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一、GH2132 概述
GH2132是Fe-25Ni-15Cr基高温合金，加入钼、钛、铝、钒及微量硼综合强化。在650℃以下具有高的屈服强度和持久、蠕变强度，并且具有较好的加工塑性和满意的焊接性能。适合制造在650℃以下长期工作的航空发动机高温承力部件，如涡轮盘、压力机盘、转子叶片和紧固件等。该合金可以生产各种形状的变形产品，如盘件、锻件、板、棒、丝和环形件等。
优质GH2132合金，是在GH2132合金基础上发展而来，只要是提高合金纯洁度，限制气体含量，控制低熔点元素含量，并调整热处理制度，从而使合金的热强性和长期使用性能提高。
1.1 GH2132 材料牌号 GH2132(GH132)
1.2 GH2132 相近牌号 A286,UNSS66286(美国),ZbNCT25(法 国),P.Q.A286(美国)
1.3 GH2132 材料的技术标准
GJB 2611-1996 《航空用高温合金冷拉棒材规范》
GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》
GJB 3020-1997 《航空用高温合金环坯规范》
GJB 3065-1998 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》
GJB 3167-1998 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》
GJB 3317-1998 《航空用高温合金热轧板规范》
GJB 3782-1999 《航空用高温合金锻制圆饼规范》
GB/T 14996-1994 《高温合金冷轧薄板》
Q/3B4071-1993 《YZGH2132合金热轧棒材》
Q/6S1032-1992 《高温紧固件用YZGH2132合金棒材》
1.4 GH2132 化学成分 GH2132合金化学成分见表1-1，优质GH2132合金化学成分见表1-2。
表1-1%
|
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Ti |
Fe |
V |
B |
Mn |
Al |
Si |
P |
S |
|
不大于 |
||||||||||||
|
≤0.08 |
13.5～16.0 |
24.0～27.0 |
1.00～1.50 |
1.75～2.30 |
余 |
0.10～0.50 |
0.001～0.010 |
1.00～2.00 |
0.04 |
1.00 |
0.030 |
0.020 |
注：1 冷拉棒、圆饼和环坯标准规定ω(Ti)1.80%～2.35%。
2 热轧和冷轧板标准规定，ω(B)0.003%～0.010%，ω(Mn)≤2.00%，ω(P)≤0.020%，ω(S)≤0.015%。
3 冷拉焊丝标准规定，ω(Al)≤0.35%，ω(Ti)1.75%～2.35%，ω(Si)0.40%～1.00%，ω(P)≤0.020%，ω(S)≤0.015%。
4 冷镦用丝材标准规定，ω(Ti)1.75%～2.35%，ω(Si)0.40%～1.00%，ω(P)≤0.025%，ω(S)≤0.020%。
5 热轧和锻制棒材标准规定ω(Cu)≤0.25%。
表1-2%
|
C |
Cr |
Ni |
Mo |
Ti |
Fe |
V |
B |
Mn |
Al |
Si |
P |
S |
|||||||||||
|
不大于 |
|||||||||||||||||||||||
|
≤0.08 |
13.50～16.00 |
24.00～27.00 |
1.00～1.50 |
1.90～2.35 |
余 |
0.10～0.50 |
0.003～0.010 |
0.35 |
0.35 |
0.35 |
0.015 |
0.002 |
|||||||||||
|
Ca |
Mg |
Cu |
Sn |
Pb |
Se |
Ag |
Te |
Tl |
Bi |
N |
O |
||||||||||||
|
不大于 |
|||||||||||||||||||||||
|
0.005 |
0.005 |
0.30 |
0.0050 |
0.0005 |
0.0003 |
