GH2132高温合金钢IncoloyA286材质成分性能

GH2132简介：
该合金是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。

摘 要 ：利 用 等 离 子 转 移 弧堆 焊 工 艺 在 高 温 合 金 GH2132表 面 上 进 行 钴 基 合 金 堆 焊 试 验 ，并 对 堆 焊 试 件 的堆 焊 层 进 行 渗透 检 测 、宏 观 检 验 、稀 释 率 分 析 、显 微 组 织 观 察 和显 微 硬 度 测 试 。

结 果 表 明 ：堆 焊 试 件 堆 焊 层 宏 观 质 量 良好 ，渗 透 检 测 显 示 磨 削 后 堆 焊 层 的表 面质 量 完 全 达 到 4级 要 求 ；堆 焊 层 稀 释 率 和 显 微 硬 度 指 标 也 全 部 符 合 相关 技 术 要 求 。

GH2132合 金是 Fe-25Ni一15Cr基 高 温 合 金 ， 加 入 钼 、钛 、铝 、钒 及微 量 硼 综 合 强 化 。该合 金 在 650℃ 以下具 有 高 的屈 服 强 度 、持 久 强 度 和蠕 变 强 度 ，并且 具有 较 好 的加 工 塑 性 和 令 人 满 意 的 焊 接 性 能 ，可 用 于生 产各 种 形 状 的产 品 ，如 盘 件 、锻 件 、板 、棒 、丝 和 环 形 件 等 。

因此 ，在 国 外 该 合 金 在 电力行 业和 航 空工 业 都 获 得 了 广泛 的应 用 ，但 目前 在 国 内该 合 金还 主要 应 用 于航 空工 业 ，如 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 。

在超 超 临界百 万 机 组 阀 芯 技术 文 件 中 ，很 多关 键 零部 件也 采 用 GH2132合 金 材 料制 造 ，且 涉及 到 钴基 合金 堆 焊 等表 面 处 理 技 术 ，而 国 内在 这 些 方 面较 少采 用 此 合金 。

因 此 ，结 合 目前 产 品 的 市场 化需 求 ，有 必 要 对 GH2132合 金 材 料 表 面 堆焊钴 基 合金 工艺 进行 深入 研 究 。

等 离子 转 移 弧 (PTA)堆 焊 技 术 广 泛 应 用 于材 料表 面强 化技 术 ，具 有 能 堆 焊 各种 合 金 粉 末 材料 ，堆 焊层 致 密 且 稀 释 率 低 ，堆 焊 过 程 生 产 效 率 高 、合金 材 料消 耗少 、成本 低 等 优 点 ，在 提 高 材 料表 面抗 腐蚀 、抗磨 损 、耐 高温 性 能 、延 长使 用 寿命 方 面受 到 越 来 越 多 的 重 视 ，因 此 其 应 用 也 日益广 泛 。

1 堆 焊 工 艺 试 验

1．1试 板 材料 及其 尺 寸 

1．2 堆焊 材料

PTA 堆 焊 采 用 的 钴 基 合 金 粉 末 是 Stellite No．6，其 化 学成 分见 表 2。

钻基 合金 具 有 良好 的高 温性 能 ，优 异 的热 强性 、耐腐蚀 性 及 耐 疲 劳 性 能 ，特 别 是 在 热 态 下 具 有 优 越 的抗 擦 伤 性 能嘲 。

利 用 PTA 堆 焊 技术 将 钴基 合金 粉末 堆 焊在 普 通 材料 表 面 ，以提 高 材 料 耐磨 损 、耐腐蚀 及 高温 性 能 ，延 长 使 用 寿命 ，同 时 节省 贵 重 材 料 ，降 低 产 品 的成 本 。另 外 ，Stellite No．6是最 具 有 代 表 性 应 用 最 广 泛 的 钴 基 合 金 ， 广 泛用 于各 类 阀 门 的密 封 面和 导 向 面 的堆 焊 ，焊 接 工艺 也很 成熟 ，焊 接质 量稳 定 ，成 品率 较高 。

