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GH3030
一、GH3030概述
GH3030是早期發展的80Ni-20Cr固溶強化型高溫合金，化學成分簡單，在800℃以下具有滿意的熱強性和高的塑性，并具有良好的、熱疲勞、冷沖壓和焊接工藝性能。合金經固溶處理后為單相奧氏體，使用過程中組織穩定。主要產品是冷軋薄板，也可以供應棒材、環件、絲材和管材等變形產品。主要用于800℃以下工作的渦輪發動機燃燒室部件和在1100℃以下要求但承受載荷很小的高溫部件[1,2]。
1.1GH3030材料牌號GH3030(GH30)
1.2GH3030相近牌號ЭИ435,XH78T(俄羅斯）
1.3GH3030材料的技術標準
GJB1952-1994《航空用高溫合金冷軋薄板規范》
GJB2297-1995《航空用高溫合金冷拔（軋）無縫管規范》
GJB2611-1996《航空用高溫合金冷拉棒材規范》
GJB2612-1996《航空用高溫合金冷拉絲材規范》
GJB3020-1997《航空用高溫合金環坯規范》
GJB3317-1998《航空用高溫合金熱軋板規范》
GJB3318-1998《航空用高溫合金冷軋帶材規范》
GJB3165-1998《航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材規范》
GJB3167-1998《冷鐓用高溫合金冷拉絲材規范》
GB/T15062-1994《一般用高溫合金管》
1.4GH3030化學成分見表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.棒材和環坯標準規定，ω(Cu)≤0.20%。
2.熱軋板、冷軋板、冷軋帶、管材、絲材和冷鐓用冷拉絲材標準規定，ω(Fe)≤1.00%,ω(P)≤0.015%,ω(S)≤0.010%,ω(Pb) ≤0.001%,ω(Cu)≤0.007%。
1.5GH3030熱處理制度固溶溫度為980～1020℃,冷卻方式對熱軋板、冷軋薄板和環坯均為空冷，冷鐓用絲材和冷拉棒材為水冷或空冷，管材為水冷。
1.6GH3030品種規格和供應狀態可生產各種規格的變形產品，棒材和環坯不經熱處理交貨；熱軋板和冷軋薄板及管材經固溶和酸洗后供應；焊絲于冷拉狀態、固溶和酸洗狀態或半硬態成盤狀交貨；冷鐓用絲材于固溶、酸洗狀態成盤狀或直條狀、固溶直條狀磨光或冷拉狀態交貨；管材于固溶、酸洗狀態交貨；冷拉棒以退火、退火加酸洗、退火加磨光或冷拉狀態交貨。
1.7GH3030熔煉和鑄造工藝電弧爐熔煉或電弧爐熔煉加電渣重熔或真空電弧重熔，非真空感應爐加電渣熔或真空電弧爐重熔或真空雙聯工藝。
1.8GH3030應用概況與特殊要求該合金已在航空發動機上經過了使用考驗，主要用于燃燒室和加力燃燒室零部件以及機匣安裝邊等零部件。
二、GH3030物理及化學性能
2.1GH3030熱性能
2.1.1GH3030熔化溫度范圍1374～1420℃[3]。
2.1.2GH3030熱導率見表2-1。
2.1.3GH3030比熱容見表2-2。
2.1.4GH3030線膨脹系數見表2-3。
2.1.5GH3030黑度見表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為全輻射黑度（空氣中試驗）。
2.2GH3030密度ρ=8.4g/cm3[1]。
2.3GH3030電性能不同溫度的電阻率見表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磁性能合金無磁性。
2.5GH3030化學性能
2.5.1GH3030性能合金在空氣介質中試驗100h后的氧化速率見表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合金在高溫下氧化腐蝕深度見表2-7。
表2-7[6]
θ/℃ | 氧化腐蝕深度/mm | θ/℃ | 氧化腐蝕深度/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力學性能
優質棒材技術標準規定的性能見表3-1。
表3-1
標準號 | 品種 | 試樣狀態 | σb/MPa | δ5/% | σb/MPa | δ5/% | |
20℃ | 700℃ | ||||||
不小于 | |||||||
GJB1952-1994 | 冷軋薄板 | 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 | 環坯 | 980～1020℃，空冷 | 635② | 30② | - | 30② |
|
GJB3317-1998 | 熱軋板 | 980～1020℃，空冷 | 685 | 30 | 295 | 30 |
|
GJB3318-1998 | 冷軋帶 | 980～1020℃，空冷 | 685③ | 30③ | - | - |
|
GJB3165-1998 | 棒材 | - | - | - | - | - |
|