0.0005 |
0.00005 |
0.0001 |
0.00003 |
0.0100 |
0.0050 |
||||||||||||
注：微量元素Se、Te、Tl在确定分析方法前，报实测数据，不作为验收依据。
1.5 GH2132 热处理制度 材料标准规定的GH2132热处 理制度见表1-3；优质GH2132热处理制度为900℃±10℃，1～2h,油冷＋750℃±10℃，16h，空冷。
表1-3
|
材料品种 |
热处理制度 |
|
棒材、圆饼 |
980～1000℃，1～2h，油冷＋700～720℃，12～16h,空冷 |
|
热轧板、冷轧板 |
980～1000℃，空冷＋700～720℃，12～16h，空冷 |
|
冷拉棒 |
980～1000℃，1～2h，油冷＋700～720℃，16h,空冷 |
|
环件毛坯 |
980～990℃，1～2h，油冷＋700～720℃，16h,空冷 |
|
冷镦用冷拉丝 |
980～1000℃，水冷或油冷＋700～720℃，16h,空冷 |
注:冷拉棒和冷拉丝标准规定，性能检验不合格时，可以不大于760℃时效16h，合格后交货。
1.6 GH2132 品种规格和供应状态 可以供应各种规格的棒材、板材、丝材、盘件和环件。棒材、圆饼和环坯不经热处理交货；热轧板和冷轧板固溶和酸洗后交货；冷拉棒材于固溶＋酸洗状态交货；冷镦丝可于固溶＋酸洗盘状、或固溶＋酸洗直条状、或固溶直条状磨光和冷拉等几种状态交货；冷拉焊丝于冷拉状态、或固溶＋酸洗、或半硬状态交货。
1.7 GH2132熔炼和铸造工艺 GH2132合金可采用非真空感应＋电渣，电弧炉＋电渣和电弧炉＋真空电弧以及真空感应＋真空电弧等工艺熔炼。优质GH2132合金可采用真空感应＋真空电弧工艺熔炼。
1.8 GH2132 应用概况与特殊要求 在航空上主要用于在650℃以下工作的发动机压气机盘、涡轮盘、承力环、机匣、轴类、紧固件和板材焊接承力件等。在国内该合金已在航空上获得较为广泛的应用。优质GH2132合金用作航空发动机压气机叶片及高温紧固件等。
二、GH2132 物理及化学性能
2.1 GH2132 热性能
2.1.1 GH2132 熔化温度范围 1364-1424℃[1]。
2.1.2 GH2132 热导率 见表2-1。
表2-1[1]
|
θ/℃ |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
λ/（W/（m·C）） |
14.2 |
15.9 |
17.2 |
18.8 |
20.5 |
22.2 |
23.9 |
25.5 |
27.6 |
2.1.3 GH2132线膨胀系数 GH2132线膨胀系数见表2-2；优质GH2132线膨胀系数见表2-3
表2-2[1]
|
θ/℃ |
20～100 |
20～200 |
20～300 |
20～400 |
20～500 |
20～600 |
20～700 |
20～800 |
20～900 |
|
α/10-6C-1 |
15.37 |
16.09 |
16.31 |
16.84 |
17.58 |
18.06 |
18.74 |
19.62 |
20.45 |
表2-3[2]
|
θ/℃ |
20～100 |
20～200 |
20～300 |
20～400 |
20～500 |
20～600 |
20～700 |
20～800 |
20～850 |
|
α/10-6C-1 |
15.7 |
16.0 |
16.5 |
16.8 |
17.3 |
17.5 |
17.9 |
19.1 |
19.7 |
2.2 GH2132密度 GH2132:ρ=7.93g/cm3[1]；优质GH2132:ρ=7.99g/cm3[2]。
2.3 GH2132电性能 电阻率见表2-4
2.4 GH2132磁性能
2.5 GH2132化学性能
2.5.1 GH2132抗氧化性能 合金在空气介质中试验100～300h后的氧化速率见表 2-5。
表2-4[1]
|
θ/℃ |
20 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
ρ/(10-6Ω·m ) |
0.914 |
0.985 |
1.018 |
1.074 |
1.119 |
1.135 |
1.165 |
