GH3039
一、GH3039概述
GH3039為單相奧氏體型固溶強(qiáng)化合金，在800℃以下具有中等的熱強(qiáng)性和良好的熱疲勞性能，1000℃以下性能良好。使用組織穩(wěn)定，還具有良好的冷成形性和焊接性能。適宜于850℃以下使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和加力燃燒室零部件。該合金可以生產(chǎn)板材、棒材、絲材、管材和鍛件。
1.1GH3039材料牌號(hào)GH3039(GH39)
1.2GH3039相近牌號(hào)ЭИ602，ХН75МБГЮ(俄羅斯）
1.3GH3039材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
GJB1952-1994《航空用高溫合金冷軋薄板規(guī)范》
GJB2297-1995《航空用高溫合金冷拔（軋）無縫管規(guī)范》
GJB2612-1996《航空用高溫合金冷拉絲材規(guī)范》
GJB3165-1998《航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材規(guī)范》
GJB3317-1998《航空用高溫合金熱軋板規(guī)范》
GJB3318-1998《航空用高溫合金冷軋帶材規(guī)范》
GB/T15062-1994《一般用途高溫合金管》
1.4GH3039化學(xué)成分見表1-1。
表1-1 %
C | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | Nb | Fe | Mn | Si | P | S |
不大于 | |||||||||||
≤0.08 | 19.0～22.0 | 余 | 1.80～2.30 | 0.35～0.75 | 0.35～0.75 | 0.90～1.30 | 3.00 | 0.40 | 0.80 | 0.020 | 0.012 |
注：1.合金中允許有Ce存在。
2.合金中ω(Cu)=0.20%。
1.5GH3039熱處理制度熱軋及冷軋板材和帶材固溶處理：1050～1090℃，空冷。棒材及管材固溶處理：1050～1080℃，空冷或水冷。
1.6GH3039品種規(guī)格和供應(yīng)狀態(tài)可以供應(yīng)各種規(guī)格的熱軋板、冷軋板、帶材、棒材、絲材、管材、和鍛件。板材、帶材和管材固溶處理和酸洗后交貨。絲材于冷加工狀態(tài)或固溶狀態(tài)供應(yīng)棒材不熱處理交貨。
1.7GH3039熔煉和鑄造工藝合金采用電弧爐熔煉、電弧爐或非真空感應(yīng)爐加電渣重熔或真空電弧重熔以及真空感應(yīng)爐加電渣或真空電弧重熔工藝。
1.8GH3039應(yīng)用概況與特殊要求用該合金材制作的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及加力燃燒室零部件，經(jīng)過的生產(chǎn)和使用考驗(yàn)，使用性能良好。
二、GH3039物理及化學(xué)性能
2.1GH3039熱性能
2.1.1GH3039熱導(dǎo)率見表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
λ/（W/（m?℃）） | 13.8 | 15.5 | 17.2 | 18.8 | 20.5 | 21.8 | 23.4 | 25.1 | 26.8 |
2.1.2GH3039比熱容見表2-2。
2.1.3GH3039線膨脹系數(shù)見表2-3。
表2-2[1]
θ/℃ | 150 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 |
c/(J/(kg.K)) | 544 | 574 | 636 | 645 | 762 | 779 | 921 | 1047 |
表2-3[1]
θ/℃ | 20～100 | 20～200 | 20～300 | 20～400 | 20～500 | 20～600 | 20～700 | 20～800 | 20～900 | 20～1000 |
α/10-6℃-1 | 11.5 | 12.4 | 13.2 | 13.5 | 13.8 | 14.3 | 14.9 | 15.3 | 15.8 | 16.4 |
2.2GH3039密度ρ=8.3g/cm3。
2.3GH3039電性能室溫電阻率ρ=1.18?10-6Ω?m。
2.4GH3039磁性能合金無磁性。
2.5GH3039化學(xué)性能
2.5.1GH3039性能
2.5.1.1GH3039在空氣介質(zhì)中經(jīng)100h試驗(yàn)后的氧化速率見表2-4。
2.5.1.2合金在高溫下工作時(shí)，有產(chǎn)生沿晶界氧化的傾向。在900～1100℃暴露100h后的沿晶氧化深度見表2-5。
2.5.1.3合金在高溫下100h內(nèi)的氧化增重
見圖2-1。
表2-4[2]
