Incoloy A-286
一、IncoloyA-286概述
IncoloyA-286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℃以下工作的航空发动机高温承力部件,如涡、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IncoloyA-28金,是在IncoloyA-28金基础上发展而来,只要是提高合金纯洁度,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使用性能提高。
1.1IncoloyA-286材料牌号IncoloyA-286
1.2IncoloyA-286相近牌号A286,UNSS66286(),ZbNCT25(法国),P.Q.A286()
1.3IncoloyA-286材料的技术标准
GJB2611-1996《航空用高温合金冷拉棒材规范》
GJB2612-1996《焊接用高温合金冷拉丝材规范》
GJB3020-1997《航空用高温合金环坯规范》
GJB3065-1998《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》
GJB3167-1998《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》
GJB3317-1998《航空用高温合金热轧板规范》
GJB3782-1999《航空用高温合金锻制圆饼规范》
GB/T14996-1994《高温合金冷轧薄板》
Q/3B4071-1993《YZIncoloyA-28金热轧棒材》
Q/6S1032-1992《高温紧固件用YZIncoloyA-28金棒材》
1.4IncoloyA-286化学成分IncoloyA-28金化学成分见表1-1,优质IncoloyA-28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 | 05 | 0.0001 | 03 | 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。
1.5IncoloyA-286热处理制度材料标准规定的IncoloyA-286热处理制度见表1-3;优质IncoloyA-286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。
1.6IncoloyA-286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。
1.7IncoloyA-286熔炼和铸造工艺IncoloyA-28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IncoloyA-28金可采用真空感应+真空电弧工艺熔炼。
1.8IncoloyA-286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、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IncoloyA-28金用作航空发动机压气机叶片及高温紧固件等。
二、IncoloyA-286物理及化学性能
2.1IncoloyA-286热性能
2.1.1IncoloyA-286熔化温度范围1364-1424℃[1]。
2.1.2IncoloyA-286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 |
2.1.3IncoloyA-286线膨胀系数IncoloyA-286线膨胀系数见表2-2;优质IncoloyA-286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 |
2.2IncoloyA-286密度IncoloyA-286:ρ=7.93g/cm3[1];优质IncoloyA-286:ρ=7.99g/cm3[2]。
2.3IncoloyA-286电性能电阻率见表2-4
2.4IncoloyA-286磁性能
2.5IncoloyA-286化学性能
2.5.1IncoloyA-286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、IncoloyA-286力学性能
技术标准规定的性能IncoloyA-28金见表3-1;优质IncoloyA-28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、IncoloyA-286组织结构
4.1相变温度
4.2时间-温度-组织转变曲线IncoloyA-28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IncoloyA-28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、含量较高时,会有G相、Y相在晶界析出。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℃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*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*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、IncoloyA-286工艺性能与要求
5.1成型性能
5.1.1IncoloyA-28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) | 钨直接/mm | 焊嘴直径/mm | |
牌号 | 直径/mm | ||||||||||
手工氩弧焊 | 1.5+1.5 | HIncoloyA-286 | 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 | HIncoloyA-286 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IncoloyA-28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。
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