GH3039镍基变形高温合金

H3039 镍基变形高温合金

中国牌号：GH3039/GH39

俄罗斯牌号：ЭИ602/XH75MБГЮ

一、GH3039 概述

    GH3039为单相奥氏体型固溶强化合金，在800℃以下具有中等的热强性和良好的热疲劳性能，1000℃以下抗氧化性能良好。长期使用组织稳定，还具有良好的冷成形性和焊接性能。适宜于850℃以下长期使用的航空发动机燃烧室和加力燃烧室零部件。该合金可以生产板材、棒材、丝材、管材和锻件。

    1.1 GH3039 材料牌号  GH3039(GH39)

    1.2 GH3039 相近牌号  ЭИ602，ХН75МБГЮ(俄罗斯）

    1.3 GH3039 材料的技术标准

    GJB 1952-1994《航空用高温合金冷轧薄板规范》

    GJB 2297-1995《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》

    GJB 2612-1996《航空用高温合金冷拉丝材规范》

    GJB 3165-1998《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》

    GJB 3317-1998《航空用高温合金热轧板规范》

    GJB 3318-1998《航空用高温合金冷轧带材规范》

    GB/T15062-1994《一般用途高温合金管》

    1.4 GH3039 化学成分  见表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.合金中允许有Ce存在。

        2.合金中ω(Cu)=0.20%。                                    

    1.5 GH3039 热处理制度 热轧及冷轧板材和带材固溶处理：1050～1090℃，空冷。棒材及管材固溶处理：1050～1080℃，空冷或水冷。

    1.6 GH3039 品种规格和供应状态 可以供应各种规格的热轧板、冷轧板、带材、棒材、丝材、管材、和锻件。板材、带材和管材固溶处理和酸洗后交货。丝材于冷加工状态或固溶状态供应棒材不热处理交货。

    1.7 GH3039 熔炼和铸造工艺 合金采用电弧炉熔炼、电弧炉或非真空感应炉加电渣重熔或真空电弧重熔以及真空感应炉加电渣或真空电弧重熔工艺。

    1.8 GH3039 应用概况与特殊要求 用该合金材制作的航空发动机燃烧室及加力燃烧室零部件，经过长期的生产和使用考验，使用性能良好。

二、GH3039 物理及化学性能

    2.1 GH3039 热性能

2.1.1 GH3039 热导率 见表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

    2.1.2 GH3039 比热容 见表2-2。 

2.1.3 GH3039 线膨胀系数 见表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

    2.2 GH3039密度  ρ=8.3g/cm3。

2.3 GH3039电性能 室温电阻率ρ=1.18×10-6Ω·m。

    2.4 GH3039磁性能  合金无磁性。

    2.5 GH3039化学性能

2.5.1 GH3039抗氧化性能

2.5.1.1 GH3039在空气介质中经100h试验后的氧化速率见表2-4。

GH3039合金在高温下长期工作时，有产生沿晶界氧化的倾向。在900～1100℃暴露100h后的沿晶氧化深度见表2-5。

2.5.1.3 GH3039合金在高温下100h内的氧化增重

见图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力学性能

   GH3039技术标准规定的力学性能见表3-1。

表3-1

标准号
 

品种
 

室温拉伸性能
 

800℃拉伸性能

σb/MPa
 

δ5/%
 

φ/%
 

σb/MPa
 

δ5/%
 

φ/%

GJB 1952-1994
 

冷轧板
 

735
 

40
 

-
 

245
 

40
 

-

GJB 2297-1995
 

航空用管
 

685①
 

40①
 

-
 

245
 

40
 

-

GJB 3165-1998
 

棒材
 

735
 

40
 

-
 

245
 

40
 

40

GJB 3317-1998
 

热轧板
 

735
 

40
 

45
 

245
 

40
 

50

GJB 3318-1998
 

冷轧带
 

735②
 

40①
 

-
 

-
 

-
 

-

GB/T 15062-1994
 

一般用管
 

635
 

35
 

-
 

-
 

-
 

-

注：①外径>30mm,壁厚>3.0mm管材室温σb≥635MPa,δ5≥30%。

    ②δ≤0.25mm带材的室温σb≥660MPa,δ5实测。

四、GH3039组织结构

    4.1 GH3039相变温度

    4.2 GH3039时间-温度-组织转变曲线

4.3 GH3039合金组织结构

4.3.1 GH3039合金固溶状态为单相奥氏体，并含有少量的Ti(CN)、NbC及M32C6碳化物。经600～900℃长期时效或使用后，有M32C6型碳化物析出，600～700℃时效后析出的碳化物颗粒细小，均匀分布于晶内和晶界，时效温度高于700℃时，主要沿晶界析出并聚集长大。合金中不形成有害相，组织稳定性较好。