θ/℃ | 900 | 1000 | 1100 | 1200 |
氧化速率/(g/(m2?h)) | 0.074 | 0.251 | 0.535 | 1.061 |
表2-5[2]
θ/℃ | 900 | 1000 | 1100 |
沿晶界氧化深度/mm | 0.020 | 0.052 | 0.068 |
三、GH3039力學(xué)性能
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的力學(xué)性能見表3-1。
表3-1
標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 品種 | 室溫拉伸性能 | 800℃拉伸性能 | ||||
σb/MPa | δ5/% | φ/% | σb/MPa | δ5/% | φ/% | ||
GJB1952-1994 | 冷軋板 | 735 | 40 | - | 245 | 40 | - |
GJB2297-1995 | 航空用管 | 685① | 40① | - | 245 | 40 | - |
GJB3165-1998 | 棒材 | 735 | 40 | - | 245 | 40 | 40 |
GJB3317-1998 | 熱軋板 | 735 | 40 | 45 | 245 | 40 | 50 |
GJB3318-1998 | 冷軋帶 | 735② | 40① | - | - | - | - |
GB/T15062-1994 | 一般用管 | 635 | 35 | - | - | - | - |
注：①外徑>30mm,壁厚>3.0mm管材室溫σb≥635MPa,δ5≥30%。
②δ≤0.25mm帶材的室溫σb≥660MPa,δ5實(shí)測(cè)。
四、GH3039組織結(jié)構(gòu)
4.1相變溫度
4.2時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.3合金組織結(jié)構(gòu)
4.3.1合金固溶狀態(tài)為單相奧氏體，并含有少量的Ti(CN)、NbC及M32C6碳化物。經(jīng)600～900℃時(shí)效或使用后，有M32C6型碳化物析出，600～700℃時(shí)效后析出的碳化物顆粒細(xì)小，均勻分布于晶內(nèi)和晶界，時(shí)效溫度高于700℃時(shí)，主要沿晶界析出并聚集長(zhǎng)大。合金中不形成有害相，組織穩(wěn)定性較好。
4.3.2冷軋薄板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，供應(yīng)狀態(tài)晶粒度的要求為5～8級(jí)。
五、GH3039工藝性能與要求
5.1成型性能
5.1.1鍛造合金具有良好的熱加工工藝塑性，變形性能良好。鍛造加熱溫度1170～1190℃，終鍛溫度不低于900℃，一次加熱的變形量為50%。
5.1.2軋制板材荒軋溫度1100～1140℃，精軋溫度1050～1100℃，終軋溫度不低于850℃。經(jīng)電渣或真空自耗重熔的合金軋制時(shí)，精軋溫度應(yīng)稍低于電弧爐熔煉的合金。熱軋終軋道次變形量應(yīng)不低于13%，薄板冷軋變形量30%～55%。
5.1.3沖壓性能供應(yīng)狀態(tài)薄板具有良好的沖壓習(xí)慣你能，沖壓的限系數(shù)見表5-1，一般工作系數(shù)為限系數(shù)的80%～90%。供應(yīng)狀態(tài)δ1.5mm薄板反復(fù)彎壓至斷裂次數(shù)為20～29次；杯突試驗(yàn)深度為10.7～12.0mm。δ8.5mm熱軋中板經(jīng)深沖后應(yīng)立即（不得超過12h）進(jìn)行中間固溶處理，以消除應(yīng)力。
表5-1[9]
限深沖系數(shù) | 限翻邊系數(shù) | 限壓窩系數(shù) | 小彎曲半徑 | |
平頭陽(yáng)模 | 球頭陽(yáng)模 | |||
2.10～2.14 | 1.85～2.00 | 0.30～0.33 | 0.45～0.53 | 1δ① |
①δ為板厚。
5.2焊接性能
5.2.1合金可以用氬弧焊、點(diǎn)焊或縫焊等方法焊接，其焊接性能優(yōu)良，氬弧焊列為額傾向性小。手工氬弧焊（對(duì)接）規(guī)范見表5-2；自動(dòng)鎢氬弧焊（對(duì)接）規(guī)范見表5-3；點(diǎn)焊規(guī)范見表5-4；縫焊規(guī)范見表5-5。
表5-2[10]
焊前狀態(tài) | 焊絲 | 接頭形式 | 厚度/mm | 焊接電流/A | 電壓/V | 氬氣流量/(L/min) | 鎢直徑/mm | 性 | |
牌號(hào) | 直徑/mm | ||||||||
固溶，機(jī)械拋光 | HGH3039 | 0.8～1.0 | 對(duì)接 | 0.8 | 45～50 | 10～14 | 4～6 | 1.2 | 正 |
