GH2136高温合金蝶型弹簧热处理工艺研究

盛昆川， 吴钦顺， 于林光， 王勇

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150046）

0 引言

1）碟形弹簧在载荷作用方向上尺寸较小，且能在很小变形时承受很大载荷，轴向空间紧凑。与其他类型的弹簧比较，其单位体积材料的变形能较大。具有较好的缓冲吸振能力。特别是在采用叠加组合时，由于表面摩擦阻尼作用，吸收和消散能量的作用更加显著。

2）碟形弹簧具有变刚度特性。利用不同的组合方式和改变单片的几何尺寸，可以得到不同的弹簧特性曲线。可成为直线型、渐增型、渐减型或者是它们的组合形式。此外还可以通过不同厚度碟片组合或取不同片数叠合碟片的组合得到变刚度特性。

3）由于改变碟片的数量或碟片的组合形式，可以得到不同的承载能力，因此每种尺寸的碟片，都具有很广泛的适用范围。这就使备件的准备和管理比较容易。

1 实验过程及工艺参数的确定

我公司对1 000 MW核电机组高温合金蝶型弹簧材质GH2136（图号CCH01.072.4.003）要求见表1。

表1 GH2136高温合金蝶型弹簧的力学性能

技术要求：1）该弹簧使用时每4个为1组对合使用，除单个弹簧外，还需测量复核后的参数要求，测量合格后按组保存，不得与其他组混合；2）三类弹簧，2级精度；3）表面处理滚磨，硬度要求≥35.5 HRC；4）使用环境温度最高600℃，使用场合为室内，使用状态为静态。

高温合金是指以铁、镍、钴为基，能在600℃以上的高温和一定压力作用下长期工作的一类金属材料，其具备较高的高温强度，良好的抗热腐蚀和抗氧化性能。基于上述特点，已被广泛应用于发动机及动力机械的热端部件。

GH2136属于铁基高温合金，目前使用的铁基合金含镍量高达25%～60%。这类铁基合金有时也成为铁镍基合金，为单一的奥氏体组织。其为时效强化型高温合金，必须要先进行中间处理也称稳定化处理，目的是使合金晶界解析出一定量的各种碳化物和硼化物相颗粒，提高晶界强度。使晶界及晶内析出较大颗粒的γ′相，从而使晶界、晶内强度得到协调配合，提高合金高温持久性能蠕变寿命和持久伸长率，改善合金长期使用的组织稳定性。之后进行时效处理，时效处理过程中，在合金基体上析出一定数量和尺寸较小的强化相γ′相以及碳化物等，以达到合金强化的目的。γ′相是高温合金的主要强化相，是Cu3Au型面心立方有序结构。Al原子位于角上，Ni原子位于面心。γ′相与基体共格（或部分共格），晶面间距十分接近。点阵常数也与基体相近，γ′相的晶格常数随固溶的元素及含量不同而稍有变化。γ′相沿着基体面共移析出，随着时效时间的延长，γ′相在基体中均匀地析出并弥散分布，它可以通过形核长大的方式析出。γ′相在Fe基、Ni基合金中开始析出的温度为500～600℃。共析出峰和溶解温度随Al、Ti含量及合金化程度增加而增加。因不同合金，其析出峰在650～900℃之间，溶解温度在1 000～1 200℃范围内。

这里将GH2136分成3组，A1～A4第一组；B1～B4第二组；C1～C4第三组。试件采用和产品相同材质及尺寸，如表2。

表2

从以上的结果可以看出，第一组A1～A4和第二组B1～B4检查结果除硬度合格外，其余两项挠度都有超标准值的范围，从实验一开始就不断地调整热处理工艺，第一组工艺为中间处理温度为810℃±10℃、3 h+700℃±10℃、16 h时效。第二组调整为中间处理温度810℃±10℃、3 h+710℃±10℃、17 h时效。第三组调整为中间处理温度820℃±10℃、2 h+730℃±10℃、18 h时效。检查结果第三组，即C1-C4符合图纸要求。

2 结论

GH2136蝶型弹簧采用中间处理820℃±10℃、2 h+730℃±10℃、18 h时效工艺所得到的蝶型弹簧完全符合图纸要求。公司现在已经在1 000 MW核电机组上采用了此工艺，并得到了很好的效果。此工艺对于其他的领域GH2136蝶形弹簧的热处理工艺也具有推广和指导的意义。

［1］ 中国机械工程学会热处理学会.热处理手册［M］.北京：北京机械工业出版社2008.

［2］ 徐蚌学.耐热钢和高温合金生产加工及应用技术手册［M］.北京：冶金工业出版社，2007.