GH3536高温合金持久性能和熔炼工艺分析
GH3536高温合金简介GH3536高温合金是一种以镍为基体，添加铬、钨、钼等元素的固溶强化型合金。该合金具备优异的高温抗氧化性、耐腐蚀性及较高的持久强度，因此广泛应用于航空航天、石化设备以及能源领域的高温部件。
GH3536合金的持久性能持久强度和蠕变性能
GH3536高温合金在高温环境下表现出优异的持久强度和抗蠕变性能。研究表明，GH3536在800℃温度下，经1000小时的应力测试后，其持久强度可达到200MPa，而在900℃下持久强度仍保持在130MPa以上。该合金在高温下展现出良好的稳定性，使其在长期工作环境中不易出现塑性变形和断裂。
冲击性能持久性能的因素
温度和应力水平：随着工作温度的升高和应力水平的增加，GH3536的持久强度会有所下降。具体表现为，在950℃温度下，持久强度相较800℃时下降约40%。
微观组织变化：在高温长时间使用过程中，GH3536合金的微观组织会发生演变，如碳化物的析出和相变，这些变化对合金的持久性能有重要冲击性能。尤其是碳化物的析出，可能导致晶界的弱化，从而降低合金的持久强度。
元素的扩散与沉淀：GH3536合金中添加的铬、钼等元素在高温下易发生扩散，形成碳化物沉淀，这对合金的高温强度有一定的增强作用，但过多的沉淀相也可能导致脆性增加。
GH3536高温合金的熔炼工艺熔炼方法的选择
GH3536高温合金通常采用真空感应熔炼(VIM)和电渣重熔(ESR)相结合的工艺。VIM工艺能够有效降低熔炼过程中的气体含量和杂质元素，提高合金纯度和均匀性。ESR则能够进一步优化合金的晶粒结构，减少非金属夹杂物，从而提高合金的综合性能。
熔炼工艺参数
温度控制：在VIM过程中，熔炼温度通常控制在1450-1500℃，该温度区间能够保证合金元素的充分熔化和均匀分布，同时避免过高温度导致元素挥发。电渣重熔时，温度通常控制在1600℃左右，以确保合金的细晶结构。
冷却速率：冷却速率对GH3536的晶粒大小有直接冲击性能。研究表明，较快的冷却速率有助于形成细小的晶粒结构，从而提升合金的高温强度和抗蠕变性能。常规冷却速率为50℃/分钟，而对于一些特定应用，可能采用更快的冷却速率以获得更佳的微观组织。
脱气与精炼：GH3536在熔炼过程中需要进行脱气和精炼处理，以降低氢、氧、氮等有害气体的含量。这一过程通常在真空条件下进行，结合氩气吹扫，能够有效减少气孔和夹杂物的产生。
熔炼工艺对合金性能的冲击性能晶粒度：合理的熔炼工艺能够控制GH3536合金的晶粒度，从而冲击性能其高温强度。细小均匀的晶粒结构使得合金在高温下具有更好的抗蠕变性能，而粗大的晶粒则容易导致合金在高温应力作用下发生开裂。
化学成分的均匀性：熔炼工艺中温度和时间的控制直接冲击性能合金中各元素的均匀性。合金中元素分布不均可能导致局部区域的性能不一致，尤其是在高温长时间使用时，可能引发局部应力集中和开裂。
杂质含量：通过VIM和ESR工艺的结合，GH3536合金的杂质含量能够得到有效控制。较低的杂质含量有助于提高合金的抗氧化性和耐腐蚀性，同时减少高温下的脆性相形成，从而提升合金的整体持久性能。
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GH5188高温合金研究进展与应用
GH5188合金是固溶强化型钴基高温合金，主要由钴（Co）、镍（Ni）、铬（Cr）、钨（W）以及微量的镧（La）等元素构成，应用温度低于1100°C。具有高温抗氧化性、抗蠕变性能、良好的成形及焊接性能，材料在650°C暴露8000h后，仍能具有1045MPa的极限强度、550MPa的屈服强度和29.1%的拉伸强度率，广泛用于航空航天领域的高温零部件制造。
GH5188性能及特点
1高温抗氧化性
GH5188合金能够在极端高温环境下保持良好的稳定性，具有出色的抗氧化和抗腐蚀性能。这使得它在高温工作条件下能够长期保持杰出的性能。
2优异的高温蠕变性能
GH5188合金具有良好的高温蠕变强度和延展性能，能够在高温下长时间承受恒定应力而不发生塑性变形，确保零部件的稳定性和可靠性。是燃气涡轮叶片等高温部件的理想选择材料。
3良好的加工性
GH5188合金粉末可通过多种加工方法制备成各种形状的零部件，如粉末冶金成形、烧结、热等静压等。
4良好的抗疲劳性能
GH5188合金具有较高的耐疲劳性能，能够在循环加载条件下保持良好的强度和可靠性、应对复杂的振动和载荷，延长零部件的使用寿命。
