗盤狀或直條狀、固溶直條細(xì)磨光狀態(tài)交貨。 |
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