GH6159 钴基合金
1合金介绍
1.1概述
GH159 合金是在国外多相钴基高温合金（MP合金）的基础上发展起来的一种新型高强度多相钴基高温合金。它的主要特点是：利用冷变形首先在面心立方基体中诱发产生交叉网状分布的片关ε相来阻止位错的长程运动而产生强化，再经过时效处理析出弥散的Ni3X相补充强化。该合多金具有超高强度、良好的塑韧性和高的应力腐蚀抗力等综合性能，并且在650℃的高温下仍能保持其高强度的特性。
该合金不仅可广泛用于航空发动机的高温紧固螺栓等零件，也可用于应力腐蚀环境下（如海洋大气环境）服役的飞机用超高强度紧固件。供应的主要品种是冷拉棒材。
1.2、应用概况与特殊要求
该合金主要用于航空发动机的紧固件，在600℃下性能稳定，可长期使用，是目前综合性能最好的航空发动机紧固件材料。
合金主要是经过冷变形诱发产生大量网关分布的ε相进行强化。因此，对冷拔变形的工艺参数要严格控制。变形量过小，强度不足，变形量太大，强度升高，但塑性降低。实践证明，当冷变形量控制在下限时合金具有较好的综合性能。
1.3材料牌号
GH6159 GH159 MP159 (美国)
1.4、材料的技术标准
Q/6S 992-1992《高温紧固件用GH159合金冷拉棒材》
C3S 284-1993《高温紧固件GH159合金合金冷拉棒材》
28-1993《高温紧固件GH159合金合金冷拉棒材》
AMS 5841B 真空感应+真空自耗重熔，固溶热处理态
AMS 5842B 真空感应+真空自耗重熔，固溶处理与冷变形强化
1.5、化学成分
| C |
Cr |
Ni |
Co |
Mo |
Fe |
Ti |
| ≤0.04 |
18～20 |
余量 |
34～38 |
6～8 |
8～10 |
2.5～3.25 |
| Al |
Nb |
B |
Mn |
Si |
P |
S |
| 0.1～0.3 |
0.25～0.75 |
≤0.03 |
≤0.20 |
≤0.20 |
≤0.02 |
≤0.01 |
1.6、热处理制度
固溶处理1040~1055℃,4~8h,水冷+在室温进行48%±1%的冷拔变形+时效处理650~675℃，4~4.5h，空冷。
1.7、品种规格与供应状态
可以生产d5~25mm的冷拉棒材，状态为冷拔态。
1.8、熔炼与铸造工艺
合金采用真空感应加真空电弧重熔的双联生产工艺。
2物理及化学性能
2.1.1、熔化温度范围
1318℃
2.1.2、热导率
表2-1
| θ/℃ |
θ/℃ |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
| λ/(W/(m·C)) |
冷拔状态 |
11.3 |
14.1 |
15.6 |
17.4 |
19.1 |
21.0 |
23.0 |
24.6 |
| λ/(W/(m·C)) |
冷拔+时效状态 |
11.0 |
13.8 |
15.3 |
17.1 |
18.6 |
20.5 |
21.0 |
-- |
2.1.3、线膨胀系数
表2-2
| θ/℃ |
25~100 |
25~200 |
25~300 |
25~400 |
25~500 |
25~600 |
25~700 |
25~800 |
| α/10-6C-1 |
14.3 |
14.2 |
14.2 |
14.6 |
14.9 |
15.1 |
16.0 |
18.2 |
2.2、密度
ρ=8.33g/cm3
2.3、电性能
合金电阻率 见表2-3
| θ/℃ |
25 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
| ρ/(10-6Ω.m) |
冷拔状态 |
1.033 |
1.059 |
1.086 |
1.118 |
1.151 |
1.201 |
1.236 |
| 冷拔+时效状态 |
1.096 |
1.102 |
1.135 |
1.162 |
1.181 |
1.210 |
1.231 |
|
2.4、磁性能
合金在25℃时的磁导率为1.00265
2.5、化学性能
该合金具有较好的抗缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂的能力。在典型的氯化铁实验中未发现缝隙腐蚀和点蚀。在擦盐试验中未发生损坏。交替浸渍证明该合金具有良好的抗氢脆和应力腐蚀开裂的能力。
3组织结构
3.1、相变温度
γ+ε两相区温度范围为540~700℃，540℃以下的γ相为亚稳定。
3.2、合金组织结构
合金在上临界温度(约为700℃)以上为稳定的面心立方γ相，在下临界温度仪下(约为540℃)为稳定的密排六方ε相;两温度之间为γ+ε的两相区。当合金从上临界温度冷却到室温时可保持亚稳定态的γ相。当在室温下进行冷变形时可诱发γ相到ε相的马氏体型转变。因此，合金经固溶处理后全部为亚稳定的γ相，在冷变形过程中部分γ相发生马氏体相变转变为稳定的ε相。所生成的ε相为波片状，在面心立方的γ相晶粒内呈交叉网状分布。
4工艺性能与要求
4.1、合金加工
合金钢锭受限制1125~1180℃保温18~36h进行均匀化处理以减少组织偏析和脆性σ相形成。合金锻造开坯温度不高于600℃，加热温度为120℃±10℃，时间不小于4h，开锻温度不低于1050℃，终锻温度不低于950℃。合金热轧开坯装炉温度不高于700℃，加热温度为1130℃±10℃，保温30~60min。道次最大变形量不超过20%。终轧温度不低于950℃。热轧后合金在1050~1075℃退火1h以得到均匀晶粒，便于后续冷变形加工。
4.2、零件热处理工艺
螺栓的热处理工艺为650~675℃，4h时效处理，空冷。
4.3、表面处理工艺
合金不敏感加热热镦成螺帽后，表面再经冷搓丝加工螺纹。