5可焊接性
合金粉末可通过适当的焊接工艺进行连接和修复，使其在实际应用中更加灵活多样。
GH5188相关研究
1、GH5188涂层的耐磨性与耐蚀性
采用超声滚压（UR）技术在GH5188涂层表面制备纳米晶层，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析仪（EDS）、维氏硬度计、高温摩擦磨损试验机和电化学工作站研究超声滚压作用下GH5188 涂层的微观形貌、相组成、显微硬度、高温摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果显示：超声滚压后，GH5188涂层表面达到镜面效果，与未滚压相比，粗糙度下降58%，制备出厚度为18μm的纳米晶层。与H13基体相比：未滚压的涂层表面显微硬度提高21%，超声滚压后的涂层表面显微硬度提高70%，未滚压的涂层耐磨性提高69%，超声滚压后的涂层耐磨性提高81%。电化学测试结果表明：与H13基体相比，未滚压的涂层耐腐蚀性提高12%，超声滚压后的涂层耐腐蚀性提高17%。研究结论显示：超声滚压后的涂层表层组织位错密度和晶界增加，获得了纳米晶层，有效改善了GH5188涂层的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性等力学性能。
GH5188涂层在不同加工形态下的体现
2、GH5188合金中加入La提高合金的抗氧化性
GH5188高温合金氧化膜主要成份是Cr2O3和MnCr2O4，氧化动力学可近似用抛物线规律来描述。研究人员发现适量的加入La有助于合金形成连续、致密且稳定的氧化膜Cr2O3，提高了氧化膜与合金基体的粘附性，改善了GH5188高温合金的抗氧化性能。但随着La含量的提高，合金的抗氧化性能会降低，因此得出：La的最佳含量范围为0.029%~0.060%。
3、钴基合金GH5188高温压缩变形行为研究
在航空管道系统卡箍锻造工艺研究问题中，实验选材为GH5188，研究该材料在锻造过程中的热变形行为和微观组织演变行为。通过热压缩实验，研究钴基高温合金热加工过程中变形抗力高、加工温度范围窄等问题，结果表明GH5188合金合理的热变形参数为：加工温度为1080℃~1180℃，应变速率为0.1s-1~1s- 1，材料可用于航空业以及研发活动。
4、激光选区熔化（SLM）工艺制备GH5188合金
有研究显示：利用SLM工艺制备GH5188合金，从激光功率、扫描速度、扫描间距和层间转角等制备参数对成形质量的冲击性能，进行了力学性能和微观组织分析，结果表明：SLM工艺下试样致密度可达98.75%，硬度达296.71HV，抗拉强度为1048.38MPa，硬度和抗拉性能大于热轧板，延伸率为11.7%，低于热轧板，SLM成形的GH5188合金呈现较好的力学性能。
5、通过超声振动辅助LPBF制备GH5188合金
研究人员通过对超声振动辅助的激光粉床融合LPBF和无超声振动的LPBF之间的机械性能（包括拉伸强度性能和显微硬度）进行了评估和比较。结果表明：超声振动使平均晶粒尺寸从80.91μm 减小到53.02μm，Max均匀分布倍数(MUD)值从10.370下降至7.696，显微硬度、抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了4.49%、2.6%、4.6%和5.6%。这一研究将建立一种提高LPBF制备GH5188合金质量的潜在方法。
6、O和La含量有助于改善GH5188合金在LPBF工艺下的裂纹
随着航空工业的快速发展，对形状复杂、集成多功能部件、缩短制造生命周期的燃气涡轮发动机部件的需求越来越大，使用增材制造工艺可以生产几何形状复杂的部件和集成部件，减少制造时间和材料浪费，是制备航空工业用GH5188合金部件的理想选择。然而增材制造工艺中的快速冷却速率和后续沉积层施加的热循环很容易导致合金形成裂纹，恶化机械性能。经研究人员实现表明，合金中低O和La含量有助于避免裂纹形成，可为无裂纹激光粉末床熔融GH5188合金部件的制造提供指导。
GH5188的应用
由于GH5188钴基合金具有优良的物理和化学性能，因此被广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域。
1、航空领域：用于制造航空发动机和燃气轮机的关键部件，如燃烧室、涡轮盘、火焰筒等。
