GH93概述
GH93是含有較高的鈷和鉻的沉淀硬化鎳基合金，具有較高的強度和較好的組織穩(wěn)定性，在815℃以下使用，綜合性能良好。用于航空發(fā)動機的渦輪葉片，小型發(fā)動機渦輪盤和緊固件。該合金熱加工塑性良好，可以供應板材、棒材和鍛件。
1.1 GH93材料型號 GH93。
1.2 GH93相近型號 NimoNic93(英國),NCK2OTA(法國）。
1.3 GH93材料的技術標準
C3S 163-1985《GH93合金熱軋和鍛制棒材》(長城鋼廠三分廠）
C3S 164-1985《GH93合金冷軋薄板》(長城鋼廠三分廠）
1.4 GH93化學成分 見表1-1。 表1-1 %
C | Cr | Ni | Co | Al | Ti | Fe | B | MN | Si | P | S | Cu | Pb |
≤0.13 | 18.0～21.0 | 余量 | 15.0～21.0 | 1.0～2.0 | 2.0～3.0 | ≤1.00 | ≤0.02 | ≤1.00 | ≤1.00 | ≤0.015 | ≤0.015 | ≤0.20 | ≤0.0025 |
注：B按計算量加入，允許加入微量的Ce、Zr、Mg元素。
1.5 GH93熱處理制度 1050～1080℃，8h，空冷＋710℃±10℃，16h，空冷。
1.6 GH93品種規(guī)格與供應狀態(tài) 可以供應d20～22mm熱軋棒材，δ0.4～4mm板材，d120mm以下鍛材和鍛件，板材為固溶狀態(tài)交貨，其它品種均為鍛態(tài)和軋制狀態(tài)交貨。
1.7 GH93熔煉與鑄造工藝 真空感應熔煉＋真空電弧或電渣重熔工藝。
1.8 GH93應用概況與特殊要求 該合金制造的航空發(fā)動機零部件，在英國及法國有所采用，國內用其制造自由渦輪、墊片、墊圈、鎖片等。
二、GH93物理及化學性能
2.1 GH93熱性能
2.1.1 GH93熔化溫度范圍 1360～1390℃。
2.1.2 GH93熱導率 見表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
λ/(W/(m·℃)) | 11.47 | 12.77 | 14.44 | 15.99 | 17.54 | 18.97 | 20.64 | 22.32 | 23.99 | 25.83 | 27.88 |
2.1.3 GH93比熱容 見表2-2。
表2-2[1]
θ/℃ | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
c/(J/(kg.℃)) | 446 | 467 | 494 | 520 | 547 | 572 | 600 | 626 | 652 | 679 | 706 |
2.1.4 GH93線膨脹系數 見表2-3。
表2-3[2]
θ/℃ | 16～100 | 16～200 | 16～300 | 16～400 | 16～500 | 16～600 | 16～700 |
α/10-6℃-1 | 11.91 | 12.97 | 13.52 | 14.10 | 14.49 | 14.99 | 15.61 |
2.2 GH93密度 ρ=8.19g/cm3。
2.3 GH93電性能
2.4 GH93磁性能 合金無磁性。
2.5 GH93化學性能
2.5.1 GH93抗氧化性能 在空氣介質中試驗100h后的氧化速率見表2-4。
2.5.2 GH93耐腐蝕性能 合金具有良好的耐熱腐蝕能力。
表2-4[2]
θ/℃ | 700 | 800 | 900 |
氧化速率/(g/(m2·h)) | 0.0398 | 0.0236 | 0.1435 |
注：試驗方法按YB48-1964。
GH93力學性能
3.1 GH93技術標準規(guī)定的性能 見表3-1。
3.1.1 GH93室溫拉伸性能生產檢驗數據統(tǒng)計處理結果見表3-2。
表3-1
品種 | 拉伸性能 | HBS | 持久性能 | ||||||
θ/℃ | σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | θ/℃ | σ/MPa | t/h | δ5/% | ||
不小于 | 不小于 | ||||||||
鍛材 軋材 | 20 | 1080 | 685 | 20 | 290 | 700 815 | 588 294 | 30 30 | 5 7 |
表3-2
品種 | 統(tǒng)計數 | σb/MPa | σP0.2/MPa | ||||
A | B | S | A | B | S | ||
鍛材 軋材 | 100 100 | 1115 1140 | 1155 1185 | 1080 1080 | 700 725 | 740 765 | 685 685 |
注：長城鋼廠三分廠數據。
3.2 GH93室溫及各種溫度下的力學性能
3.2.1 GH93拉伸性能 見表3-3。
3.2.2 GH93沖擊性能
3.2.2.1 GH93d22mm棒材在標準熱處理狀態(tài)的沖擊性能見表3-4。
表3-3[2]
品種規(guī)格/mm | 狀態(tài) | θ/℃ | σb/MPa | δ5/% | φ/% |
