GH1040高温合金
1合金介绍
1.1 概述
GH1040是Fe-Ni-Cr基固溶强化型变形高温合金，以铬和钼等元素固溶强化并稳定奥氏体基体。合金在700°C以下具有较高的热强性指标，在900°C~1000°C具有较高的瞬时强度。合金具有较好的耐热、 耐腐蚀性能，具有良好的组织稳定性、良好的热加工塑性、焊接和冷成形工艺性能。该合金经温加工强化 后可以显著地提高合金的强度。主要产品有饼材、锻件、棒材、无缝管、板材、带材和丝材等。
1. 2 应用概况及特性
合金已用于制造燃气涡轮的焊接转子、轴和紧固件，以及短时工作的火箭发动机零部件。合金采用温加工强化工艺后，可用于制作650°C以下工作的涡轮盘。
该合金是以碳化物强化的材料，铸态枝晶间的碳化物在锻造时不易破碎，在盘件锻件上会残留较明显的树枝状组织。
1.3 材料牌号
GH1040（GH40）
1. 4 相近牌号
9H395（俄），16-25-6（美）。
1.5 材料技术标准
GB/T 14992
GB/T 14994
GJB 2611A
GJB 2612A
YB/T 5247 | 高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
高温合金冷拉棒材
航空用高温合金冷拉棒材规范
焊接用高温合金冷拉丝材规范
焊接用高温合金冷拉丝 |
1. 6 熔炼工艺
釆用电弧炉、或非真空感应炉、或电弧炉+电渣重熔、或非真空感应炉十电渣重熔熔炼工艺。
1.7 化学成分
摘自 GB/T 14992,见表 1-1 。
表1-1
元素 | C | Cr | Ni | Mo | Fe | Si |
质量分数/% | ≤0. 12 | 15. 00〜17. 50 | 24. 00〜27. 00 | 5. 50〜 7. 00 | 余 | 0. 50〜1. 00 |
元素 | Mn | P | S | Cu | N | — |
质量分数/% | 1.00〜2. 00 | ≤0. 030 | ≤0. 020 | ≤0. 200 | 0. 100 〜0.200 | — |
注：用于冷拉丝材时,C≤0. 1 |
1.8 热处理制度
摘自GB/T 14994.GJB 2611A、文献［5］和文献［6］,各品种的标准热处理制度为：
a） 冷拉棒,1200°C *lh/AC+700°C*16H/AC；
b） 棒材,1160°C~1180°C*2h/WQ+700°C*5H/AC；
c） 盘材,1200°C*8h/WQ+ 温加工强化（变形量 10%〜12%）+700°C*25h/AC。
1. 9 品种规格与供应状态
1. 9. 1 主要规格
D8mm~45mm圆形棒材;A8mm~30mm方形棒材;D（内切圆）8mm〜36mm六角棒材;D0.3mm〜10mm 焊丝；各种尺寸规格的盘锻件。
1.9.2供应状态
冷拉棒以冷拉状态、或固溶（退火）、或固溶（退火）+酸洗、或固溶（退火）+磨光后供应；焊丝以冷拉状 态、或半硬化状态、或固溶状态供应；盘锻件一般不经热处理供应。
2物理、弹性和化学性能
2. 1 熔化温度范围
相变点
热导率（表2-1）
θ/°C | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
λ/[W/(m • °C)] | 12. 6 | 14. 7 | 16. 3 | 18.4 | 20. 1 |
θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | — |
λ/[W/(m • °C)] | 22. 2 | 23. 9 | 26.0 | 27.6 | — |
电阻率（表2-2）
θ/°C | 25 | 100 | 200 | 300 | 400 |
| 0. 905 | 0. 974 | 1. 01 | 1.06 | 1. 10 |
θ/°C | 500 | 600 | 700 | 800 | — |
| 1. 13 | 1. 15 | 1. 1 | 1.20 | — |
热扩散率
比热容
线膨胀系数（表2-3）
θ/°C |
| θ/°C |
|
20 〜100 | 14. 4 | 20 〜800 | 18.2 |
20 〜200 | 15.5 | 20 〜900 | 18.5 |
20 〜300 | 16. 1 | 100〜200 | 15.4 |
20 〜400 | 16. 5 | 200〜300 | 16. 5 |
20 〜500 | 17.0 | 300〜400 | 17.6 |
20 〜600 | 17.4 | 400〜500 | 18.2 |
20 〜700 | 17. 8 | — | — |
密度8. 08
磁性能
合金经温加工强化工艺后略有磁性。
2. 10 弹性性能（表2-4）
θ/°C | E/GPa | θ/°C | E/GPa |
