【研发】GH3030(GH30)镍基高温合金特性

一、概述GH30 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，并具有良好的抗氧化、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℃以下要求抗氧化但承受载荷很小的其他高温部件[1,2]。

1.1 GH30 材料牌号 GH30301.2 GH30 相近牌号ЭИ435,XH78T(俄罗斯）1.3 GH30 材料的技术标准GJB 1952-1994《航空用高温合金冷轧薄板规范》GJB 2297-1995《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》GJB 2611-1996《航空用高温合金冷拉棒材规范》GJB 2612-1996《航空用高温合金冷拉丝材规范》GJB 3020-1997《航空用高温合金环坯规范》GJB 3317-1998《航空用高温合金热轧板规范》GJB 3318-1998《航空用高温合金冷轧带材规范》GJB 3165-1998《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》GJB 3167-1998《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》GB/T 15062-1994 《一般用高温合金管》1.4 GH30 化学成分见表1-1。

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%。

1.5 GH30 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。

1.6 GH30 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。

1.7 GH30 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。

1.8 GH30 应用概况与特殊要求该合金已在航空发动机上经过了长期使用考验，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、GH30 物理及化学性能2.1 GH30 热性能2.1.1 GH30 熔化温度范围 1374～1420℃[3]。

2.1.2 GH30 热导率见表2-1。

2.1.3 GH30 比热容见表2-2。

2.1.4 GH30线膨胀系数见表2-3。

2.1.5 GH30黑度见表2-4。

①为全辐射黑度（空气中试验）。

2.2 GH30密度ρ=8.4g/cm3[1]。

2.3 GH30电性能不同温度的电阻率见表2-5。

2.4 GH30磁性能合金无磁性。

2.5 GH30化学性能2.5.1 GH30抗氧化性能合金在空气介质中试验100h后的氧化速率见表 2-6。

2.5.1.1 GH30合金在高温下氧化腐蚀深度见表2-7。

三、GH30力学性能优质棒材技术标准规定的性能见表3-1。

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、GH30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℃长期时效后，析出Cr7C3型碳化物，析出量少，对合金性能影响不大。

五、GH30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。

5.1.3 冲压性能见表5-2。

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。

5.2.2 不加焊丝的自动钨极氩弧焊（对接）规范见表5-4。

5.2.3 固溶状态缝焊规范见表5-5。

5.2.4 各种焊接接头的力学性能见表5-6。

5.3 零件热处理工艺航空工厂零件的中间热处理和最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，可将最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高温合金分为三类材料：760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料，抗拉强度800MPa。

或者说是指在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。

按照现有的理论，760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。

按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。

按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等。

高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡、高压压气机盘和燃烧室等高温部件，还用于制造航天飞行器、发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。

760℃高温材料变形高温合金变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。

按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。

GH后位数字表示分类号即1、固溶强化型铁基合金 2、时效硬化型铁基合金 3、固溶强化型镍基合金 4、钴基合金 GH 后，二，三，四位数字表示顺序号。

1、固溶强化型合金使用温度范围为900～1300℃，高抗氧化温度达1320℃。

例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa；1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。

固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。

2、时效强化型合金使用温度为-253～950℃，一般用于制作航空、航天发动机的涡与叶片等结构件。

制作涡的合金工作温度为-253～700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。

例如：GH4169合金，在650℃的高屈服强度达1000MPa；制作叶片的合金温度可达950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸强度为490MPa，940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。

变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。

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合号国外同类合金材料特点G H3030 эи435合金在800℃以下有满意的热强性和高的塑性，具有良好的抗氧化、热疲劳、冷冲压和焊接工艺性能。

G H4033 эи437合金在700~750℃具有足够的高温强度，在900℃以下具有良好的抗氧化性，合金的冷热加工性能良好。

G H33A在GH33合金的基础上进一步合金化，使合金具有良好的综合性能，晶粒均匀细小，屈服强度高，易于热加工成型，使用温度在750℃以下。

G H33B在GH33A的基础上添加微量元素，进一步提高合金的塑性和持久寿命，了合金的缺口敏感性。

G H37эи617合金在850℃以下使用具有高的热强性、良好的综合性能和组织稳定性。

G H3039 Эи602合金在800℃以下有中等的热强性和良好热疲劳性能，1000℃以下抗氧化性能良好，长期使用组织稳定，还具有良好的冷成型和焊接性能。

G H3044 Эи868固溶强化的抗氧化合金，在900℃以下具有高的塑性和中等热强性，具有优良的抗氧化性能和良好的冲压、焊接工艺性能，长期使用组织性能稳定。

G H4049 Эи929合金为高合金化的镍基难变形高温合金，在1000℃以下具有良好的抗氧化性能，950℃以下具有较高的高温强度G H80ANimonic80A合金成分简单，性能与GH33合金相当，组织细小，热加工温度范围宽，热加工塑性好。

G H98 Эп99是一种高合金化、高热强性的弥散强化合金，使用温度高达1000℃，用于涡轮导向叶片，加力燃烧室材料。

900℃以下有好的抗氧化性能、冷热疲劳性能及焊接性能。

G H99эп693高合金化的镍基时效合金，有较高的热强性，900℃以下可以长期使用，高工作温度可达1000℃，合金的组织稳定，具有满意的冷热加工成型和焊接工艺性能。

G H105Nimonic105可制造航空发动机的高温涡轮叶片，对振动、燃气腐蚀、应力扭曲、弯曲等复杂应力的耐受能力好。

G H128合金具有高的塑性，较高的持久蠕变强度以及良好的抗氧化性和冲压、焊接性能。

其综合性能优越，可在950℃以下长期使用。

G H141 Rene41合金在650~900范围内，具有高的拉伸和持久蠕变强度和良好的抗氧化性能，G H145InconelX-750合金在980℃以下具有良好的强度，良好的抗腐蚀和抗氧化性能，而且也有较好的低温性能，成型性能也好，主要用作航空和工业燃气轮机部件。

G H163 C263合金在800℃以下使用时具有较高的屈服强度和蠕变强度，良好的冷热疲劳性能，应变时效裂纹倾向性小。