HY188/GH5188/Haynes 188鈷合金簡介

HY188/GH5188/Haynes 188合金

一、GH5188(GH188)概述 GH5188 是固溶強化型鈷基高溫合金，加入 14%的鎢固溶強化，使合金具有優(yōu)良的高溫?zé)釓娦裕砑?較高含量鉻和微量鑭，使合金具有良好的高溫抗氧化性能，同時具有滿意的成形、焊接等工藝性能，適于 制造航空發(fā)動機上在 980℃以下要求高強度和在 1100℃以下要求抗氧化的零件。也可在航天發(fā)動機和航 天飛機上使用?？缮a(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。

1.1 GH5188(GH188)材料牌號 GH5188(GH188)。

1.2 GH5188(GH188)相近牌號 Haynes Alloy 188(HA188),UNSR30188(美國),KCN22W(法國)。

1.3 GH5188(GH188)材料的技術(shù)標準 GJB 3317-1998 《航空用高溫合金熱軋板材規(guī)范》

1.4 GH5188(GH188)化學(xué)成分 見表 1-1。

表 1-1% C Cr Ni Co W Fe B La 0.05～ 0.15 20.0～ 24.0 20.0～ 24.0 余 13.0～ 16.0 ≤3.0 ≤0.015 0.03～ 0.12 Mn Si P S Ag Bi Pb Cu 不大于 ≤1.25 0.20～ 0.50 0.020 0.015 0.0010 0.0001 0.0010 0.07 1.5 GH5188(GH188)熱處理制度 熱軋板材 1170～1190℃，空冷；冷軋帶材和板材 1165～1230℃，快 速空冷；棒材和鍛件 1180℃±10℃，快速空冷。

1.6 GH5188(GH188)品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài) 供應(yīng) δ0.5～4mm 的冷軋薄板、δ4～14mm 的熱軋中板、 δ0.05～0.8mm 的冷軋帶材，及各種尺寸的棒材、鍛件、焊絲及精密鑄件。板材經(jīng)固溶處理、酸洗、矯直 和切邊后供應(yīng)；帶材經(jīng)固溶處理、酸洗、切邊后成卷供應(yīng)；板材經(jīng)固溶處理后磨光或車光交貨；鍛件于固 溶狀態(tài)供應(yīng)；精鑄件于鑄態(tài)交貨。

1.7 GH5188(GH188)熔煉與鑄造工藝 合金采用真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔或真空電弧重熔工藝生產(chǎn)。精 密鑄件采用真空感應(yīng)熔煉后由母合金錠真空重熔澆鑄而成。

1.8 GH5188(GH188)應(yīng)用概況與特殊要求 該合金在國外廣泛應(yīng)用于制造燃氣渦輪的高溫部件， 如燃燒室、尾噴管及核能工業(yè)中的熱交換器等零部件。在國內(nèi)用該合金制成的航空發(fā)動機燃燒室火焰筒和 導(dǎo)向葉片等高溫部件已通過長期試車考驗，并投入生產(chǎn)應(yīng)用。用該合金板材加工成零件的制造工藝中，任 何工序（如熱處理、焊接等）均應(yīng)防止?jié)B碳及銅污染，以免損害合金的力學(xué)性能和耐蝕性能。

二、GH5188(GH188)物理及化學(xué)性能

2.1 GH5188(GH188)熱性能 2.1.1 GH5188(GH188)熔化溫度范圍 1300～1360℃[1]。

2.1.2 GH5188(GH188)熱導(dǎo)率 見表 2-1。

表 2-1[2] θ/℃ 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 λ/(W/(m·℃)) 12.23 15.32 18.30 20.81 22.90 25.04 26.50 27.88 29.06

2.1.3 GH5188(GH188)比熱容 見表 2-2。 表 2-2[2] θ/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 c/(J/(kg·℃)) 208 425 454 484 513 534 554 571 588 600

2.1.4 GH5188(GH188)線膨脹系數(shù) 見表 2-3。 表 2-3[2] 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 11.8 12.4 12.9 13.4 13.7 14.4 14.8 15.2 15.7 16.2

2.1.5 GH5188(GH188)熱擴散率見表 2-4。 表 2-4[2] θ/℃ 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Q/(10- 6m2/s) 3.15 3.70 4.15 4.45 4.70 4.95 5.10 5.20 5.30 2.2 GH5188(GH188)密度 ρ=9.09g/cm3[2]。

2.3 GH5188(GH188)電性能 合金電阻率見表 2-5。 表 2-5[2] θ/℃ 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ρ/(10- 6Ω·m) 1.051 1.056 1.100 1.133 1.143 1.171 1.192 1.199 1.204 1.213 1.226

