GH4145镍基高温合金gh4145高温合金钢
GH4145简介:GH4145合金主要用于γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]时效强化的镍基高温合金在980℃具有良好的耐腐蚀性和耐氧化性,800℃强度高,540℃以下耐松弛性好,成形焊接性好。该合金主要用于800发动机的制造℃平面弹簧和螺旋弹簧需要高强度。也可用于制造气轮机涡轮叶片等部件。
材料牌号
GH4145(GH145)
相近牌号
Inconel X-750(美国),NiCr15Fe7TiAl(德国),NC15FeTNbA(法国),NCF750(日本)
GH4145化学成分:
金相组织结构:
合金标准热处理状态的组织由γ基体、Ti(C、N)、Nb(C、N)、M23C6碳化物和γ'[Ni3(Al、Ti、Nb)]相组成,γ含量约为14.5%,是合金的主要强化阶段。
工艺性能及要求
1.合金锻造温度为1220~950℃两者都容易形成。
工艺性能及要求
1.合金锻造温度为1220~950℃两者都很容易形成。该合金在剧烈成过程后固溶。
2.该合金的平均晶粒尺寸与锻件的变形程度和最终锻件温度密切相关。
3.合金焊接性能好,可进行各种焊接。焊接后的时效处理可获得近似完全热处理状态的强度。
4.零件热处理在无硫的中性或还原气氛中进行,避免硫化。
热处理制度
固溶热处理系统980℃±15℃,空冷。材料和零件的中间热处理系统可分别选择以下工艺进行热处理。
退火:955~1010℃,水冷。
焊接前退火:980℃,1h。
焊接件消除应力退火:9000℃,保湿2h。
消除应力退火:885℃±15℃,24h,空冷。
合金采用电弧炉加真空自耗重熔、真空感应加电渣、电渣加真空自耗重熔或真空感应加真空自耗重熔。
应用概况及特殊要求
该合金主要用于制造540发动机工作温度℃平面波形弹簧、周向螺旋弹簧、螺旋压力弹簧、弹簧卡簧、弹簧卡圈和密封圈。
恢复热处理正确 GH4145/SQ 螺栓组织性能的影响
随着超临界(超临界)机组数量的增加,汽轮机使用了大量具有良好高温综合性能的镍基螺栓。
镍基合金是高温合金中应用最广泛、高温强度最高的合金。该材料具有较高的蠕变和耐久性、较强的抗应力松弛和抗氧化性。
高温合金 GH4145/SQ即是 20 世纪 80 年中开发的以 γ'[Ni3(Al,Ti,Nb)]
镍基时效硬化合金[1]主要用于300 MW 或 600 MW 汽 轮机高中压 内缸法兰螺 栓。
该材料螺栓高温运行后, 显微组织和位错组态会发生变化,加强相沉淀,导致材料蠕变和持久性能下降。宏观上,硬度指标会增加,超出标准规定的硬度范围必须提前退休。 否则会对机组的安全运行构成威胁,由于螺栓价格昂贵,造成巨大的经济损失。
目前还没有看到运行后的硬运行 度值超标的GH4145/SQ 本文研究了材料螺栓恢复热处理的研究,研究了运行后硬度值超标的恢复热处理工艺GH4145/SQ 螺栓处理后对其组织和性能的影响。
本 文 以 某 电 厂 600 MW 亚 临 界 机 组 材 质 为GH4145/SQ 中压主阀螺栓作为研究对象,在机组维程中经过布氏硬度试验,发现有 31根(共 68 布氏硬度值大于根 DL/T439-2006 要求的上限 (331 HBW)。
运行后的硬度值为 333 HBW 恢复热处理的螺栓, 固溶是热处理工艺 两次时效, 固溶工艺为 1130 ℃,保温 1 h,油冷; 首 时效温度为 845 ℃、时效时间 24 h,第二次时效温度707℃、时效时间 20 h,空冷。
1 化学成分分析
