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鎳基合金GH4145化學(xué)成分物理性能

發(fā)布時(shí)間： 2022-11-09　　點(diǎn)擊次數(shù)： 1100次

采用光滑缺口組合試樣 , 進(jìn)行高溫持久強(qiáng) 度試驗(yàn) , 考核持久強(qiáng) 度和缺口敏感性兩個(gè)指標(biāo) , 并采用了變載的方法 , 既節(jié)約了能源 , 又縮短了試驗(yàn)周期。對(duì)二百多根試樣的持久壽命做了統(tǒng)計(jì) 分析 , 論證了它們的對(duì)數(shù)服從正態(tài)分布。

GH4145/SQ合金大量用于制造引進(jìn)型汽輪機(jī)的高溫螺栓、密封環(huán)、汽封彈簧片等零件。STC于1983年11月向上鋼五廠提出共同研制引進(jìn)30萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)螺栓鋼 GH4145,并于1984年9月正式投入了棒材的試制工作，經(jīng)過(guò)3年的努力，取代了 R26 合金螺栓材料。按GH4145訂貨技術(shù)規(guī)范，要求每爐材料都要進(jìn)行短時(shí)持久強(qiáng)度試驗(yàn)。如果按正常的試驗(yàn)方法，每根試樣一般需要 1000-10000小時(shí)，現(xiàn)在采用光滑一缺口組合試樣，并改變了以往常規(guī)持久試驗(yàn)強(qiáng)度預(yù) 測(cè)概念，采用570C溫度、604MPa應(yīng)力條件，壽命大于108小時(shí)后，每隔12小時(shí)增加應(yīng)力 34.3MPa,第七次加荷至試驗(yàn)機(jī)的最大承受力29400N,直至試樣斷裂。迄今為止，我們已做了三百多根試樣的快速持久試驗(yàn)，并對(duì) 其中任取的二百多根試樣的壽命的分布規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。繪圖后，發(fā)現(xiàn)它們的斷裂時(shí) 表間一般是有差別的，但這種離散具有一定規(guī) 律性,并服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，本文就上述工作進(jìn)行分析研究與探討。

2材料概況

GH4145合金是以鋁鈦鴕強(qiáng)化的棵基合金，在INCNELX-750基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，添加了微量元素而研制成的。該合金提高了持久塑性，降低了缺口敏感性，具有較高的高溫性能、高抗應(yīng)力松弛性、抗應(yīng)力腐蝕性、低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，從而取代了引進(jìn)的大型火電機(jī)組中作為螺栓材料使用的R26合金，用于300MW汽輪機(jī)高溫緊固件;而且,在提高汽輪機(jī)高溫緊固件工作可靠性、節(jié)省戰(zhàn)略資源鉆、節(jié)約外匯以及降低生產(chǎn)成本方面都比 R26合金略勝。

GH4145簡(jiǎn)介：

GH4145合金主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化的鎳基高溫合金，在980℃以下具有良好的耐腐蝕和耐氧化性能，800℃以下具有高的強(qiáng)度，540℃以下具有好的耐松弛性能，同時(shí)還具有良好的成形性能和焊接性能。該合金主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)在800℃以下工作并要求強(qiáng)度高的耐松弛的平面彈簧和螺旋彈簧。還可用于制造氣輪機(jī)渦輪葉片等零件。

材料牌號(hào)

GH4145（GH145）

材料牌號(hào)

Inconel X-750(美國(guó)）,NiCr15Fe7TiAl(德國(guó)),NC15FeTNbA(法國(guó)),NCF750（日本）

GH4145化學(xué)成分：

金相組織結(jié)構(gòu):

合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)的組織由γ基體、Ti(C、N)、Nb(C、N)、M23C6碳化物和γ'[Ni3(Al、Ti、Nb)]相組成，γ'含量大約為14.5%，是合金的主要強(qiáng)化相。