1.192 |
1.213 |
1.225 |
表2-5[1]
|
θ/℃ |
氧化速率/(g/(m2·h)) |
||
|
100h |
200h |
300h |
|
|
650 |
0.00417 |
0.00276 |
0.00234 |
|
750 |
0.03250 |
0.07216 |
0.08322 |
|
850 |
0.00630 |
0.12386 |
0.09672 |
三、GH2132力学性能
技术标准规定的性能 GH2132合金见表3-1；优质GH2132合金见表3-2
表3-1
|
品种 |
室温性能 |
θ/℃ |
拉伸性能 |
持久性能 |
|||||||||
|
σb/MPa |
σP0.2/MPa |
δ5/% |
φ/% |
aKU/（kJ/m2） |
HBS |
σb/MPa |
δ5/% |
φ/% |
σ/MPa |
t/h |
δ5/% |
||
|
不小于 |
不小于 |
||||||||||||
|
轧棒 锻棒 |
930 |
- |
20 |
40 |
- |
255～321 |
550 |
785 |
16 |
28 |
588 |
100 |
- |
|
650 |
735 |
15 |
20 |
392 |
100 |
- |
|||||||
|
冷拉棒① |
900 |
590 |
15 |
20 |
- |
248～341 |
650 |
- |
- |
- |
451 （392） |
23 （100） |
5 （3） |
|
热轧板② |
885 |
- |
20 |
- |
- |
- |
650 |
735 |
15 |
- |
- |
- |
- |
|
550 |
785 |
16 |
- |
- |
- |
- |
|||||||
|
冷轧板② |
885 |
- |
20 |
- |
- |
- |
650 |
735 |
15 |
- |
392 |
100 |
实测 |
|
550 |
785 |
16 |
- |
588 |
100 |
实测 |
|||||||
|
圆饼 |
930 |
620 |
20 |
40 |
290 |
255～321 |
650 |
735 |
15 |
20 |
392 |
100 |
- |
|
环坯 |
930 |
620 |
20 |
30 |
290 |
255～321 |
650 |
735 |
15 |
- |
392 |
100 |
- |
|
冷镦 用丝① |
900（930）③ |
590 - |
15 （18） |
20 （40） |
- - |
248～341 （HV260～360） |
650 |
- |
- |
451 （392） |
23 （100） |
5 - |
|
① 冷拉棒和冷镦用丝材，固溶状态硬度不大于HBS202(HV194)。
② 板材的高温拉伸和持久试验只作一个温度，如合同中未注明时按650℃进行试验。
③ 如需方要求，可按括号内指标进行检验。
四、GH2132组织结构
4.1 相变温度
4.2 时间-温度-组织转变曲线 GH2132合金中η-Ni3Ti相的析出动力学曲线见图4-1。
4.3 合金组织结构 GH2132合金在标准热处理状态下，在γ基体上有球状均匀弥散分布的Ni3（Ti，Al）型γ′相以及TiN,TiC，晶界有微量M3B2，晶界附近可能有少量η相和L相。合金硅、硫含量较高时，会有G相、Y相在晶界析出。长期时效或使用后是否有σ相析出，与合金成分有关。近年来采用相分析
计算方法提出了如下简化公式：
ΔNv′=Ni－3Ti－3.5Al－1.7Si－0.9Cr－4.7[1]
注：元素符号表示该元素在合金中的重量百分比。当ΔNV′>0
时，无σ相析出。
γ′相的溶解温度为830～850℃，开始析出温度在650℃左右，700～730℃析出最多。标准热处理后γ′相数量约为合金重量的2%～3%，直径约10～20nm，其化学组成近似(Ni0.93Fe0.04Cr0.03)2.73(Ti0.83Al0.17)。550～650℃长期时效后，γ′相数量稍微增加，尺寸略微长大。当合金中ω(Al)>0.4%时，就有可能出现胞状γ′相。
TiC,TiN的数量约占合金重量的0.25%，基本上不参与合金热处理过程的组织转变。TiC在1180℃以上才开始溶解，TiN则更不易溶解。