航空发动机
2、航天领域：用于制造火箭发动机和导弹的高温关键部件。
火箭发动机
3、能源领域：用于制造核能工业中的热交换器等零部件及核反应堆的关键部件，如控制棒、燃料元件等。
4、化工领域：用于制造高温高压反应釜的衬里和阀门等部件。
结语
通过研究人员深入的实验和理论研究，我们对其微观结构、力学性能和高温稳定性有了一定的了解，这些研究成果为其在航空航天、新能源和其他高温领域的应用提供了坚实的数据基础。未来的研究应重点关注提高GH5188合金的性能和稳定性，开发新的合金设计理念，并探索其在更广泛领域的应用潜力。
GH5188高温合金研究进展与应用
GH5188合金是固溶强化型钴基高温合金，主要由钴（Co）、镍（Ni）、铬（Cr）、钨（W）以及微量的镧（La）等元素构成，应用温度低于1100°C。具有高温抗氧化性、抗蠕变性能、良好的成形及焊接性能，材料在650°C暴露8000h后，仍能具有1045MPa的极限强度、550MPa的屈服强度和29.1%的拉伸强度率，广泛用于航空航天领域的高温零部件制造。
GH5188性能及特点
1高温抗氧化性
GH5188合金能够在极端高温环境下保持良好的稳定性，具有出色的抗氧化和抗腐蚀性能。这使得它在高温工作条件下能够长期保持杰出的性能。
2优异的高温蠕变性能
GH5188合金具有良好的高温蠕变强度和延展性能，能够在高温下长时间承受恒定应力而不发生塑性变形，确保零部件的稳定性和可靠性。是燃气涡轮叶片等高温部件的理想选择材料。
3良好的加工性
GH5188合金粉末可通过多种加工方法制备成各种形状的零部件，如粉末冶金成形、烧结、热等静压等。
4良好的抗疲劳性能
GH5188合金具有较高的耐疲劳性能，能够在循环加载条件下保持良好的强度和可靠性、应对复杂的振动和载荷，延长零部件的使用寿命。
5可焊接性
合金粉末可通过适当的焊接工艺进行连接和修复，使其在实际应用中更加灵活多样。
GH5188相关研究
1、GH5188涂层的耐磨性与耐蚀性
采用超声滚压（UR）技术在GH5188涂层表面制备纳米晶层，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析仪（EDS）、维氏硬度计、高温摩擦磨损试验机和电化学工作站研究超声滚压作用下GH5188 涂层的微观形貌、相组成、显微硬度、高温摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。结果显示：超声滚压后，GH5188涂层表面达到镜面效果，与未滚压相比，粗糙度下降58%，制备出厚度为18μm的纳米晶层。与H13基体相比：未滚压的涂层表面显微硬度提高21%，超声滚压后的涂层表面显微硬度提高70%，未滚压的涂层耐磨性提高69%，超声滚压后的涂层耐磨性提高81%。电化学测试结果表明：与H13基体相比，未滚压的涂层耐腐蚀性提高12%，超声滚压后的涂层耐腐蚀性提高17%。研究结论显示：超声滚压后的涂层表层组织位错密度和晶界增加，获得了纳米晶层，有效改善了GH5188涂层的显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性等力学性能。
GH5188涂层在不同加工形态下的体现
2、GH5188合金中加入La提高合金的抗氧化性
GH5188高温合金氧化膜主要成份是Cr2O3和MnCr2O4，氧化动力学可近似用抛物线规律来描述。研究人员发现适量的加入La有助于合金形成连续、致密且稳定的氧化膜Cr2O3，提高了氧化膜与合金基体的粘附性，改善了GH5188高温合金的抗氧化性能。但随着La含量的提高，合金的抗氧化性能会降低，因此得出：La的最佳含量范围为0.029%~0.060%。
3、钴基合金GH5188高温压缩变形行为研究
在航空管道系统卡箍锻造工艺研究问题中，实验选材为GH5188，研究该材料在锻造过程中的热变形行为和微观组织演变行为。通过热压缩实验，研究钴基高温合金热加工过程中变形抗力高、加工温度范围窄等问题，结果表明GH5188合金合理的热变形参数为：加工温度为1080℃~1180℃，应变速率为0.1s-1~1s- 1，材料可用于航空业以及研发活动。
4、激光选区熔化（SLM）工艺制备GH5188合金