2 工 艺 要 求

根 据 电力行业 相 关堆 焊技 术 文件 ，PTA 堆 焊 后 堆焊层 测 试验 收要 求如 下 ： (1)堆焊 面机 加 工 后 表 面 无 缺 陷 ，渗 透 检 测(PT)达 到相关 标准 的 4级要 求 。

(2)接 触 面 堆 焊 层 铁 的 质 量 分 数 应 低 于 2O ，滑 动 面堆焊 层铁 的质 量分 数应 低 于 25％。

(3) 堆 焊 面 表 面 硬 度 应 在 375HV30～500HV30，热影 响 区硬 度 应 不 大 于 350HV30，中间层 硬度 应 不大 于 250HV3O。

(4)金 相检 测在 试件 120。均 布 的三个 方 向上 分别 进行 。 依据上述技 术 要求 ，结合 以往 生 产经 验 ，在 试件上进行 多次试堆 焊后 (无 中间层 )，实际堆焊 过程

中 ，焊接 工艺参数见 表 3，其他 工艺参数 如下 ：

3 试 验 分 析

3．1 PT探 伤

图2为磨销后试件的 PT探 伤 。

将堆焊试件在磨床上磨削至熔覆层一定厚度后进行PT探伤检验，没有发现裂纹和气孔等可记录缺陷。由于等离子弧能量集中,熔池温度高,焊材熔化充分，不需要复杂的前处理，没有人为

为因素的干扰,因此堆焊层质量比较稳定，很少出现裂纹和气孔缺陷[7]。

3.2宏观检验

经PT探伤后按图3对堆焊试件进行金相取样，三个试样编号分别为PTA04-M1 PTA04- M2和PTA04-M3。图4是三个试样的宏观金相照片,三个试样上堆焊层表面均未发现气孔、裂纹、夹渣、未熔合和未焊透等缺陷,焊接熔合良好。

3.3稀释率分析

在PTA堆焊过程中，局部温度较高，部分基体材料和焊层发生了互熔扩散，即通常所说的稀释作用。稀释率越大，焊层金属熔入基体越多,对焊层的性能影响也越大。通过测量磨削后钴基合金表面铁含量的多少可以评判稀释率的大小。根据对钴基合金堆焊层的相关技术要求，磨削后StelliteNo.6合金堆焊层表面铁质量分数:接触面<20%，滑动面<25%。

通过对堆焊层表面光谱分析可知,堆焊层表面平均铁质量分数为968%，这表明稀释率很低，测试结果也说明在GH2132合金堆焊层表面铁含量满足相关技术文件要求。采用上述 PTA堆焊工艺参数在高温合金GH2132表面堆焊StelliteNo.6合金完全可以满足产品生产要求。

3.4显微组织

在StelliteNo.6合金堆焊试件上取样，对堆焊层试样截断面进行粗磨→细磨→抛光→侵蚀后,然后利用LeicaDMI3000M金相显微镜进行显微组织观察。

图5是堆焊层截面的显微组织照片。由图5可以看出:母材区是晶粒较为粗大的奥氏体组织,堆焊层织是由先析出的钴基共晶树枝晶和枝晶间碳化物组成的,焊缝区晶粒细小，熔合区有一定宽度,组织较为复杂，这是由于基材的稀释和后续堆焊层的热影响导致的。

3.5显微硬度

对试件上所取三个试样的截面利用402MVD显微硬度计进行显微硬度测量，测试区域包括母材、热影响区和焊缝区，各区的测量结果已标记在各测量点处，见图6。

从表4中各区域显微硬度测试结果可看出，PTA堆焊焊缝硬度符合相关工艺文件的技术要求。

4 结语

通过选择合理的焊接工艺参数，利用PTA堆焊工艺在高温合金GH2132表面环形槽处堆焊了钴基合金耐磨层。通过对堆焊试件的堆焊层进行渗透检测、宏观检验、稀释率分析、显微组织观察和显微硬度测试,结果显示各项性能均满足相关技术文件的要求。这说明采用的堆焊工艺参数合理,可直接将该工艺用于相关行业关键零部件的生产。