η相形成的温度区间约在700～900℃之间，析出温度与合金Ti含量相关。
M3B2相在1040～1080℃固溶时已大量溶解，至1180～1210℃可完全溶解，M3B2在650℃时效已有析出。
L相在950～990℃之间股溶蚀溶解，析出峰在850℃左右。G相在982℃以上开始溶解，至1120℃可完全溶解，析出峰在850℃左右。σ相析出温度在650～900℃之间，析出峰在750～850℃左右。G、σ和η相的出现对合金性能起损害作用。
五、GH2132工艺性能与要求
5.1 成型性能
5.1.1 GH2132合金的工艺塑性图见图5-1，再结晶图见图5-2。
5.1.2 合金锻造开坯加热温度1080～1140℃，终锻温度高于900℃。水压机开坯时加热温度1110℃，停压温度高于950℃；模锻开压温度为1100℃，停压温度高于930℃。环件轧制加热温度1130～1150℃，终轧温度高于900℃。棒材及型材轧制温度1080～1140℃，终轧温度高于900℃。
5.2 焊接性能 合金具有满意的焊接性能，可用氩弧焊、点焊、缝焊紧进行焊接。合金于固溶状态进行焊接，焊后进行时效处理。
5.2.1 手工和自动钨极对接氩弧焊规范见表5-1。推荐采用HGH113焊丝和较小的焊接能量输入。
5.2.2 自动钨极脉冲氩弧焊对焊规范见表5-2。
5.2.3 缝焊规范见表5-3。
5.2.4 焊后进行时效处理的氩弧焊对接接头的强度系数大于90%。
表5-1[8]
|
焊接方法 |
厚度/mm |
焊丝 |
电流/A |
电压/V |
焊接速度/(m/min) |
送丝速度/(m/min) |
氩气流量/(L/min) |
背面气体流量/(L/min) |
钨极直接/mm |
焊嘴直径/mm |
|
|
牌号 |
直径/mm |
||||||||||
|
手工氩弧焊 |
1.5＋1.5 |
HGH2132 |
1.6 |
70～90 |
8～10 |
- |
- |
6～8 |
- |
1.6 |
8 |
|
2.0＋2.0 |
90～100 |
||||||||||
|
自动氩弧焊 |
1.5＋1.5 |
HGH2132 HGH1140 HGH113 |
1.6 |
95～100 |
7～8 |
0.25～0.32 |
0.32 |
5～8 |
2～3 |
3.0 |
18 |
|
2.0＋2.0 |
130 |
||||||||||
表5-2[8]
|
厚度/mm |
焊丝 |
电压/V |
脉冲电流/A |
维弧电流/A |
脉冲幅比 |
脉冲宽比 |
脉冲频率/Hz |
焊接速度/(m/min) |
送丝速度/(m/min) |
|
|
牌号 |
直径/mm |
|||||||||
|
0.8 |
不加丝 |
- |
8.5 |
50 |
13 |
4 |
3 |
5 |
0.3 |
- |
|
0.8 |
HSG-1 |
1.0 |
8.5～9.0 |
60 |
15 |
4 |
2 |
5 |
0.27 |
0.165 |
|
1.5 |
HSG-1 |
1.0 |
8.5～9.0 |
100 |
28 |
3.5 |
2 |
3 |
0.23 |
0.2 |
|
2.0 |
HSG-1 |
1.0 |
9～10 |
130 |
26 |
5 |
2 |
3 |
0.2 |
0.25 |
表5-3[8]
|
厚度/mm |
滚盘宽/mm |
电源/A |
焊接时间/s |
休止时间/s |
焊接速度/(m/min) |
电极压力/N |
|
|
上 |
下 |
||||||
|
1.5＋1.5 |
5.5 |
6.0 |
8300～9500 |
0.16～0.18 |
0.16～0.18 |
0.36 |
7650～8335 |
|
2.0＋2.0 |
10000～12000 |
0.18～0.22 |
0.24～0.28 |
0.36 |
8335～9805 |
||
5.3 零件热处理工艺 固溶温度980～1000℃，根据零件截面厚度温度保温不同时间后进行空冷、油冷或水冷后，再在700～720℃时效12～16h后空冷。优质GH2132合金制零件的热处理工艺为：固溶900℃±10℃，1～2h，油冷＋时效750℃±10℃，16h，空冷。
5.4 表面处理工艺 在高温下工作的零件可采用W-2珐琅涂层涂层进行有效的保护。