2.4 GH5188(GH188)磁性能 合金無磁性。

2.5 GH5188(GH188)化學(xué)性能 2.5.1 GH5188(GH188)抗氧化性能

2.5.1.1 GH5188(GH188)在空氣介質(zhì)中試驗 100h 的氧化速率見表 2-6。 表 2-6[2] θ/℃ 900 1000 1100 氧化速率/(g/m2·h) 0.021～0.034 0.081～0.098 0.125～0.128 2.5.1.2 GH5188(GH188)GH5188、GH3536 和 GH605 三種合金刀餓楔形樣式，在爐中的高溫靜止空氣 中在定溫度下試驗 1h 后，在空氣中冷卻不少于 40min，總的循環(huán)次數(shù)為 100 周；另一組試樣在轉(zhuǎn)速為 1000r/min 的旋轉(zhuǎn)式燃燒裝置中作循環(huán)氧化試驗，在定溫度下于 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 2-1。

2.5.2 GH5188(GH188)耐腐蝕性能 在含有硫酸鈉和氯化鈉等污染物的環(huán)境中，該合金的耐腐蝕能力優(yōu)于 鎳基合金 GH3536。GH5188 等 5 種合金板材，在燃氣速度為 4m/s，燃燒空氣中含 5×10-6 和 5×10-5 海鹽，№.2 號燃油中含 0.3%～0.45%硫，空氣-油的比例為 30：1，試驗時試樣旋轉(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 2-2。

三、GH5188(GH188)力學(xué)性能 GH5188(GH188)合金不同品種技術(shù)標準規(guī)定的性能見表 3-1。

表 3-1 品種 拉伸性能 持久性能 硬度 HV 其他性 能 θ/℃ σP0.2/MPaσb/MPaδ5/%θ/℃ σ/MPa t/h δ5/% 不小于 不小于 中板 20 380 860 45 815

① 927

① 165 76 23 23 10 15 282 晶粒度 ≥4 級 薄板 20 650 380 250 860 620 45 50 927 76 23 15 - 彎曲、 抗氧 化、晶 粒度 帶材 δ≤0.51mm 20 650 380 250 860 620 40 40 927 62 23 8 - 彎曲 180°、 抗氧 化、晶 粒度≥4 帶材 δ>0.51mm 20 650 380 250 860 620 45 50 927 76 23 15 -級 棒材 20 380 860 45 927 90 23 15 HBS≤302抗氧化 鍛件 20 380 860 45 927 83 23 15 HBS≤293抗氧化 精鑄件 20

②300 600 10 815 165 15 - - -

① 持久試驗任選一個溫度進行。

② 試制時拉伸試驗結(jié)果供參考。

四、GH5188(GH188)組織結(jié)構(gòu)

4.1 GH5188(GH188)相變溫度

4.2 GH5188(GH188)時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 見圖 4-1。

4.3 GH5188(GH188)合金組織結(jié)構(gòu) 4.3.1 GH5188(GH188)固溶狀態(tài)除奧氏體基體外，有 M6C 一次碳 化物，少量的 M6C 與富鑭化合物結(jié)合在一起的 LaxMy 相，還有 極少量的 M3B2 和 TiC 相。在高溫長期暴露后，M6C 會分解析出 M23C6，某些爐號可能析出 L 相，該相在 1180℃固溶或在 870～980℃長期暴露后重熔于基體。 4.3.2 GH5188(GH188)中板、薄板和帶材技 術(shù)標準規(guī)定，供應(yīng)狀態(tài)的晶粒度應(yīng)不粗于 4 級。 固溶溫度(保溫時間 10min)對板材晶粒度級別的 影響見表 4-1。

表 4-1[10] 固溶溫度/℃ 1100 1120 1140 1150 1160 晶粒度/級 8～7(9) 8～7 7～8 6～8 6～8(5) 固溶溫度/℃ 1170 1180 1190 1200 1220 晶粒度/級 5～7 5～7(4) 5～6(4) 4～6(3) 3～5(2)

五、GH5188(GH188)工藝性能與要求

5.1 GH5188(GH188)成形性能

5.1.1 GH5188(GH188)鍛造加熱溫度 1180℃，終鍛溫度不低于 980℃。鑄造組織破碎后們可以采用大變 形量，以減少再加熱次數(shù)和細化晶粒。 5.1.2 GH5188(GH188)板材再固溶處理后塑性良好，可以采用任何冷成形工藝成形，但其最小變形量應(yīng)大 于 12%，以避免退火后產(chǎn)生粗大晶粒(臨界變形組織)。

5.1.3 GH5188(GH188)工藝塑性

5.1.3.1 GH5188(GH188)高溫扭轉(zhuǎn)塑性圖見圖 5-1；高溫拉伸塑性圖見圖 5-2。5.1.3.2 GH5188(GH188)δ1.2mm 板材供應(yīng)狀態(tài)的杯突試驗擠壓深度為 10.6～12.0mm[2]。 5.2 GH5188(GH188)焊接性能 合金焊接性能良好，可用各種形式焊接工藝連接，以氬弧焊連接， 接頭強度和塑性下降較少。