硬度值超标的采用定量直读光谱仪 GH4145/SQ 分析了螺栓材料的化学成分, 结果如表 1 所示。 可见其化学成分符合标准 DL/T439-2006 对GH4145 的要求。
2 观察显微组织
恢复热处理前后 GH4145/SQ 螺栓材料采用光学金相显微镜及扫描电镜进行观察显微组织,其组织均为孪晶奥氏体,晶界上分布有碳化物颗粒,分别如图 1、2 所示。
GH4145/SQ 随着固溶温度的升高或运行中高温的影响,属于疲劳循环硬化合金, 其合金晶粒呈生长趋势,过大的晶粒会显著降低合金的塑韧性。随着疲劳周期的增加,应力呈上升趋势。晶粒粗大,低周疲劳寿命短,即抗疲劳性能差。
从微组织照片可以看出,虽然热处理前后的金相组织都是孪晶奥氏体, 但热处理后的样品晶粒度明显细化。
热处理前硬度值高的样品晶粒相对较大,不仅减少了晶界面积,而且加剧了晶界碳化物的聚集,加剧了晶界脆化趋势,塑韧性指标值较低。
热处理后螺栓塑韧性指标的显著改善部分得益于其晶粒在热处理后的细化。
晶界碳化物同时影响高温合金塑性[2]。
热处理前螺栓晶界为连续网状碳化物 M23C6和 M6C,这种分布很容易引起应对 集中,可能 晶界早期断裂。 晶界碳化物热处理后的连续性降低, 从而提高合金的塑性和长期使用的组织稳定性。
3 恢复热处理对机械性能的影响
常温拉伸试验、冲击试验、布氏硬度试验分别进行,结果见表 2。
使用 HV-1000 型显微硬度计对恢 对复热前后的螺栓样品进行显微硬度试验, 随机取每个样品 5 奥氏体基体的奥氏体基体,结果见表 3。
采用扫描电镜观察热处理前后冲击样品断口的微观形,如图所示 3 所示。 可以看出,热处理前硬度值超标螺栓的冲击断裂是典型的沿晶体断裂,可以看出沿晶体,脆性断裂特性明显;热处理后,螺栓冲击断裂中存在
与热处理前相比,大量韧窝和撕裂棱具有明显的韧性特征。从上述试验结果可以看出, 硬度值超标GH4145/SQ虽然螺栓的常温力学性能指标合格,但其塑性指标(断后伸长率和断面收缩率)仅略高于标准要求的下限。
虽然标准对韧性指标(冲击吸收功)没有具体要求,但试验结果表明其冲击吸收功率低,螺栓韧性差。 可见,高温运行后硬度值升高 GH4145/SQ 螺栓材料的强度值增加,但其塑性和韧性指标明显恶化。
热处理后,螺栓材料的硬度值降低到标准要求范围,抗拉强度降低 屈服强度下降13% 27%的强度值仍高于标准要求的下限值; 断裂伸长率和断面收缩率分别增加 42%、24%; 韧性指数(冲击吸收功)增长 68%。 可见,热处理后螺栓材料的强度值在一定程度上降低, 与热处理前相比,塑韧性指标有了很大的提高。
4 分析及结语
火力发电厂汽轮机螺栓,特别是调速门和主门螺栓,在机组长期运行中受蠕变、疲劳及其交互作用的影响。高温螺栓的常见故障包括蠕变、脆性断裂和疲劳。因此,高温螺栓必须具有较高的蠕变强度、延展性、韧性和抗疲劳性。
超临界机组 GH4145/SQ螺栓钢应注重塑性韧性。硬度值高的螺栓塑性韧性明显降低,抗疲劳性差,易脆性断裂,低周疲劳断裂。
高硬度的主要原因如下: ①制作螺栓时, 冶炼锻造及后续热处理工艺控制不当;②GH4145/SQ 螺栓机加工中镍基合金硬化; ③安装螺栓时预紧力过大,高温运行时螺栓蠕变变形,导致材料硬化[3]。
鉴于运行后镍基合金螺栓硬度值超标, 本文采用的热处理工艺对硬度值超标螺栓进行热处理后, 硬度值降低到标准要求范围, 强度值有一定程度的下降,其次是塑性和韧性的显著提高,证明了这种热处理工艺的有效性。
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