工藝性能與要求

1.合金的鍛造溫度在1220～950℃之間均易成形。該合金在劇烈成形工序后就進(jìn)行固溶處理。

2.該合金的晶粒度平均尺寸與鍛件的變形程度、終鍛溫度密切相關(guān)。

3.合金具有好的焊接性能，可進(jìn)行各種焊接。焊接后進(jìn)行時(shí)效處理可獲得近似熱處理狀態(tài)的強(qiáng)度。

4.零件熱處理就在無(wú)硫的中性或還原性氣氛中進(jìn)行，以免發(fā)生硫化。

熱處理制度

板、帶、管材供應(yīng)狀態(tài)的固溶熱處理制度980℃±15℃，空冷。材料及零件的中間熱處理制度，可分別選擇下列工藝進(jìn)行熱處理。

退火：955～1010℃，水冷。

焊接件焊接前退火：980℃，1h。

焊接件消除應(yīng)力退火：900℃,保濕2h。

消除應(yīng)力退火：885℃±15℃，24h,空冷。

合采用電弧爐加真空自耗重熔、真空感應(yīng)加電渣、電渣加真空自耗重熔或真空感應(yīng)加真空自耗重熔。

應(yīng)用概況與特殊要求

該合金主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度在540℃以下的耐腐蝕的平面波形彈簧、周向螺旋彈簧、螺旋壓簧、彈簧卡圈和密封圈等零件。

2. 技術(shù)條件

(1) 化學(xué)成份(表1)

（2）冶煉方法:真空感應(yīng)+電渣

（3）熱處理規(guī)范：11001140C

10C2A 空冷 + 845 ± 10C24/1 詩(shī) 705 10C20A空冷

⑷金相組織：奧氏體基體"相（Ni3Al 和Ni3Ti）以及MC和M23G型碳化物。

（5）持久強(qiáng)度（表2）

3試驗(yàn)條件的確定

1.試驗(yàn)機(jī):RL - 3/4型持久試驗(yàn)機(jī)或 RD2-3型蠕變持久試驗(yàn)機(jī)。

2.試樣：采用光滑缺口組合試樣，考核其缺口敏感性和持久性能，并且節(jié)約試材。

試驗(yàn)方法：試驗(yàn)在規(guī)定應(yīng)力604MPa 和規(guī)定溫度570X：下持續(xù)108小時(shí)后，每隔 12小時(shí)增加應(yīng)力34.3MPa,采用直徑為 6.45mm的3.試樣時(shí)，

△P =NS = 34.3 7t/4 （6.45）2 ell21N

考慮試驗(yàn)機(jī)最大載荷為29400N,故第七次加荷至29400N直到試樣斷裂。

試驗(yàn)周期：108小時(shí)（4.5天）+變載加荷（4天）=8.5天可做完一根試樣。

4持久強(qiáng)度參考值

5等溫變載下持久強(qiáng)度斷裂時(shí) 間的分布規(guī)律

GH4145合金持久試驗(yàn)的原材料，采用相同的熱處理規(guī)范,試樣尺寸相同，均采用光滑-缺口持久試樣，溫度控制：波動(dòng)W±3C, 梯度＜3X2,負(fù)荷精度＜ 1%，在570C、 604MPa試驗(yàn)條件下，任取205個(gè)變載持久壽命（以下簡(jiǎn)稱持久壽命）數(shù)據(jù)。

趣茹自又哄態(tài)母體, 験判假醐可靠度。

1.正態(tài)概率紙檢驗(yàn)