20 | 192 | 600 | 137 |
300 | 167 | 700 | 123 |
400 | 157 | 800 | 108 |
500 | 147 | 一 | 一 |
2. 11 化学性能
2.11.1抗氧化性能
合金在空气介质中，不同温度试验100h的氧化 速率见表2-5,如有兴趣可以向上海墨~钜特殊钢人员索要图表哦。
2.11.2 耐腐蚀性能
3力学性能
3. 1供货技术标准
3. 1. 1技术标准规定的性能（表3-1）
标准及文献 | 品种 | 热处理 | θ/°C | 拉伸性能 | 硬度 | 持久性能 |
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | HB | σ100/ MPa |
GB/T 14994
GJB 2611A | 冷拉棒材 | 1200°C*lh/AC
+ 700C*16h/AC | 800 | ≥295 | 一 | — | — | — | — |
文献 | 棒材 | 800°C *5h/AC | 20 | — |
|
|
| ≥255 | — |
1180°C*2h/WQ
+ 7OO°C*5h/AC | 700 | — | 一 | — | — | — | 175 |
文献 | 盘锻件 | 750°C温加工强化 10%〜15%
+ 650°C*4h/AC | 20 | 820 | 620 | 12 | — | 321〜241 | — |
700 | 一 | — | — | — | — | 196 |
815 | 315 | — | — | — | — | — |
3. 1.2生产検验数据、基值和设计许用值
短时力学性能
3. 2. 1硬度
冲击性能
3. 2.3压缩性能
3. 2.4扭转性能
3. 2.5剪切性能
3. 2.6拉伸性能
3.2. 6. 1涡轮盘经温加工强化，不同温度的拉伸性能见表3-2。
3. 2. 6. 2涡轮盘不同温度在屈服点前的拉伸曲线见图3-1；从屈服点至断裂的拉伸曲线见图3-2；从屈服 点至断裂的真实拉伸曲线见图3-3o
取样 | 热处理及工艺 | θ/°C | σb/MPa | σp0.2 | σ10/ % | ψ/% |
涡轮盘 弦向 | 1200C*8h/WQ+温加工强化
8%〜15% + 700°C*25h/AC | 20 | 902 | 598 | 20 | 26 |
300 | 735 | 441 | 18 | 31 |
400 | 716 | 436 | 21 | 41 |
500 | 701 | 431 | 21 | 43 |
600 | 637 | 422 | 20 | 41 |
700 | 500 | 373 | 13 | 26 |
800 | 343 | 226 | 10 | 25 |
3.3 持久和蠕变性能
3.3.1持久性能
3.3. 1. 1涡轮盘经不同工艺，不同温度和时间的持久极限见表3-3。
3.3. 1.2 涡轮盘经温加工强化,600°C和700°C的持久应力-寿命曲线见图3-4。
表 3-3
取样 | 热处理及工艺 | θ/°C | σth/MPa |
σ10 | σ100 | σ200 | σ300 | σ500 | σ1000 |
涡轮盘 弦向 | 1200°C/WQ | 650 | 353 | 265 | — | — | 216 | 196 |
700 | 275 | 216 | — | — | 177 | 157 |
750 | 216 | 137 | — | — | 98 | 88 |
800 | 177 | 108 | — | — | 78 | 69 |
1200°C /WQ+ 700°C*50h/AC | 700 | 265 | 196 | — | — | 157 | 137 |
1200°C/WQ+温加工强化20%
+ 700°C *50h/AC | 314 | 235 | —— | — | 177 | 157 |
1200°CX8h/WQ
+温加工强化8%〜15%
+ 700°C*25h/AC | 600 | — | 392 | 382 | 373 | — | — |
650 | — | 314 | 294 | — | — | — |
700 | — | 226 | 196 | — | — | — |
750 | — | 147 | — | — | — | — |
800 | — | 98 | — | — | — | — |
1200°C/WQ+800°C *15h/AC | 800 | 157 | 98 | — | 一 | 69 | 59 |
1200°C/WQ+温加工强化20%
+ 800°C*15h/AC | 186 | 118 | —— | —— | 78 | 69 |
3.3.2蠕变性能
3.3.2. 1涡轮盘经温加工强化，不同温度100h的蠕变极限见表3-4.
