Никелевый сплав GH4133B: химический состав, свойства, термообработка и отличия от GH4133

GH4133B – китайский деформируемый жаропрочный сплав на никель-хромовой основе с дисперсионным упрочнением. Это модификация сплава GH4133 с добавками магния и циркония. Рабочая температура GH4133B - до 750 °C. Из сплава изготавливают диски турбин и силовые кольца. Эквивалента в стандартах ASTM и EN у GH4133B нет.

Общие характеристики сплава GH4133B

GH4033, GH4133, GH4133B: чем отличается модификация B

GH4133B - третья ступень развития одного сплава:

• GH4133: получен из GH4033 повышением содержания алюминия и титана и добавкой ниобия;
• GH4133B: получен из GH4133 добавкой магния и циркония.

Добавка магния и циркония решает конкретную проблему базового сплава. После длительных выдержек выше 700 °C в GH4133 на границах зерен выделяется η-фаза. Через 3000 ч ее количество на границах и в теле зерна заметно растет, появляются крупные ячеистые колонии. Выше 700 °C у GH4133 низкая пластичность при длительном нагружении и есть чувствительность к надрезу.

В GH4133B надрезная чувствительность при температурах до 750 °C устранена. Ресурс деталей вырос в несколько раз, длительная прочность и пластичность заметно повысились. Магний и цирконий в микроколичествах упрочняют границы зерен, и именно на границах зарождается разрушение при длительной нагрузке.

Надрезная чувствительность - это склонность металла разрушаться при длительной нагрузке раньше срока, если на детали есть концентратор напряжений. Для дисков концентраторы неизбежны: пазы замков лопаток, отверстия, галтели.

Для закупки из этого следует прямой вывод. GH4133 и GH4133B - разные марки. Для детали, спроектированной под GH4133B, замена на GH4133 недопустима: в базовом сплаве нет добавок, которые устраняют надрезную чувствительность.

Применение сплава GH4133B: диски турбин, кольца, крепеж

Сплав GH4133B применяют для силовых деталей, работающих при температурах до 750 °C: дисков турбин, рабочих лопаток и силовых колец. Основные виды продукции: горячекатаные и кованые прутки, дисковые поковки и кольца.

Сплавы семейства используют и в промышленных турбинах: из базового GH4133 изготавливают высокотемпературные болты и шпильки промышленных паровых турбин. Если в конструкторской документации на крепеж указан GH4133B, модификацию сохраняют: надрезная чувствительность для резьбы так же критична, как для пазов диска.

Стандарты на никелевый сплав GH4133B: GB/T 14992 и продуктовые стандарты

Марку и химический состав GH4133B устанавливает GB/T 14992. Требования к продукции задают продуктовые стандарты: GB/T 14997 (кованые заготовки-«лепешки»), GJB 1953, GJB 3165A, GJB 3782A, GJB 5280 и GJB 5301. Режимы термообработки приведены в HB/Z 140 и GJB 1953A.

Химический состав сплава GH4133B, %

Примеси и микродобавки, % по массе, не более:

Содержание Bi, Sn, Sb, Pb и As контролируют по продуктовым стандартам GJB 1953, GJB 3165A, GJB 5280 и GJB 5301.

Отличия от GH4133 по составу, % по массе:

Кроме магния и циркония, у GH4133B сужены диапазоны алюминия и ниобия, а предел висмута в десять раз строже. Висмут в следовых количествах охрупчивает границы зерен. Поэтому GH4133B отличается от базового сплава не только добавками, но и более высокими требованиями к чистоте металла.

Термообработка спалва GH4133B

Для дисковых поковок и прутков GH4133B предусмотрен один и тот же двухступенчатый режим:

• закалка: 1080 ± 10 °C, 8 ч, охлаждение на воздухе;
• старение: 750 ± 10 °C, 16 ч, охлаждение на воздухе.

Твердость после термообработки составляет 262-352 HBW.

Закалка растворяет упрочняющую γ'-фазу и задает размер зерна. Старение выделяет γ'-фазу в виде мелких частиц. Температура старения 750 °C совпадает с верхней границей рабочего диапазона. Поэтому при рабочих температурах ниже 750 °C состояние структуры, заданное старением, меняется медленно.

У базового GH4133 режимы различаются по видам продукции. Для кованых заготовок закалка при 1055-1075 °C, для прутков - при 1070-1090 °C, старение в обоих случаях при 740-760 °C. Если в заказе не указана марка с индексом B, термообработку могут выполнить по одному из этих режимов, и свойства металла будут другими.

Механические свойства GH4133B

Механические свойства GH4133B нормируют продуктовые стандарты. Нормативные значения в открытых официальных источниках не опубликованы, поэтому в статье они не приводятся. Из подтвержденных данных есть только диапазон твердости после термообработки: 262-352 HBW.

Прочность при комнатной температуре мало говорит о пригодности сплава, созданного для снижения надрезной чувствительности. Основной показатель для него - длительная прочность при рабочей температуре на образцах с надрезом и без надреза. Именно по этим испытаниям GH4133B отличается от GH4133. Эта оценка - инженерная интерпретация назначения модификации, а не требование конкретного стандарта.

Обработка сплава GH4133B: резание, выплавка, сварка

GH4133B обрабатывается резанием заметно хуже базового GH4033. Данные для дисков турбин:

• токарная обработка: скорость резания примерно вдвое ниже, чем для GH4033, износ инструмента выше; черновое точение ведут твердосплавным инструментом марок YA6 или YW2;
• сверление, развертывание, фрезерование: инструментом из быстрорежущей стали W18Cr4V, скорость резания примерно вдвое ниже, чем для GH4033, число переточек сокращается в 1-2 раза;
• протягивание: для дисков из GH4033 скорость составляет 3-4 м/мин, для GH4133 и GH4133B - не более 1,5 м/мин, стойкость протяжки снижается в 2-3 раза.

Для планирования производства это означает, что трудоемкость и расход инструмента на деталь из GH4133B заметно выше, чем на такую же деталь из GH4033. Особенно это касается пазов замков, которые выполняют протягиванием.

Сплав выплавляют вакуумно-индукционной плавкой с последующим электрошлаковым или вакуумно-дуговым переплавом.

Проверяемых данных о свариваемости GH4133B в открытых источниках нет. Суммарное содержание Al+Ti составляет 3,25-4,15 % (расчет по диапазонам состава). Для сплавов этого класса характерен риск трещин при послесварочной термообработке. Возможность сварки подтверждают у изготовителя.

По хрому и системе упрочнения к GH4133B ближе всех Nimonic 80A. Но в GH4133B больше титана и меньше алюминия, он легирован ниобием, магнием и цирконием, а его рабочая температура ниже. Nimonic 80A поставляют по ASTM B637, в Китае у него есть собственный аналог GH4080A. Поэтому ни одна из марок таблицы не заменяет GH4133B без пересчета детали по гарантированным свойствам заменяющего сплава.

Чтобы узнать цену на сплав GH4133B, укажите вид проката, размеры и объем заказа в форме по кнопке, в чате сайта, мессенджере и или электронном письме.