4.3.2 GH3039冷轧薄板标准规定，供应状态晶粒度的要求为5～8级。

五、GH3039工艺性能与要求

    5.1 GH3039成型性能

5.1.1 GH3039锻造 合金具有良好的热加工工艺塑性，变形性能良好。锻造加热温度1170～1190℃，终锻温度不低于900℃，一次加热的变形量为50%。

5.1.2 GH3039轧制 板材荒轧温度1100～1140℃，精轧温度1050～1100℃，终轧温度不低于850℃。经电渣或真空自耗重熔的合金轧制时，精轧温度应稍低于电弧炉熔炼的合金。热轧终轧道次变形量应不低于13%，薄板冷轧变形量30%～55%。

5.1.3 GH3039冲压性能 供应状态薄板具有良好的冲压习惯你能，冲压的极限系数见表5-1，一般工作系数为极限系数的80%～90%。供应状态δ1.5mm薄板反复弯压至断裂次数为20～29次；杯突试验深度为10.7～12.0mm。δ8.5mm热轧中板经深冲后应立即（不得超过12h）进行中间固溶处理，以消除应力。

表5-1[9]

极限深冲系数
 

极限翻边系数
 

极限压窝系数
 

最小弯曲半径

平头阳模
 

球头阳模

2.10～2.14
 

1.85～2.00
 

0.30～0.33
 

0.45～0.53
 

1δ①

    ① δ为板厚。

5.2 GH3039焊接性能

    5.2.1 GH3039合金可以用氩弧焊、点焊或缝焊等方法焊接，其焊接性能优良，氩弧焊列为额倾向性小。手工氩弧焊（对接）规范见表5-2；自动钨极氩弧焊（对接）规范见表5-3；点焊规范见表5-4；缝焊规范见表5-5。 

表5-2[10]

焊前状态
 

焊丝
 

接头形式
 

厚度/mm
 

焊接电流/A
 

电压/V
 

氩气流量/(L/min)
 

钨极直径/mm
 

极性

牌号
 

直径/mm

固溶，机械抛光
 

HGH3039
 

0.8～1.0
 

对接
 

0.8
 

45～50
 

10～14
 

4～6
 

1.2
 

正极

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
 

焊前状态
 

焊丝
 

焊接电流/A
 

电压/V
 

焊接速度/(m/min)
 

送丝速度/(m/min)
 

氩气流量/(L/min)
 

背面氩气流量/(L/min)
 

钨极直径/mm
 

焊嘴直径/mm

牌号
 

直径/mm

0.8
 

固溶，机械抛光
 

HGH3030

HGH3039
 

1.6
 

85～90
 

7～8
 

0.52
 

0.38
 

8～10
 

4～5
 

3
 

18

1.0
 

不加焊丝
 

150～160
 

12
 

0.66～0.69
 

-
 

14～16
 

4～5

表5-4[10]

焊前状态
 

材料
 

电极直径/mm
 

焊接参数
 

核心直径/mm

牌号
 

厚度/mm
 

焊接电流/A
 

焊接时间/s
 

电极压力/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]

焊前状态
 

滚盘宽度/mm
 

材料
 

焊接参数
 

核心尺寸

牌号
 

厚度/mm
 

电流/A
 

焊接时间/s
 

休止时间/s
 

焊接速度/(m/min)
 

电极压力/N
 

直径/mm
 

焊透率/%

固溶，抛光
 

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 GH3039焊接接头力学性能见表5-6。

5.3 GH3039零件热处理工艺 零件的中间固溶热处理温度为1050℃，空冷；燃烧室零件的最终热处理温度为1080℃，空冷。要求之久性能较高的零件，固溶温度可提高至1170℃。零件在固溶热处理时的保温时间可根据厚度选择5～20min。

表5-6[5]

焊接材料
 

热处理
 

焊接方法
 

填充材料
 

θ/℃
 

σb/MPa
 

弯曲角/(°)
 

焊点强度/kN

焊前
 

焊后

冷轧薄板δ1.5mm
 

固溶处理
 

不处理
 

氩弧焊
 

HGH3039
 

20
 

785
 

180
 

-

700
 

441
 

-
 

-

800
 

275
 

-
 

-

900
 

157
 

-
 

--

缝焊
 

-
 

20
 

686
 

-
 

-

700
 

392
 

-
 

-

800
 

245
 

-
 

-

900
 

137
 

-
 

-

点焊
 

-
 

20
 

-
 

-
 

12.75

800
 

-
 

-
 

5.88

900
 

-

 

3.92

5.4 GH3039表面处理工艺

5.4.1 GH3039零件热处理后的表面氧化皮，可用吹沙或酸洗方法清除。

    5.4.2 GH3039该合金制燃烧室部件，可在H3PO4-H2SO4-H2O溶液中电解抛光，以改善表面光洁度和使用性能。