有研究显示：利用SLM工艺制备GH5188合金，从激光功率、扫描速度、扫描间距和层间转角等制备参数对成形质量的冲击性能，进行了力学性能和微观组织分析，结果表明：SLM工艺下试样致密度可达98.75%，硬度达296.71HV，抗拉强度为1048.38MPa，硬度和抗拉性能大于热轧板，延伸率为11.7%，低于热轧板，SLM成形的GH5188合金呈现较好的力学性能。
5、通过超声振动辅助LPBF制备GH5188合金
研究人员通过对超声振动辅助的激光粉床融合LPBF和无超声振动的LPBF之间的机械性能（包括拉伸强度性能和显微硬度）进行了评估和比较。结果表明：超声振动使平均晶粒尺寸从80.91μm 减小到53.02μm，Max均匀分布倍数(MUD)值从10.370下降至7.696，显微硬度、抗拉强度、屈服强度和延伸率分别提高了4.49%、2.6%、4.6%和5.6%。这一研究将建立一种提高LPBF制备GH5188合金质量的潜在方法。
6、O和La含量有助于改善GH5188合金在LPBF工艺下的裂纹
随着航空工业的快速发展，对形状复杂、集成多功能部件、缩短制造生命周期的燃气涡轮发动机部件的需求越来越大，使用增材制造工艺可以生产几何形状复杂的部件和集成部件，减少制造时间和材料浪费，是制备航空工业用GH5188合金部件的理想选择。然而增材制造工艺中的快速冷却速率和后续沉积层施加的热循环很容易导致合金形成裂纹，恶化机械性能。经研究人员实现表明，合金中低O和La含量有助于避免裂纹形成，可为无裂纹激光粉末床熔融GH5188合金部件的制造提供指导。
GH5188的应用
由于GH5188钴基合金具有优良的物理和化学性能，因此被广泛应用于航空、航天、能源、化工等领域。
1、航空领域：用于制造航空发动机和燃气轮机的关键部件，如燃烧室、涡轮盘、火焰筒等。
航空发动机
2、航天领域：用于制造火箭发动机和导弹的高温关键部件。
火箭发动机
3、能源领域：用于制造核能工业中的热交换器等零部件及核反应堆的关键部件，如控制棒、燃料元件等。
4、化工领域：用于制造高温高压反应釜的衬里和阀门等部件。
结语
通过研究人员深入的实验和理论研究，我们对其微观结构、力学性能和高温稳定性有了一定的了解，这些研究成果为其在航空航天、新能源和其他高温领域的应用提供了坚实的数据基础。未来的研究应重点关注提高GH5188合金的性能和稳定性，开发新的合金设计理念，并探索其在更广泛领域的应用潜力。
【参考文献】
[1] Yan Z, Trofimov V, Song C, et al. Microstructure and mechanical properties of GH5188 superalloy additively manufactured via ultrasonic-assisted laser powder bed fusion[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2023, 939: 168771.
[2] 赵楠, 李多生, 叶寅, 刘奋成, 江五贵. 激光选区熔化成形GH5188合金微观组织及性能[J]. 航空学报, 2023, 44(19): 428332-428332.
[3] 纪皓文, 郝敬宾, 牛庆伟, 等. 超声滚压对高速激光熔覆 GH5188 高温合金涂层组织和力学性能的冲击性能[J]. 精密成形工程, 2023, 15(1): 146-155.
[4] 王爽, 王资兴, 程晓农, 等. 稀土 La 对钴基高温合金 GH5188 在 1100℃ 下空气中氧化行为的冲击性能[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2023, 44(1): 221-228.
[5] Wu Y, Sun B, Chen B, et al. Cracking mechanism of GH5188 alloy during laser powder bed fusion additive manufacturing[J]. Materials Characterization, 2024, 207: 113548.
[6] Liu D, Lai X, Huang Z, et al. Study on Hot Deformation Behavior and Processing Maps of Cobalt‐Based Superalloy GH5188[J]. Advanced Engineering Materials, 2024.