GJB3167-1998 | 冷鐓用絲 | 980～1020℃，水（空）冷 | ≤785 | ≥30 | - | - |
|
GB/T15062-1994 | 管材 | 980～1020℃，水冷 | 590 | 35 | - | - |
|
注：①外徑>30mm,壁厚>3.0mm管材的室溫σb≥590MPa,δ5≥30%。
②環坯性能供參考。
③δ≤0.25mm帶材的室溫σb≥615MPa,δ5≥實測。
四、GH3030組織結構
4.1相變溫度
4.2時間-溫度-組織轉變曲線
4.3合金組織結構經1000℃固溶處理后為單相奧氏體組織，間有少量TiC和Ti(CN)。700～800℃時效后，析出Cr7C3型碳化物，析出量少，對合金性能影響不大。
五、GH3030工藝性能與要求
5.1成型性能
5.1.1鋼錠鍛造開坯裝爐溫度不高于800℃，加熱溫度為1180～1200℃，終鍛溫度不低于900℃，一次加熱的變形程度為50%，板材熱軋加熱溫度有1160～1180℃，冷軋壓率為30%左右。
5.1.2反復彎曲及杯突性能見表5-1。
表5-1[1]
試樣厚度/mm | 試樣狀態 | 反復彎曲次數 | 杯突深度/mm |
1.5 | 980～1020℃,空冷 | 27 | 11.0 |
5.1.3沖壓性能見表5-2。
表5-2[2]
深沖 | 翻邊 | 壓窩（平頭） | 壓窩（球頭） | 彎曲 | |||||
限深沖系數 | 工作深沖系數 | 限翻邊系數 | 工作翻邊系數 | 限平沖系數 | 工作平沖系數 | 限球壓系數 | 工作球壓系數 | 小彎曲半徑 | 工作彎曲系數 |
2.07 | 1.73 | 1.72 | 1.46 | 0.3 | 0.26 | 0.45 | 0.40 | 1δ① | 1.5δ① |
①δ為板材厚度(mm)。
5.2焊接性能合金焊接性能優良，可進行氬弧焊、點焊、縫焊和釬焊。氬弧焊時熔池流動性和成形性能均良好，裂紋傾向性小；接觸焊時有較寬的規范參數范圍。該合金可與1Cr18Ni9Ti、GH1140、GH3039、GH3044、GH3128等合金組合進行焊接。
5.2.1手工氬弧焊（對接）規范見表5-3。
表5-3[14]
厚度/mm | 焊前狀態 | 焊絲 | 電流/A | 電壓/V | 氣體流/(L/min) | 鎢直徑/mm | |
牌號 | 直徑/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不加焊絲的自動鎢氬弧焊（對接）規范見表5-4。
表5-4[14]
厚度/mm | 焊前狀態 | 電流/A | 電壓/V | 焊速/(m/min) | 氣體流量/(L/min) | 背面氣體流量/(L/min) | 鎢直徑/mm | 焊嘴直徑/mm |
0.8 | 固溶，機械拋光 | 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固溶狀態縫焊規范見表5-5。
表5-5[14]
厚度/mm | 滾盤寬度/mm | 規范參數 | |||||
上 | 下 | 電流/A | 焊接時間/s | 休止時間/s | 焊接速度/(m/min) | 電壓力/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各種焊接接頭的力學性能見表5-6。
表5-6[12,14]
焊接方法 | 接頭方式 | 厚度/mm | 焊前狀態 | 焊后狀態 | 焊絲牌號 | 接頭強度 | 強度系數/% | 焊點強度/kN | |
θ/℃ | σb/MPa | ||||||||
手工氬弧焊 | 對接 | 1.01.5 | 固溶 | 未處理 | HGH3030 | 20 | 688～760 | 100 | - |
800 | 199 | 100 | - | ||||||
900 | 88 | - | - | ||||||
自動氬弧焊 | 對接 | 1.5 | 固溶 | 未處理 | 不加焊絲 | 20 | 654 | 95 | - |
700 | 397 | 98.7 | - | ||||||
縫焊 | 搭接 | 1.01.7 | 固溶 | 未處理 | - | 20 | 702～818 | 100 | - |
800 | 118 | - | - | ||||||
900 | 88 | - | - | ||||||
點焊 | 搭接 | 1.5 | 固溶 | 未處理 | - | 20 | - | - | 11.7 |
800 | - | - | 2.94 | ||||||
900 | - | - | 1.96 | ||||||
5.3零件熱處理工藝航空工廠零件的中間熱處理和終熱處理制度為固溶1000℃，保濕5-10min，空冷或水冷。如需要零件具有高的熱強性，可將終固溶處理溫度提高到1150℃。
5.4表面處理工藝熱處理后，零件表面的氧化皮可用吹砂或酸洗方法清除。酸洗時采用HF-H2SO4-HNO3水溶液的單一酸洗工藝，也可采用NaOH-NaNo3和H2SO4-NaC1-H2O溶液的復合堿酸洗工藝。
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