對(duì)205個(gè)持久壽命數(shù)據(jù)減去180小時(shí) （因每根試樣壽命均大于180小時(shí)）后逐一取對(duì)數(shù)，并按數(shù)值大小適當(dāng)分組。表4中各列分別是它們的數(shù)組（X）、區(qū)間（T）與落在各區(qū) 間范圍內(nèi)的頻數(shù)（N）、累計(jì)頻數(shù)（M）、累計(jì)頻率（P）。圖1為頻數(shù)波形圖。考慮到試驗(yàn)機(jī) 試驗(yàn)時(shí)外界條件的影響和材質(zhì)處理等諸方面的因素，刪除前面2個(gè)數(shù)組的數(shù)據(jù)，得到表5 和圖2;并以表5數(shù)據(jù)中區(qū)間（T1）的下限值為橫座標(biāo)，以累計(jì)頻率（P1）為縱座標(biāo)，在正態(tài)概率紙上描點(diǎn),得到圖3。用概率紙檢驗(yàn), 如果呈直線則不拒絕原假設(shè)，由圖3可見(jiàn)，不能否定對(duì)數(shù)母體的正態(tài)性假設(shè)。

2.X2-檢驗(yàn)

如果假設(shè)H。：持久壽命的對(duì)數(shù)服從正態(tài) 分布。根據(jù)皮爾遜定理：當(dāng)子樣數(shù)足夠大時(shí)，不管母體是什么分布，統(tǒng)計(jì)量D = 弋=(N* - nPkY/nPk 一定服從X2(m - 1) 分布(其中"，：子樣分組數(shù)；N*落在第K組的子樣數(shù);R：子樣落在第K組內(nèi)的概率。K =l,2,3,4,--)o根據(jù)X2分布，在給定顯著水平a下，有相應(yīng)的臨界值，而當(dāng)D < Da 時(shí)，假設(shè)成立；當(dāng)Dn>Da時(shí)，可以拒絕原假設(shè)H。。經(jīng)計(jì)算：D" = 8.1046,取顯著水平 a = 0.1,Db = 10.6o顯然，有 D < Da,因此，不能拒絕原假設(shè)H。。持久壽命的對(duì)數(shù)服從正態(tài)分布。

3.X-檢驗(yàn)假設(shè)H。：持久壽命的對(duì)數(shù)服從正態(tài)分布。根據(jù)柯?tīng)柲缏宸蚨ɡ恚寒?dāng)子樣數(shù)n足夠大時(shí)，統(tǒng)計(jì)量

An = ~J~n Dn

=~J~n , Sup I F(z) - Sn(j：) I

-00 < x < 00

服從人-分布。其中 n——子樣數(shù)

F(J7) 假設(shè)分布

S“(x)——經(jīng)驗(yàn)分布可取為 k/n(k：按子樣數(shù)值大小排列的次第數(shù)，可取

l,2,3,4---n)

Dn = Sup I F(x) - Sn(x) I

在工的所有取值范圍內(nèi)假設(shè)分布與經(jīng)驗(yàn)分布之差的上界

根據(jù)人-分布，在給定顯著水平a下,有相應(yīng)的臨界值"，當(dāng)從< Ao時(shí)無(wú)理由拒絕 H。，當(dāng)島2從時(shí)可以拒絕原假設(shè)H。。經(jīng)計(jì)算 An = 1.0929,在顯著水平a = 0.1下相應(yīng)的臨界值為Ao = 1.2240顯然An <如，所以沒(méi) 有理由拒絕原假設(shè)H。。持久壽命的對(duì)數(shù)服從正態(tài)分布。

以上三種檢驗(yàn)方法均得出持久壽命的對(duì). 數(shù)服從正態(tài)分布。

4結(jié)論

1.該高溫合金材料經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的恒溫、恒應(yīng)力的持久強(qiáng)度試驗(yàn)后，可采用變載的方法來(lái)考核持久強(qiáng)度試驗(yàn)的塑性指標(biāo)，這樣既可以縮短試驗(yàn)周期，又可節(jié)能。

2.對(duì)缺口比較敏感的材料，可用缺口- 光滑持久組合試樣，考核缺口敏感性和持久性能。

通過(guò)對(duì)GH4145合金試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng) 計(jì)分析，認(rèn)為其高溫變載持久壽命服從對(duì)數(shù) 正態(tài)分布。

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