專利名稱:一種含鋁、鎂的gh36改型合金的制作方法
本發(fā)明屬于高溫合金材料。
在650℃左右使用的航空發(fā)動機渦輪盤及其他高溫部件(如承力環(huán)，緊固件)用材料-我國的GH36合金(見《高溫合金手冊》，1982年版)系參照蘇聯(lián)ЗИ481(見ГОСТ 5632，1976或С.Б.МасΛенков，《ЖароnроЧнЫе СmаЛИ И СnЛaBЫ，СПРАВОЧНИК》，МОСКВА，“МЕТАЛУРГИЯ”，1983，cmp，80～82)研制而成。GH36和ЗИ481均屬以炭化物為主要強化相的沉淀型奧氏體合金。除GH36對〔N〕有一定限制外，其他成分和性能與ЗИ481基本相同或相近。GH36的化學(xué)成分(%)為0.36～0.40C，0.30～0.8Si，7.5～9.5Mn，11.5～13.5Cr，7～9Ni，1.1～1.4Mo，0.25～0.50Nb，1.12～1.55V，＜0.12Ti，＜0.03S，＜0.035P，＜0.1N，其余Fe。
近幾年來，雖然不少國內(nèi)同行通過改進GH36的生產(chǎn)工藝(如鍛造、冶煉等)使合金室溫屈服強度б0.2和持久性能有所改善，但很不理想。尤其需要指出的是，目前使用的GH36和ЗИ481合金均程度不同的存在著持久缺口敏感性，即缺口持久壽命τH＜光滑持久壽命τ，亦即τH/τ＝λ＜1(λ稱為持久缺口敏感系數(shù))。例如，渦輪盤650℃，38kg/mm2下光滑持久壽命在60至160小時之間，而平均缺口持久壽命僅20～30小時。
持久缺口敏感性的存在(λ＜1)顯然是影響GH36和ЭИ481在高溫受力情況下使用壽命的重要原因之一，故消除GH36和ЭИ481持久缺口敏感性就成為提高其使用壽命的重要課題。
發(fā)明人對具有持久缺口敏感性的GH36試樣分析發(fā)現(xiàn)，它們的含氮量一般均在0.0700%左右或者更高。通過金相及掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，隨著試樣〔N〕增加，氮碳化釩(鈮)類型的非金屬夾雜物的尺寸由小變大，由彌散分布變?yōu)辄c鏈狀分布，且部分顆粒具有菱角。與此同時由于部分釩進入MC類型氮碳化釩(鈮)，明顯減少了有效的、起彌散強化作用的VC。由此可見，GH36合金含有較高的〔N〕(盡管＜0.1%)，是導(dǎo)致其持久延伸率δ下降，裂紋易于發(fā)生和發(fā)展，從而出現(xiàn)持久缺口敏感性的重要原因。然而，在實際生產(chǎn)中由于爐料一般均采用一定比較的返回料，所用鉻鐵含氮量較高和含錳高的奧氏體合金電爐冶煉過程伴隨著嚴(yán)重吸氮等原因，GH36含氮量一般均在0.0700%左右。
為消除較高含氮量的有害影響，同時消除GH36合金持久缺口敏感性，并使其他力學(xué)性能滿足或顯著優(yōu)于技術(shù)條件規(guī)定要求，本發(fā)明人采用了如下途徑并獲得了滿意的結(jié)果。
一、在GH36合金中加入0.10～0.60%Al。
發(fā)明人以10kg真空感應(yīng)爐通Ar重熔GH36返回料，在保持其他成分和氫、氧含量與GH36基本相同或相近的條件下，分別煉出含Al為≤0.001%(設(shè)定為近似無Al);0.09%;0.23%;0.33%和0.58%等五種錠子，并在同一鍛造工藝下用400kg空氣錘鍛成φ20mm試棒，經(jīng)1140℃×80′/水冷+670℃×14h (升溫)/() 780℃×16h/空冷的標(biāo)準(zhǔn)熱處理，隨后每爐取樣若干，分別測定室溫延伸率δ、面縮率ψ、屈服強度σ0.2、斷裂強度σb和650℃下的δ、ψ、σ0.2、σb及650℃，38kg/mm2下的δ、ψ、光滑持久壽命τ和缺口持久壽命τH，并取平均值。所得結(jié)果如圖1-3所示。圖1為Al對試驗合金室溫拉伸性能的影響;圖2為Al對試驗合金650℃下拉伸性能的影響;圖3表明Al對試驗合金650℃、38kg/mm2下持久性能的影響。由圖1-3可以看出1.在GH36合金中加入約0.10～0.60%Al，可完全消除持久缺口敏感性，而拉伸和持久性能均能滿足技術(shù)條件要求;
2.當(dāng)Al含量為0.20～0.40%時，改型的GH36合金具有最佳的綜合性能，室溫σ0.2比無Al GH36最大可提高5～10kg/mm2650℃下的σ0.2最大可提高5%，τ最大可達347小時，τH大于640小時，分別比無Al GH36高1～2倍;
3.Al量過高時，綜合性能不佳。
二、在GH36合金中加入Mg。
發(fā)明人以20kg非真空感應(yīng)爐重熔GH36返回料，用Si-Ca粉脫氧，出鋼前加Ni-Mg，分別煉出含Mg為0.0004%(設(shè)定為近似無Mg);0.0016%;0.0047%;0.0070%;0.0092%等五爐試驗合金，其他成分和氫、氧含量與GH36基本相同或相近，鍛造工藝、熱處理工藝及數(shù)據(jù)處理同方案一。所得結(jié)果如圖4～5所示。圖4為Mg對試驗合金室溫拉伸性能的影響;圖5為Mg對試驗合金650℃、38kg/mm2下持久性能的影響。由圖4～5可以看出當(dāng)Mg含量為0.0040～0.0080%時，改型的GH36合金室溫拉伸性能無顯著變化，但卻具有最佳的持久性能，即持久缺口敏感性完全消除。當(dāng)Mg含量為0.0070%時，持久壽命最高。Mg含量過高(如試驗條件為0.0092%)，持久壽命與不加Mg合金類似，并產(chǎn)生缺口敏感性。
