GH93概述
GH93是含有较高的钴和铬的沉淀硬化镍基合金，具有较高的强度和较好的组织稳定性，在815℃以下使用，综合性能良好。用于航空发动机的涡轮叶片，小型发动机涡轮盘和紧固件。该合金热加工塑性良好，可以供应板材、棒材和锻件。
1.1 GH93材料型号 GH93。
1.2 GH93相近型号 NimoNic93(英国),NCK2OTA(法国）。
1.3 GH93材料的技术标准
C3S 163-1985《GH93合金热轧和锻制棒材》(长城钢厂三分厂）
C3S 164-1985《GH93合金冷轧薄板》(长城钢厂三分厂）
1.4 GH93化学成分 见表1-1。 表1-1 %
C | Cr | Ni | Co | Al | Ti | Fe | B | MN | Si | P | S | Cu | Pb |
≤0.13 | 18.0～21.0 | 余量 | 15.0～21.0 | 1.0～2.0 | 2.0～3.0 | ≤1.00 | ≤0.02 | ≤1.00 | ≤1.00 | ≤0.015 | ≤0.015 | ≤0.20 | ≤0.0025 |
注：B按计算量加入，允许加入微量的Ce、Zr、Mg元素。
1.5 GH93热处理制度 1050～1080℃，8h，空冷＋710℃±10℃，16h，空冷。
1.6 GH93品种规格与供应状态 可以供应d20～22mm热轧棒材，δ0.4～4mm板材，d120mm以下锻材和锻件，板材为固溶状态交货，其它品种均为锻态和轧制状态交货。
1.7 GH93熔炼与铸造工艺 真空感应熔炼＋真空电弧或电渣重熔工艺。
1.8 GH93应用概况与特殊要求 该合金制造的航空发动机零部件，在英国及法国有所采用，国内用其制造自由涡轮、垫片、垫圈、锁片等。
二、GH93物理及化学性能
2.1 GH93热性能
2.1.1 GH93熔化温度范围 1360～1390℃。
2.1.2 GH93热导率 见表2-1。
表2-1[1]
θ/℃ | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
λ/(W/(m·℃)) | 11.47 | 12.77 | 14.44 | 15.99 | 17.54 | 18.97 | 20.64 | 22.32 | 23.99 | 25.83 | 27.88 |
2.1.3 GH93比热容 见表2-2。
表2-2[1]
θ/℃ | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
c/(J/(kg.℃)) | 446 | 467 | 494 | 520 | 547 | 572 | 600 | 626 | 652 | 679 | 706 |
2.1.4 GH93线膨胀系数 见表2-3。
表2-3[2]
θ/℃ | 16～100 | 16～200 | 16～300 | 16～400 | 16～500 | 16～600 | 16～700 |
α/10-6℃-1 | 11.91 | 12.97 | 13.52 | 14.10 | 14.49 | 14.99 | 15.61 |
2.2 GH93密度 ρ=8.19g/cm3。
2.3 GH93电性能
2.4 GH93磁性能 合金无磁性。
2.5 GH93化学性能
2.5.1 GH93抗氧化性能 在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-4。
2.5.2 GH93耐腐蚀性能 合金具有良好的耐热腐蚀能力。
表2-4[2]
θ/℃ | 700 | 800 | 900 |
氧化速率/(g/(m2·h)) | 0.0398 | 0.0236 | 0.1435 |
注：试验方法按YB48-1964。
GH93力学性能
3.1 GH93技术标准规定的性能 见表3-1。
3.1.1 GH93室温拉伸性能生产检验数据统计处理结果见表3-2。
表3-1
品种 | 拉伸性能 | HBS | 持久性能 | ||||||
θ/℃ | σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | θ/℃ | σ/MPa | t/h | δ5/% | ||
不小于 | 不小于 | ||||||||
锻材 轧材 | 20 | 1080 | 685 | 20 | 290 | 700 815 | 588 294 | 30 30 | 5 7 |
表3-2
品种 | 统计数 | σb/MPa | σP0.2/MPa | ||||
A | B | S | A | B | S | ||
锻材 轧材 | 100 100 | 1115 1140 | 1155 1185 | 1080 1080 | 700 725 | 740 765 | 685 685 |
注：长城钢厂三分厂数据。
3.2 GH93室温及各种温度下的力学性能
3.2.1 GH93拉伸性能 见表3-3。
3.2.2 GH93冲击性能
3.2.2.1 GH93d22mm棒材在标准热处理状态的冲击性能见表3-4。
表3-3[2]
品种规格/mm | 状态 | θ/℃ | σb/MPa | δ5/% | φ/% |