表 3-4
取样/mm | 热处理及工艺 | θ/°C | t/h | 0.2%σ/MPa | 0.2%σ/MPa |
D740涡轮盘 弦向 | 1200°C*1.5h/WQ
+温加工强化8%〜15%
+ 700°C*25h/AC | 600 | 100 | 348 | 235 |
700 | 162 | 142 |
800 | 98 | 78 |
3.3. 2. 2 涡轮盘经温加工强化，600°C、700°C和800°C不同应力的蠕变曲线分别见图3-5、图3-6和 图 3-7。
疲劳性能
3.4. 1高周疲劳
涡轮盘经不同工艺，不同温度的旋转弯曲疲劳 极限见表3-5,如有兴趣可以向上海墨~钜特殊钢人员索要图表哦。
3.4.2低周疲劳
3.4.3特种疲劳
裂纹扩展速率
断裂韧度
松弛性能
表 3-5
取样 | 热处理及工艺 | 在以下温度 |
20°C | 65O°C | 700°C | 800°C |
涡轮盘 弦向 | 1200°C/WQ | 260 | 275 | 230 | 152 |
1200°C/WQ+700°C *50E/AC | 284 | 230 | 221 | 一 |
1200°C/WQ+ 温加工强化 20%+700°C*50h/AC | 343 | 279 | 265 | 一 |
1200°C/WQ+800°C*15h/AC | 279 | 235 | 191 | 142 |
1200°C/WQ+ 温加工强化 20% + 800°C*15h/AC | 314 | 279 | 230 | 177 |
4工艺性能与要求
加工类型 | 加热温度 | 开锻/终锻温度 |
锻造开坯 | 1100°C~1130°C | 终锻2900°C |
圆盘模锻件 | ≤750°C,温加工强化8%〜15% + 65O°C*4h退火 |
4. 1 成形工艺与性能（表4-1）
工艺性能
焊接性能 合金焊接性能良好。
4. 4 零件热处理工艺-
同各品种的标准热处理制度。
4.5 表面处理工艺
4.6 切削加工与磨削性能
无特殊要求，同一般热强钢。
5组织结构
5.1 相变温度
5. 2 时间-温度-组织转变曲线,如有兴趣可以向上海墨~钜特殊钢人员索要图表哦。
典型组织
合金在固溶状态下为奥氏体。
合金经700°C〜900°C长期时效后，析出弥散的复合碳氮化物（Fe、Ni）2（Mo、Cr）,（C、N）,该化合物具 有较高的热稳定性，对合金起强化作用。
参考文献
［1］ BepmTeiiH, M • JI. CajiH h CnjiaBbi Hjisi paSoTbi npH Rmcokmx TeMnepaTypax. MeTajuiyrmnaT, 1956, CTP,128.
［2］ 北京航空材料研究院.发动机钢与合金高温拉伸图解及蠕变和持久强度曲线图解［M］. 1962.
［3］北京航空材料研究院.航空材料手册：耐热钢及合金［M1965,236-239.
［4］ 航天材料研究所.GH40钢的使用情况报告.1977.
［5］ 中国金属学会特殊钢分会高温合金学术委员会 编.高温合金手册［M］. 1982:268-272.
［6］ 《中国航空材料手册》编辑委员会.中国航空材料手册［M］：第2卷.北京：中国标准出版社, 1989： 64-71.
［7］ 钢铁研究总院.航空材料手册：热强钢及合金［M］. 1967=48-53.
