[其他]一种含铝、镁的GH36改型合金

说明书

本发明属于高温合金材料。

在650℃左右使用的航空发动机涡轮盘及其他高温部件（如承力环，紧固件）用材料-我国的GH36合金（见《高温合金手册》，1982年版）系参照苏联ЗИ481（见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均属以炭化物为主要强化相的沉淀型奥氏体合金。除GH36对〔N〕有一定限制外，其他成分和性能与ЗИ481基本相同或相近。GH36的化学成分（%）为：0.36～0.40C，0.30～0.8S_i，7.5～9.5M_n，11.5～13.5C_r，7～9N_i，1.1～1.4Mo，0.25～0.50Nb，1.12～1.55V，＜0.12T_i，＜0.03S，＜0.035P，＜0.1N，其余Fe。

近几年来，虽然不少国内同行通过改进GH36的生产工艺（如锻造、冶炼等）使合金室温屈服强度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着持久缺口敏感性，即缺口持久寿命τ_H＜光滑持久寿命τ，亦即τH/τ＝λ＜1（λ称为持久缺口敏感系数）。例如，涡轮盘650℃，38kg/mm²下光滑持久寿命在60至160小时之间，而平均缺口持久寿命仅20～30小时。

持久缺口敏感性的存在（λ＜1）显然是影响GH36和ЭИ481在高温受力情况下使用寿命的重要原因之一，故消除GH36和ЭИ481持久缺口敏感性就成为提高其使用寿命的重要课题。

发明人对具有持久缺口敏感性的GH36试样分析发现，它们的含氮量一般均在0.0700%左右或者更高。通过金相及扫描电镜观察发现，随着试样〔N〕增加，氮碳化钒（铌）类型的非金属夹杂物的尺寸由小变大，由弥散分布变为点链状分布，且部分颗粒具有菱角。与此同时由于部分钒进入MC类型氮碳化钒（铌），明显减少了有效的、起弥散强化作用的VC。由此可见，GH36合金含有较高的〔N〕（尽管＜0.1%），是导致其持久延伸率δ下降，裂纹易于发生和发展，从而出现持久缺口敏感性的重要原因。然而，在实际生产中由于炉料一般均采用一定比较的返回料，所用铬铁含氮量较高和含锰高的奥氏体合金电炉冶炼过程伴随着严重吸氮等原因，GH36含氮量一般均在0.0700%左右。

为消除较高含氮量的有害影响，同时消除GH36合金持久缺口敏感性，并使其他力学性能满足或显著优于技术条件规定要求，本发明人采用了如下途径并获得了满意的结果。

一、在GH36合金中加入0.10～0.60%Al。

发明人以10kg真空感应炉通Ar重熔GH36返回料，在保持其他成分和氢、氧含量与GH36基本相同或相近的条件下，分别炼出含Al为≤0.001%（设定为近似无Al）;0.09%;0.23%;0.33%和0.58%等五种锭子，并在同一锻造工艺下用400kg空气锤锻成φ20mm试棒，经1140℃×80′/水冷+670℃×14h (升温)/() 780℃×16h/空冷的标准热处理，随后每炉取样若干，分别测定室温延伸率δ、面缩率ψ、屈服强度σ_0.2、断裂强度σ_b和650℃下的δ、ψ、σ_0.2、σ_b及650℃，38kg/mm²下的δ、ψ、光滑持久寿命τ和缺口持久寿命τ_H，并取平均值。所得结果如图1-3所示。图1为Al对试验合金室温拉伸性能的影响;图2为Al对试验合金650℃下拉伸性能的影响;图3表明Al对试验合金650℃、38kg/mm²下持久性能的影响。由图1-3可以看出：

1.在GH36合金中加入约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满足技术条件要求;

2.当Al含量为0.20～0.40%时，改型的GH36合金具有最佳的综合性能，室温σ_0.2比无Al GH36最大可提高5～10kg/mm²650℃下的σ_0.2最大可提高5%，τ最大可达347小时，τ_H大于640小时，分别比无Al GH36高1～2倍;

3.Al量过高时，综合性能不佳。