轧制棒材(d20～22) | 1065℃±10℃,8h,空冷＋710℃±10℃,16h，空冷 | 20 400 600 700 800 815 850 900 | 1304 1282 1162 1033 770 715 637 489 | 29 29 24 28 23 24 20 34 | 41 38 36 31 24 31 29 50 |
表3-4[2]
θ/℃ | 20 | 600 | 700 | 800 | 850 |
aKU/(kJ/m2) | 917 | 1000 | 833 | 951 | 1039 |
3.2.2.1 GH93锻材纵向冲击韧度aKU=980kJ/m2
左右，横向冲击韧性aKU≈441～539kJ/m2。
3.3 GH93持久和蠕变性能
3.3.1 GH93高温持久性能
3.3.1.1 GH93该合金的热强参数综合曲线见图3-1。
3.3.1.2 GH93锻材和轧材在标准热处理状态不同温度的持久性能见表3-5。
表3-5[2]
品种 | 700℃,441MPa | 750℃,343MPa | 850℃,196MPa | 900℃,98MPa | ||||||||||
光滑 | 缺口 | 光滑 | 光滑 | 缺口 | 光滑 | |||||||||
t/h | δ5/% | φ/% | t/h | δ5/% | φ/% | t/h | t/h | δ5/% | φ/% | t/h | t/h | δ5/% | φ/% | |
锻材 | - | - | - | - | 471 | 8 | 13 | - | - | - | - | - | - | - |
轧材 | 461 | 8 | 13 | 537 | 267 | 11 | 17 | 93 | 27 | 29 | 356 | 169 | 37 | 47 |
3.3.1.3 GH93锻材纵向和横向试样的持久强度相近，但横向试样的持久塑性低于纵向试样。锻材在650℃和750℃均无缺口敏感性。
3.3.1.4 GH93棒材在标准热处理状态的持久强度见表3-6。
表3-6[2]
θ/℃ | σ100/MPa | σ300/MPa | σ1000/MPa | θ/℃ | σ100/MPa | σ300/MPa | σ1000/MPa | θ/℃ | σ100/MPa | σ300/MPa | σ1000/MPa |
700 | 569 | 500 | 402 | 750 | 392 | 353 | 284 | 850 | 186 | 157 | 93 |
注：根据热强参数综合曲线和试验值确定。
3.3.2 GH93高温蠕变性能
3.3.2.1 GH93棒材在标准热处理状态的蠕变性能见表3-7。
表3-7[2,3]
θ/℃ | t/h | σ/MPa | εt/% | εtP/% | θ/℃ | t/h | σ/MPa | εt/% | εtP/% |
650 815 | 100 100 | 490 147 | 0.203 0.154 | 0.060 0.075 | 815 850 | 300 100 | 137 98 | 0.274 0.166 | 0.178 0.102 |
3.3.2.2 GH93标准热处理状态的盘锻件在650℃的蠕变曲线见图3-2。
3.4 GH93疲劳性能
3.4.1 GH93高周疲劳 标准热处理状态的旋转弯曲疲劳强度见表3-8。
表3-8[1～3]
θ/℃ | N/周 | σ-1/MPa | σ-1H/MPa |
750 815 | 107 | 392 294 | 275 226 |
3.5 GH93弹性性能
3.5.1 GH93弹性模量 见表3-9。
表3-9[1]
θ/℃ | 10 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 |
ED/GPa | 226 | 222 | 217 | 210 | 203 | 199 | 190 | 183 |
四、GH93组织结构
4.1 GH93相变温度 γ′相开始溶解温度为950℃。
4.2 GH93时间-温度-组织转变曲线
4.3 GH93合金组织结构 在奥氏体基体上析出γ′相，M23C6型碳化物呈链状分布在晶界，MC型碳化物主要以颗粒状分布于晶内，未发现M7C3型碳化物。
五、GH93工艺性能与要求
5.1 GH93成形性能 该合金热加工塑性良好，在1050～1150℃温度范围内，允许镦粗变形量为80%而不开裂。锻造开坯加热温度1130～1150℃，终锻温度不低于950℃，轧制加热温度1150～1170℃，终轧温度不低于1000℃。
5.2 GH93焊接性能 板材可采用氩弧焊联接，固溶状态焊接性尚好，焊后应消除应力并进行时效处理。
5.3 GH93零件热处理工艺 涡轮盘坯料可以先经固溶处理，机加工后在氩气保护下进行时效
处理，也可以用饼坯经全热处理后进行机加工。坯料单层平放在热处理加热炉均温区缓慢升温，冷却时出炉后分散冷却。
5.4 GH93表面处理工艺 涡轮盘榫槽部分可以采用电抛光或喷丸处理。
5.5 GH93切削加工与磨削性能 该合金在固溶状态切削性能优于时效状态。
