镍基变形高温合金GH738

材料牌号：GH738、GH738 (GH4738)

美国牌号：Waspaloy

法国牌号：NC20K14

 

一、GH738概述

    GH738是以γ′相沉淀硬化的镍基高温合金，具有良好的耐燃气腐蚀能力、较高的屈服强度和疲劳性能，工艺塑性良好，组织稳定。广泛用于航空发动机转动部件，使用温度不高于815℃。可以生产冷轧和热轧板材、管材、带材、丝材和锻件、铸件、紧固件。

    1.1 GH738材料牌号  GH738

    1.2 GH738相近牌号  Waspaloy(美国)，NC20K14(法国)

    1.3 GH738材料的技术标准

    1.4 GH738化学成分  见表1-1。

                                         表1-1                                        %

C	Cr	Ni		Co		Mo		Al		Ti
0.03～0.10	18.0～21.0	余		12.0～15.0		3.50～5.00		1.20～1.60		2.75～3.25
B	Zr	Fe	Mn		Si		P		S		Cu
		不小于
0.003～0.010	0.02～0.08	2.0	0.10		0.15		0.015		0.015		0.10

    注：微量杂质为ω(Pb)≤0.001%、ω(As)≤0.0025%、ω(Sn)≤0.0012%、ω(Sb)≤0.0025%、ω(Bi)≤0.0001%。                                     

    1.5 GH738热处理制度 1080℃±10℃，4h，空冷＋840℃，24h，空冷＋760℃，16h，空冷。

    1.6 GH738品种规格和供应状态 可生产棒材、型材、锻坯、环形件、厚板、薄板、带材、管材、丝材、砂型铸件、精密铸件和紧固件等，通常不经热处理交货，板材固溶处理后交货。

    1.7 GH738熔炼和铸造工艺 采用真空感应熔炼加真空电弧重熔工艺。

    1.8 GH738应用概况与特殊要求 该合金在国外广泛用于航空发动机和燃气轮机，主要用作涡轮叶片及涡轮盘等转动件，有成熟的使用经验。由于该合金含钴较高，在国内较少采用。

二、GH738物理及化学性能

    2.1 GH738热性能

2.1.1 GH738熔化温度范围 1330～1360℃。

2.1.2 GH738热导率 见表2-1。

                                                    表2-1[1]

θ/℃	360	460	545	640	770	855	985
λ/(W/(m·℃))	16.8	18.3	20.2	22.4	24.1	25.3	28.0

    2.1.3 GH738比热容 见表2-2。

                                             表2-2[1]

θ/℃	360	460	545	640	770	855	985
c/(J/(kg.℃))	515	540	573	603	640	665	707

2.1.4 GH738线膨胀系数 见表2-3。

                                                                                                         表2-3[1]

θ/℃	20～100	20～200	20～300	20～400	20～500	20～600	20～700	20～800	20～900
α/10-6℃-1	12.47	12.73	13.04	13.53	13.97	14.47	15.05	15.68	15.95

    2.2 GH738密度  ρ=8.22g/cm3。

2.3 GH738电性能 

    2.4 GH738磁性能  合金无磁性。

    2.5 GH738化学性能

2.5.1 GH738抗氧化性能 合金在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-4。

2.5.2 GH738耐腐蚀性能 合金抗盐雾腐蚀能力良好。

                                             表2-4[1]

θ/℃	900	1000
氧化速率/(g/(m2· h))	0.083	0.226

 

 

三、GH738力学性能

3.1 GH738技术标准规定的性能 见表3-1。

                                             表3-1

拉伸性能				HBS	持久性能
θ/℃	σb/MPa	δ5/%	φ/%		θ/℃	σ/MPa	t/h	δ5/%
	不小于						不小于
815	608	20	32	299～387	815	328	23	8

四、GH738组织结构

    4.1 GH738相变温度 合金中γ′相的溶解温度为980～1050℃，开始从基体中析出温度为630℃，析出峰值温度为800℃。合金中M23C6碳化物相的开始析出温度为700℃，完全溶解温度为1020℃。    

    4.2 GH738时间-温度-组织转变曲线

4.3 GH738合金组织结构 经标准热处理后，除奥氏体基体外，还有γ′相，其化学式为(Ni0.883Fe0.03Cr0.048Co0.039)3.28(Al0.38Ti0.62Mo痕迹)，该相总量占合金重量的20%。此外，还有M23C6型碳化物，其化学式近似为(Cr0.746Mo0.094Ni0.084Co0.041Fe0.023Ti0.012)23C6。另外，还有少量的Ti(CN)和TiN等相。

该合金经650℃和730℃长期时效至3000h，γ′相的数量变化不明显，分别约有3%和1%左右的补充析出，γ′相大小分别从146nm长大至196nm和177nm。碳化物MC向M23C6转化，碳化物总量略有增加，从时效前占基体总量的0.5%增加到0.76%和0.78%。在长期时效过程中无新相析出，组织稳定。

五、GH738工艺性能与要求

    5.1 GH738成型性能

5.1.1 GH738合金塑性图见图5-1。

5.1.2 GH738合金的再结晶图见图5-2。

    5.1.3 GH738该合金热加工塑性良好，是比较好成形的镍基高温合金。锻造开坯加热温度1150～1170℃，适宜的热加工温度为1040～1170℃，终锻温度不低于1000℃。涡轮叶片锻造温度通常采用1070～1110℃范围，模锻最小变形量应大于25%。应避免在高温（1180℃）下小变形量（约10%）热加工，此时可能在晶界上形成连续的MC型碳化物薄膜，导致缺口敏感。在较低温度下（980～1080℃）热变形，晶界上很少形成MC碳化物薄膜，只有不连续的M23C6型碳化物，热处理后可获得均匀的4～5级晶粒度，综合性能良好。

 

    5.3 GH738零件热处理工艺 零件热处理时应注意防止零件表面元素贫化，加热应均匀。

    5.4 GH738表面处理工艺 该合金用做涡轮叶片和涡轮盘等转动件时，为了提高疲劳性能，进行氩气保护消除应力退火，以及喷丸处理。为提高涡轮叶片耐燃气腐蚀及热疲劳性能，可进行扩散渗铝处理。