GH3030
一、GH3030概述
GH3030是早期发展的80Ni-20Cr固溶强化型高温合金，化学成分简单，在800℃以下具有满意的热强性和高的塑性，并具有良好的、热疲劳、冷冲压和焊接工艺性能。合金经固溶处理后为单相奥氏体，使用过程中组织稳定。主要产品是冷轧薄板，也可以供应棒材、环件、丝材和管材等变形产品。主要用于800℃以下工作的涡轮发动机燃烧室部件和在1100℃以下要求但承受载荷很小的高温部件[1,2]。
1.1GH3030材料牌号GH3030(GH30)
1.2GH3030相近牌号ЭИ435,XH78T(俄罗斯）
1.3GH3030材料的技术标准
GJB1952-1994《航空用高温合金冷轧薄板规范》
GJB2297-1995《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》
GJB2611-1996《航空用高温合金冷拉棒材规范》
GJB2612-1996《航空用高温合金冷拉丝材规范》
GJB3020-1997《航空用高温合金环坯规范》
GJB3317-1998《航空用高温合金热轧板规范》
GJB3318-1998《航空用高温合金冷轧带材规范》
GJB3165-1998《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》
GB/T15062-1994《一般用高温合金管》
1.4GH3030化学成分见表1-1。
表1-1%
C | Cr | Ni | Ti | Al | Fe | Mn | Si | P | S |
不大于 | |||||||||
≤0.12 | 19.0～22.0 | 余 | 0.15～0.35 | 0.15 | 1.5 | 0.7 | 0.8 | 0.03 | 0.02 |
注：1.棒材和环坯标准规定，ω(Cu)≤0.20%。
2.热轧板、冷轧板、冷轧带、管材、丝材和冷镦用冷拉丝材标准规定，ω(Fe)≤1.00%,ω(P)≤0.015%,ω(S)≤0.010%,ω(Pb) ≤0.001%,ω(Cu)≤0.007%。
1.5GH3030热处理制度固溶温度为980～1020℃,冷却方式对热轧板、冷轧薄板和环坯均为空冷，冷镦用丝材和冷拉棒材为水冷或空冷，管材为水冷。
1.6GH3030品种规格和供应状态可生产各种规格的变形产品，棒材和环坯不经热处理交货；热轧板和冷轧薄板及管材经固溶和酸洗后供应；焊丝于冷拉状态、固溶和酸洗状态或半硬态成盘状交货；冷镦用丝材于固溶、酸洗状态成盘状或直条状、固溶直条状磨光或冷拉状态交货；管材于固溶、酸洗状态交货；冷拉棒以退火、退火加酸洗、退火加磨光或冷拉状态交货。
1.7GH3030熔炼和铸造工艺电弧炉熔炼或电弧炉熔炼加电渣重熔或真空电弧重熔，非真空感应炉加电渣熔或真空电弧炉重熔或真空双联工艺。
1.8GH3030应用概况与特殊要求该合金已在航空发动机上经过了使用考验，主要用于燃烧室和加力燃烧室零部件以及机匣安装边等零部件。
二、GH3030物理及化学性能
2.1GH3030热性能
2.1.1GH3030熔化温度范围1374～1420℃[3]。
2.1.2GH3030热导率见表2-1。
2.1.3GH3030比热容见表2-2。
2.1.4GH3030线膨胀系数见表2-3。
2.1.5GH3030黑度见表2-4。
表2-1[4]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
λ/（W/（m?℃）） | 15.1 | 16.3 | 18.0 | 19.3 | 20.9 | 22.2 | 23.4 | 25.1 | 26.4 |
表2-2[1]
θ/℃ | 150 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 |
c/(J/(kg.K)) | 565.2 | 598.7 | 674.1 | 741.1 | 820.6 | 971.3 |
表2-3[1]
θ/℃ | 20～100 | 20～200 | 20～300 | 20～400 | 20～500 | 20～600 | 20～700 | 20～800 | 20～900 |
α/10-6℃-1 | 12.8 | 13.5 | 14.3 | 15.0 | 15.5 | 16.1 | 17.0 | 17.5 | 18.0 |
表2-4[2]
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 |
黑度① | 0.17 | 0.17 | 0.18 | 0.18 | 0.19 | 0.27 | 0.51 | 0.52 | 0.53 |
①为全辐射黑度（空气中试验）。
2.2GH3030密度ρ=8.4g/cm3[1]。