三、在GH36合金中加入Al、Mg，但采用感應(yīng)爐單煉和感應(yīng)爐冶煉加電渣重熔的不同工藝。
發(fā)明人用返回料以感應(yīng)爐冶煉方法煉成含不同Al、Mg的錠子，將其鍛成電極經(jīng)電渣重熔。電渣重熔時，通過控制渣成分、熔煉室氣氛及自耗電極中的Al、Mg含量，將重熔錠中的Al、Mg控制在所需范圍，分別煉出含0.04%Al，＜0.0005%Mg(設(shè)定近似無Al，Mg);0.24%Al，0.0028%Mg;36%Al，0.0033%Mg;0.31%Al，
0.0038%Mg;0.44%Al，0.0040%Mg;0.29%Al，0.0061%Mg;等6爐合金。在鍛造工藝和熱處理工藝與方案1相同，除Al、Mg以外的其他成分及氫氧含量與GH36基本相同或相近的情況下對各爐試驗合金分別取樣若干，測定其室溫拉伸性能δ、ψ和σ0.2，同一爐數(shù)據(jù)取其平均。所得結(jié)果如圖6中▲-所示;測定其在650℃、38kg/mm2下的持久性能，所得結(jié)果如圖7所示。圖7中上半部，τH以△-表示，τ以▲-表示，下半部δ以▲-表示。
為比較不同熔煉方法對GH36改型合金力學(xué)性能的影響，發(fā)明人用非真空感應(yīng)爐冶煉了六爐含Al為0.11～0.20%的不同Mg含量的GH36改型合金。測定其室溫拉伸性能δ、ψ和σ0.2及650℃、38kg/mm2下持久性能δ、τH和τ，所得結(jié)果分別以●-.-.-和○-.-.-表示在圖6和圖7中。圖6和圖7中以-表示的室溫拉伸性能δ、ψ和σ0.2及650℃、38kg/mm2下的持久性能δ、τH和τ分別取自圖4和圖5所示的結(jié)果。
由圖6和圖7可以看出1.當(dāng)采用感應(yīng)爐單煉方法時，Al含量在0.11～0.20%范圍內(nèi)，最佳Mg含量為0.0040～0.0080%;
2.當(dāng)采用感應(yīng)爐冶煉+電渣重熔雙聯(lián)工藝時，Al含量在0.11～0.20%范圍內(nèi)，最佳Mg含量為0.0020～0.0040%。如當(dāng)Al為0.36%，Mg為0.0033%時，τ＝807小時，τH＝2535小時，比不加Al，Mg的GH36(ЗН481)提高近一個數(shù)量級。而持久延伸率δ可達9.2%，ψ可達25.8%，室溫δ＞20%，ψ接近40%，σ0.2接近80kg/mm2以上凡指成分或含量皆為重量%。
④文件名稱 頁 行 補正前 補正后說明書 5 19 Al含量在0.11-0.20% Al含量在0.24-0.44%范圍內(nèi) 范圍內(nèi)說明書 6 4-5 無 GH36中加Al或Mg或Al、之間 Mg所以使其性能顯著提高是因為Al、Mg改善了夾雜物的形狀和分布。
權(quán)利要求
1.一種GH36(
H481)改型合金，它的重量百分含量為0.36～0.40C，0.30～0.80Si，7.5～9.5Mn，11.5～13.5Cr，7～9Ni，1.1～1.4Mo，0.25～0.50Nb，1.12～1.55V，＜0.12Ti，＜0.03S，＜0.035P，＜0.1N，其余Fe，其特征在于Al的重量百分含量為0.10～0.60。
2.如權(quán)利要求
1所述的合金，其特征在于最佳Al重量百分含量為0.20～0.40。
3.如權(quán)利要求
1所述的合金，其特征在于采用單煉方法時，最佳Mg重量百分含量為0.0040～0.0080。
4.如權(quán)利要求
1所述的合金，其特征在于采用電渣重熔雙聯(lián)工藝時，最佳Mg重量百分含量為0.0020～0.0040。
5.一種GH36(ЗИ481)改型合金，它的重量百分含量為0.36～0.40C，0.30～0.80Si，7.5～9.5Mn，11.5～13.5Cr，7～9Ni，1.1～1.4Mo，0.25～0.50Nb，1.12～1.55V，＜0.12Ti，＜0.03S，＜0.035P，＜0.1N，其余Fe，其特征在于最佳Mg的重量百分含量為0.0040～0.0080。
專利摘要
一種性能優(yōu)良的GH36(эи481)改型合金，可通過在GH36(эи481)中分別加入適量的Al或Mg或Al、Mg獲得。改型的GH36(эи481)合金無持久缺口敏感性，綜合性能得到改善。適當(dāng)調(diào)整Al、Mg含量，可使σ0.2接近80kg/mm
文檔編號C22C38/58GK86103588SQ86103588
公開日1987年3月18日 申請日期1986年5月27日
發(fā)明者付杰, 劉錫奎, 謝錫善, 陳祟禧, 張澍, 潘書琴, 姜紅根, 楊建 申請人:北京鋼鐵學(xué)院, 齊齊哈爾鋼廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan