GH738合金航空发动机应用

1. 概述

GH738是一种以Y'相沉淀硬化的镍基高温合金，具有出色的耐燃气腐蚀能力、高屈服强度和耐疲劳性能，同时具备良好的工艺塑性和稳定的组织。该合金广泛应用于航空发动机转动部件，其使用温度不超过815°C。可生产各类冷轧、热轧板材、管材、带材、丝材，以及锻件、铸件、紧固件等。

1.1 材料牌号：GH738。

1.2 相近牌号： Waspaloy（美国）、NC20K14（法国）。

1.3 材料的技术标准：

Z9-0106 1986 《涡轴八用GH738合金棒材暂行技术条件》

Q/6S1035—1992 《高温紧固件用GH738合金棒材》

协上五高09-1986 《GH738合金烟气机盘试制技术条件》（上钢五厂）

1.4 化学成分： 见下表。

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

1.5 热处理制度： 1080℃±10℃，4小时空冷，接着840℃，24小时空冷，最后760℃，16小时空冷。

1.6 品种规格与供应状态： 可生产各种规格的棒材、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。通常不经热处理即可交货，板材经过固溶处理后交货。

1.7 熔炼与铸造工艺： 采用真空感应熔炼加真空电弧重熔工艺。

1.8 应用概况与特殊要求： 在国外，该合金广泛应用于航空发动机和燃气轮机，主要用于涡轮叶片和涡轮盘等转动部件，具有丰富的使用经验。但由于合金含有较高的钴成分，在国内使用较为有限。

2. 物理及化学性能

2.1 热性能：

熔化温度范围：1330～1360℃。

密度：8.22g/cm³

磁性能：无磁性

4. 组织结构

4.1 相变温度： 合金中γ'相的溶解温度为980～1050°C，开始从基体中析出的温度为630℃，析出峰值温度为800℃。合金中M₂C碳化物相的开始析出温度为700℃，完全溶解温度为1020℃。

4.2 时间-温度-组织转变曲线。

4.3 合金组织结构： 经过标准热处理后，除奥氏体基体外，还存在Y相，其化学式为：(Ni,s,FeogCraoueCoaon)a2s(AlossTio.szMo)，该相总量占合金重量的20%。此外，还有M₂₃Cs型碳化物，其化学式近似为(Cr74Moa₉Niaos,CoaFeoox:Tiaoz)₂;Cs。另外，还含有少量的Ti(CN)和TiN等相。该合金在650℃和730℃的长期时效过程中，Y'相的数量变化不大，分别约为3%和1%左右，大小分别从146nm变大至196nm和177nm。碳化物MC向M₂Cs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%。在长期时效中，没有新的相析出，组织保持稳定。

5. 工艺性能与要求

5.1 成形性能：

该合金在热加工中表现出良好的塑性，是较易成形的镍基高温合金。

锻造开坯加热温度为1150～1170°C，适宜的热加工温度范围为1040～1170℃，终锻温度不低于1000℃。

涡轮叶片锻造通常采用1070～1110°C范围，模锻时的最小变形量应大于25%。

避免在高温(1180℃)下进行小变形量(约10%)的热加工，因此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(980～1080℃)下进行热变形时，晶界上很少形成MC碳化物薄膜，仅有不连续的M₂₃C₆型碳化物，热处理后可获得均匀的4～5级晶粒尺寸，综合性能良好。

5.2 焊接性能： 适用于氩弧焊。

5.3 零件热处理工艺： 在零件热处理时，应注意防止零件表面元素贫化，确保加热均匀。

5.4 表面处理工艺： 在将该合金用作涡轮叶片和涡轮盘等转动部件时，为了提高疲劳性能，可以进行氩气保护消除应力退火，并进行喷丸处理。另外，为提升涡轮叶片的耐燃气腐蚀和热疲劳性能，可以采取扩散渗铝处理。