2.3GH3030电性能不同温度的电阻率见表2-5。
表2-5[5]
θ/℃ | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 |
ρ/(10-6Ω.m) | 1.090 | 1.099 | 1.108 | 1.117 | 1.127 | 1.153 | 1.135 | 1.126 | 1.123 |
2.4GH3030磁性能合金无磁性。
2.5GH3030化学性能
2.5.1GH3030性能合金在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-6。
表2-6[1]
θ/℃ | 900 | 1000 | 1100 | 1200 |
氧化速率/(g/(m2.h)) | 0.0535 | 0.1560 | 0.3905 | 0.5810 |
2.5.1.1GH3030合金在高温下氧化腐蚀深度见表2-7。
表2-7[6]
θ/℃ | 氧化腐蚀深度/mm | θ/℃ | 氧化腐蚀深度/mm | ||||||||
500h | 1000h | 1500h | 3000h | 10000h | 500h | 1000h | 1500h | 3000h | 10000h | ||
900 | 0.002 | 0.003 | --- | 0.006 | 0.009 | 1000 | 0.0075 | 0.0085 | --- | 0.014 | 0.019 |
950 | 0.0045 | 0.006 | 0.007 | 0.0095 | 0.013 | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
三、GH3030力学性能
优质棒材技术标准规定的性能见表3-1。
表3-1
标准号 | 品种 | 试样状态 | σb/MPa | δ5/% | σb/MPa | δ5/% | |
20℃ | 700℃ | ||||||
不小于 | |||||||
GJB1952-1994 | 冷轧薄板 | 980～1020℃，空冷 | 685 | 30 | 295 | 30 | |
GJB2611-1996 | 冷拉棒 | 980～1020℃，水（空）冷 | 685 | 30 | - | - | |
GJB2297-1995 | 冷拉管 | 980～1020℃，水冷 | 635① | 35① | 295 | 30 | |
GJB3020-1997 | 环坯 | 980～1020℃，空冷 | 635② | 30② | - | 30② | |
GJB3317-1998 | 热轧板 | 980～1020℃，空冷 | 685 | 30 | 295 | 30 | |
GJB3318-1998 | 冷轧带 | 980～1020℃，空冷 | 685③ | 30③ | - | - | |
GJB3165-1998 | 棒材 | - | - | - | - | - | |
GJB3167-1998 | 冷镦用丝 | 980～1020℃，水（空）冷 | ≤785 | ≥30 | - | - | |
GB/T15062-1994 | 管材 | 980～1020℃，水冷 | 590 | 35 | - | - | |
注：①外径>30mm,壁厚>3.0mm管材的室温σb≥590MPa,δ5≥30%。
②环坯性能供参考。
③δ≤0.25mm带材的室温σb≥615MPa,δ5≥实测。
四、GH3030组织结构
4.1相变温度
4.2时间-温度-组织转变曲线
4.3合金组织结构经1000℃固溶处理后为单相奥氏体组织，间有少量TiC和Ti(CN)。700～800℃时效后，析出Cr7C3型碳化物，析出量少，对合金性能影响不大。
五、GH3030工艺性能与要求
5.1成型性能
5.1.1钢锭锻造开坯装炉温度不高于800℃，加热温度为1180～1200℃，终锻温度不低于900℃，一次加热的变形程度为50%，板材热轧加热温度有1160～1180℃，冷轧压率为30%左右。
5.1.2反复弯曲及杯突性能见表5-1。
表5-1[1]
试样厚度/mm | 试样状态 | 反复弯曲次数 | 杯突深度/mm |
1.5 | 980～1020℃,空冷 | 27 | 11.0 |
5.1.3冲压性能见表5-2。
表5-2[2]
深冲 | 翻边 | 压窝（平头） | 压窝（球头） | 弯曲 | |||||
限深冲系数 | 工作深冲系数 | 限翻边系数 | 工作翻边系数 | 限平冲系数 | 工作平冲系数 | 限球压系数 | 工作球压系数 | 小弯曲半径 | 工作弯曲系数 |
2.07 | 1.73 | 1.72 | 1.46 | 0.3 | 0.26 | 0.45 | 0.40 | 1δ① | 1.5δ① |
①δ为板材厚度(mm)。
