GH159钴基高温合金 相近美标牌号MP159特性及应用

 

GH159合金是一种新型的高强度多相钴基高温合金，其发展基于国外多相钴基高温合金（MP合金）。该合金采用冷变形和时效处理来实现强化，通过在面心立方基体中诱发产生交叉网状分布的片状ε相来阻止位错的长程运动，再结合析出弥散的Ni₃X相进行补充强化。GH159合金具有超高强度、良好的塑韧性以及高的应力腐蚀抗力等综合性能，在高达650℃的高温下仍能保持其高强度特性。该合金被广泛应用于航空发动机的高温紧固螺栓等零件，并可用于在应力腐蚀环境（如海洋大气环境）中服役的飞机用超高强度紧固件。主要品种为冷拉棒材。

 

材料牌号

 

相近牌号 MP159（美国）

 

材料的技术标准 GH159合金冷拉棒材技术标准包括：Q/6S 992—1992《高温紧固件用GH159合金冷拉棒材》（北京航空材料研究所）、C3S 284—1993《高温紧固件用GH159合金冷拉棒材》（协上五高28—1993《高温紧固件用GH159合金冷拉棒材》）。

 

化学成分

 

C: ≤0.04%

 

Cr: 18～20%

 

Ni: 余

 

Co: 34～38%

 

Mo: 6～8%

 

Fe: 8～10%

 

Ti: 2.5～3.25%

 

Al: 0.1～0.3%

 

Nb: 0.25～0.75%

 

B: 0.03%

 

Mn: 0.20%

 

Si: 0.20%

 

P: 0.02%

 

S: 0.01%

 

热处理制度

 

固溶处理：1040～1055℃，4～8小时，水冷

 

48%冷拔变形

 

十时效处理：650～675℃，4～4.5小时，空冷

 

品种规格与供应状态 可供应直径为5～25mm的冷拉棒材，供应状态为冷拔态。

 

熔炼与铸造工艺 GH159合金采用真空感应加真空电弧重熔的双联生产工艺。

 

应用概况与特殊要求 GH159合金主要用于航空发动机的紧固件，在600℃以下具有稳定的性能，可长期使用。它是目前综合性能最好的航空发动机紧固件材料。合金主要通过冷变形诱发大量网状分布的ε相来进行强化。因此，对冷拔变形的工艺参数要严格控制。变形量过小时，合金强度不足；变形量过大时，合金强度增加，但塑性降低。实践证明，在冷变形量控制在适当范围时，合金具有较好的综合性能。

 

物理及化学性能

 

熔化温度范围：熔点为1318℃

 

密度

 

p = 8.33g/cm³

 

磁性能

 

合金在25℃时的磁导率为1.0026512

 

化学性能

 

耐腐蚀性能：该合金具有优异的抗缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂能力。在氯化铁实验和擦盐试验中均未发生缝隙腐蚀和点蚀，同时具有良好的抗氢脆和应力腐蚀开裂能力。

 

室温及各种温度下的力学性能

 

硬度：固溶状态室温硬度HRC≤20；冷拔状态室温硬度HRC≥38；冷拔+时效状态室温硬度HRC≥44。

 

组织结构

 

相变温度

 

Y+ε两相区温度范围为540～700℃，540℃以下的Y相为亚稳态。

 

时间-温度-组织转变曲线

 

合金组织结构

 

合金在上临界温度（约700℃）以上为稳定的面心立方Y相，在下临界温度以下（约540℃）为稳定的密排六方e相；两温度之间为Y+E的两相区。合金经固溶处理后全部为亚稳定的Y相，在冷变形过程中部分Y相发生马氏体相变转变为稳定的e相。生成的E相呈薄片状，分布于面心立方的Y相晶粒内，形成交叉网状结构。在随后的时效过程中，亚稳定的Y相中又会析出Ni₃X相。

 

工艺性能与要求

 

成形性能：

 

合金的锻造和热轧工艺参数见原文档

 

焊接性能与焊接工艺见原文档

 

零件热处理工艺： 螺栓的热处理工艺为650～675℃，4小时时效处理，空冷。

 

表面处理工艺： 合金经局部感应加热热镦成螺帽后，表面再经冷搓丝加工螺纹。

 

切削加工与磨削性能： 合金的机加工性能类似于GH738镍-钴-铬合金，可在冷加工强化和时效材料上进行机加工。

 

以上是GH159合金的主要性能和特点。这种合金在航空发动机等高温紧固件领域具有广泛的应用前景，因其卓越的性能和稳定性，是目前最优选的航空发动机紧固件材料之一。