軋制棒材(d20～22) | 1065℃±10℃,8h,空冷＋710℃±10℃,16h，空冷 | 20 400 600 700 800 815 850 900 | 1304 1282 1162 1033 770 715 637 489 | 29 29 24 28 23 24 20 34 | 41 38 36 31 24 31 29 50 |
表3-4[2]
θ/℃ | 20 | 600 | 700 | 800 | 850 |
aKU/(kJ/m2) | 917 | 1000 | 833 | 951 | 1039 |
3.2.2.1 GH93鍛材縱向沖擊韌度aKU=980kJ/m2
左右，橫向沖擊韌性aKU≈441～539kJ/m2。
3.3 GH93持久和蠕變性能
3.3.1 GH93高溫持久性能
3.3.1.1 GH93該合金的熱強參數綜合曲線見圖3-1。
3.3.1.2 GH93鍛材和軋材在標準熱處理狀態(tài)不同溫度的持久性能見表3-5。
表3-5[2]
品種 | 700℃,441MPa | 750℃,343MPa | 850℃,196MPa | 900℃,98MPa | ||||||||||
光滑 | 缺口 | 光滑 | 光滑 | 缺口 | 光滑 | |||||||||
t/h | δ5/% | φ/% | t/h | δ5/% | φ/% | t/h | t/h | δ5/% | φ/% | t/h | t/h | δ5/% | φ/% | |
鍛材 | - | - | - | - | 471 | 8 | 13 | - | - | - | - | - | - | - |
軋材 | 461 | 8 | 13 | 537 | 267 | 11 | 17 | 93 | 27 | 29 | 356 | 169 | 37 | 47 |
3.3.1.3 GH93鍛材縱向和橫向試樣的持久強度相近，但橫向試樣的持久塑性低于縱向試樣。鍛材在650℃和750℃均無缺口敏感性。
3.3.1.4 GH93棒材在標準熱處理狀態(tài)的持久強度見表3-6。
表3-6[2]
θ/℃ | σ100/MPa | σ300/MPa | σ1000/MPa | θ/℃ | σ100/MPa | σ300/MPa | σ1000/MPa | θ/℃ | σ100/MPa | σ300/MPa | σ1000/MPa |
700 | 569 | 500 | 402 | 750 | 392 | 353 | 284 | 850 | 186 | 157 | 93 |
注：根據熱強參數綜合曲線和試驗值確定。
3.3.2 GH93高溫蠕變性能
3.3.2.1 GH93棒材在標準熱處理狀態(tài)的蠕變性能見表3-7。
表3-7[2,3]
θ/℃ | t/h | σ/MPa | εt/% | εtP/% | θ/℃ | t/h | σ/MPa | εt/% | εtP/% |
650 815 | 100 100 | 490 147 | 0.203 0.154 | 0.060 0.075 | 815 850 | 300 100 | 137 98 | 0.274 0.166 | 0.178 0.102 |
3.3.2.2 GH93標準熱處理狀態(tài)的盤鍛件在650℃的蠕變曲線見圖3-2。
3.4 GH93疲勞性能
3.4.1 GH93高周疲勞 標準熱處理狀態(tài)的旋轉彎曲疲勞強度見表3-8。
表3-8[1～3]
θ/℃ | N/周 | σ-1/MPa | σ-1H/MPa |
750 815 | 107 | 392 294 | 275 226 |
3.5 GH93彈性性能
3.5.1 GH93彈性模量 見表3-9。
表3-9[1]
θ/℃ | 10 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 |
ED/GPa | 226 | 222 | 217 | 210 | 203 | 199 | 190 | 183 |
四、GH93組織結構
4.1 GH93相變溫度 γ′相開始溶解溫度為950℃。
4.2 GH93時間-溫度-組織轉變曲線
4.3 GH93合金組織結構 在奧氏體基體上析出γ′相，M23C6型碳化物呈鏈狀分布在晶界，MC型碳化物主要以顆粒狀分布于晶內，未發(fā)現M7C3型碳化物。
五、GH93工藝性能與要求
5.1 GH93成形性能 該合金熱加工塑性良好，在1050～1150℃溫度范圍內，允許鐓粗變形量為80%而不開裂。鍛造開坯加熱溫度1130～1150℃，終鍛溫度不低于950℃，軋制加熱溫度1150～1170℃，終軋溫度不低于1000℃。
5.2 GH93焊接性能 板材可采用氬弧焊聯接，固溶狀態(tài)焊接性尚好，焊后應消除應力并進行時效處理。
5.3 GH93零件熱處理工藝 渦輪盤坯料可以先經固溶處理，機加工后在氬氣保護下進行時效
處理，也可以用餅坯經全熱處理后進行機加工。坯料單層平放在熱處理加熱爐均溫區(qū)緩慢升溫，冷卻時出爐后分散冷卻。
5.4 GH93表面處理工藝 渦輪盤榫槽部分可以采用電拋光或噴丸處理。
5.5 GH93切削加工與磨削性能 該合金在固溶狀態(tài)切削性能優(yōu)于時效狀態(tài)。