5.2焊接性能合金焊接性能优良，可进行氩弧焊、点焊、缝焊和钎焊。氩弧焊时熔池流动性和成形性能均良好，裂纹倾向性小；接触焊时有较宽的规范参数范围。该合金可与1Cr18Ni9Ti、GH1140、GH3039、GH3044、GH3128等合金组合进行焊接。
5.2.1手工氩弧焊（对接）规范见表5-3。
表5-3[14]
厚度/mm | 焊前状态 | 焊丝 | 电流/A | 电压/V | 气体流/(L/min) | 钨直径/mm | |
牌号 | 直径/mm | ||||||
1.0 | 固溶 | HGH3030 | 1.0～1.6 | 40～70 | 10～15 | 4～6 | 1.6 |
1.5 | 1.6～2.0 | 60～90 | 10～15 | 5～7 | 2.0 | ||
1.8 | 1.6～2.0 | 70～110 | 10～15 | 6～8 | 2.0 | ||
5.2.2不加焊丝的自动钨氩弧焊（对接）规范见表5-4。
表5-4[14]
厚度/mm | 焊前状态 | 电流/A | 电压/V | 焊速/(m/min) | 气体流量/(L/min) | 背面气体流量/(L/min) | 钨直径/mm | 焊嘴直径/mm |
0.8 | 固溶，机械抛光 | 100～120 | 10～12 | 0.7 | 10～12 | 2～3 | 3.0 | 18～20 |
1.5 | 120～160 | 10～12 | 0.37～0.4 | 12～14 | 3～4 | 3.0 | 18～20 | |
1.8 | 150～180 | 10～12 | 0.4 | 12～14 | 3～4 | 3.0 | 18～20 |
5.2.3固溶状态缝焊规范见表5-5。
表5-5[14]
厚度/mm | 滚盘宽度/mm | 规范参数 | |||||
上 | 下 | 电流/A | 焊接时间/s | 休止时间/s | 焊接速度/(m/min) | 电压力/N | |
1.0＋1.0 | 5.0 | 5.0 | 6500 | 0.16 | 0.10 | 0.6 | 5395 |
1.3＋1.4 | 4.0～5.0 | 4.0～5.0 | 6600 | 0.12 | 0.10 | 0.4 | 6375 |
1.4＋1.5 | 4.0～5.0 | 7.0 | 6800 | 0.12 | 0.10 | 0.4 | 6965 |
1.4＋1.7 | 4.0～5.0 | 7.0 | 7500 | 0.16 | 0.14 | 0.4 | 6965 |
1.5＋1.7 | 4.5～5.5 | 4.5～5.5 | 7800 | 0.16 | 0.12 | 0.4 | 6965 |
1.5＋1.5 | 5.5 | 5.0 | 7700 | 0.18 | 0.14 | 0.5 | 6670 |
1.7＋1.7 | 4.5 | 4.5 | 8000 | 0.16 | 0.14 | 0.4 | 6695 |
5.2.4各种焊接接头的力学性能见表5-6。
表5-6[12,14]
焊接方法 | 接头方式 | 厚度/mm | 焊前状态 | 焊后状态 | 焊丝牌号 | 接头强度 | 强度系数/% | 焊点强度/kN | |
θ/℃ | σb/MPa | ||||||||
手工氩弧焊 | 对接 | 1.01.5 | 固溶 | 未处理 | HGH3030 | 20 | 688～760 | 100 | - |
800 | 199 | 100 | - | ||||||
900 | 88 | - | - | ||||||
自动氩弧焊 | 对接 | 1.5 | 固溶 | 未处理 | 不加焊丝 | 20 | 654 | 95 | - |
700 | 397 | 98.7 | - | ||||||
缝焊 | 搭接 | 1.01.7 | 固溶 | 未处理 | - | 20 | 702～818 | 100 | - |
800 | 118 | - | - | ||||||
900 | 88 | - | - | ||||||
点焊 | 搭接 | 1.5 | 固溶 | 未处理 | - | 20 | - | - | 11.7 |
800 | - | - | 2.94 | ||||||
900 | - | - | 1.96 | ||||||
5.3零件热处理工艺航空工厂零件的中间热处理和终热处理制度为固溶1000℃，保湿5-10min，空冷或水冷。如需要零件具有高的热强性，可将终固溶处理温度提高到1150℃。
5.4表面处理工艺热处理后，零件表面的氧化皮可用吹砂或酸洗方法清除。酸洗时采用HF-H2SO4-HNO3水溶液的单一酸洗工艺，也可采用NaOH-NaNo3和H2SO4-NaC1-H2O溶液的复合碱酸洗工艺。
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