1.0～1.2 | 1.0 | 50～55 | 12～16 | 4～6 | 1.6～2.0 | ||||
1.2～1.6 | 1.2 | 60～65 | 12～16 | 6～8 | 1.6～2.0 | ||||
1.6～2.0 | 1.5 | 70～85 | 12～16 | 6～8 | 1.6～2.0 | ||||
2.0～2.5 | 2.0 | 90～100 | 12～16 | 8～12 | 2.0 | ||||
表5-3[10]
厚度/mm | 焊前狀態(tài) | 焊絲 | 焊接電流/A | 電壓/V | 焊接速度/(m/min) | 送絲速度/(m/min) | 氬氣流量/(L/min) | 背面氬氣流量/(L/min) | 鎢直徑/mm | 焊嘴直徑/mm | |
牌號(hào) | 直徑/mm | ||||||||||
0.8 | 固溶，機(jī)械拋光 | HGH3030 HGH3039 | 1.6 | 85～90 | 7～8 | 0.52 | 0.38 | 8～10 | 4～5 | 3 | 18 |
1.0 | 不加焊絲 | 150～160 | 12 | 0.66～0.69 | - | 14～16 | 4～5 | ||||
表5-4[10]
焊前狀態(tài) | 材料 | 電直徑/mm | 焊接參數(shù) | 核心直徑/mm | |||
牌號(hào) | 厚度/mm | 焊接電流/A | 焊接時(shí)間/s | 電壓力/N | |||
固溶 | GH3039＋GH3030 | 1.0～1.0 | 5.0 1 | 5000～6000 | 0.34～0.38 | 4510～4905 | 5.0 |
GH3039＋GH3044 | 1.2～1.5 | 5.0 1 | 6000～6500 | 0.32～0.36 | 4705～5100 | ||
GH3039＋GH3039 | 1.3～1.3 | 6.5 | 7000～7500 | 0.26～0.28 | 4905～5295 | ||
表5-5[10]
焊前狀態(tài) | 滾盤寬度/mm | 材料 | 焊接參數(shù) | 核心尺寸 | ||||||
牌號(hào) | 厚度/mm | 電流/A | 焊接時(shí)間/s | 休止時(shí)間/s | 焊接速度/(m/min) | 電壓力/N | 直徑/mm | 焊透率/% | ||
固溶，拋光 | 6.0＋7.0 | GH3039＋GH3030 | 1.0＋0.8 | 8100～9500 | 0.12～0.14 | 0.04～0.06 | 0.62～0.70 | 6865～7255 | 5.0～6.0 | 60 |
GH3039＋GH3030 | 1.0＋1.5 | 8400～9400 | 0.14～0.16 | 0.04～0.10 | 0.48～0.70 | 6865～7255 | 5.0～6.0 | |||
GH3039＋GH1140 | 1.0＋1.5 | 7600～8300 | 0.16～0.18 | 0.08～0.12 | 0.50～0.62 | 6865～7255 | 5.0～6.0 | |||
GH3039＋GH3039 | 1.3＋1.3 | 7500～8500 | 0.28～0.32 | 0.28～0.30 | 0.23 | 6865～7355 | 5.0 | |||
5.2.2焊接接頭力學(xué)性能見表5-6。
5.3零件熱處理工藝零件的中間固溶熱處理溫度為1050℃，空冷；燃燒室零件的終熱處理溫度為1080℃，空冷。要求之久性能較高的零件，固溶溫度可提高至1170℃。零件在固溶熱
處理時(shí)的保溫時(shí)間可根據(jù)厚度選擇5～20min。
表5-6[5]
焊接材料 | 熱處理 | 焊接方法 | 填充材料 | θ/℃ | σb/MPa | 彎曲角/(?) | 焊點(diǎn)強(qiáng)度/kN | |
焊前 | 焊后 | |||||||
冷軋薄板δ1.5mm | 固溶處理 | 不處理 | 氬弧焊 | HGH3039 | 20 | 785 | 180 | - |
700 | 441 | - | - | |||||
800 | 275 | - | - | |||||
900 | 157 | - | -- | |||||
縫焊 | - | 20 | 686 | - | - | |||
700 | 392 | - | - | |||||
800 | 245 | - | - | |||||
900 | 137 | - | - | |||||
點(diǎn)焊 | - | 20 | - | - | 12.75 | |||
800 | - | - | 5.88 | |||||
900 | - | - | 3.92 | |||||
5.4表面處理工藝
5.4.1零件熱處理后的表面氧化皮，可用吹沙或酸洗方法清除。
5.4.2該合金制燃燒室部件，可在H3PO4-H2SO4-H2O溶液中電解拋光，以改善表面光潔度和使用性能。
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