GH4141镍钴高温合金材料「欧米伽金属」

GH4141概述

GH4141是Ni-Cr-Co基沉淀硬化型变形高温合金，主要以时效沉淀γ'相和M6C型碳化物为主要强化相，使用温度在980℃以下。合金在650℃-900℃范围内具有较高的拉伸、持久和蠕变强度、抗屈服和抗疲劳性能以及良好的抗氧化性能，是980℃以下使用力学性能最高的板材合金之一。合金的机加工性能良好，适用于制作870℃以下要求高强度、980℃以下要求抗氧化性能的航空和航天发动机用涡轮盘、导向叶片、燃烧室板材承力件、涡轮转子、导向器、紧固件和高温弹簧等部件。主要产品有热轧和锻制棒材、板带材、丝材、盘锻件和环形件等。

GH4141中外牌号对照表

GH4141应用概述及说明

合金已用于制作航空发动机的燃烧室内套壁前段和后段、高压涡轮外环支撑环和固定环、高压导向器外环和内支撑环、封严支撑环后安装边、燃烧室后壳体、封严片和紧固件等，以及火箭发动机的涡轮转子等零件，批产和使用情况良好。

由于该合金中铝、钛和钼元素含量较高，铸锭锻造开坯比较困难，但开坯后塑性较好。合金经退火后可进行冷冲压和旋压成形。合金可以采用熔焊和接触焊进行焊接，焊前应进行过时效处理、或在焊前控制固溶处理后的冷却速度方法，避免熔焊时产生应变时效裂纹。

GH4141材料技术标准

GB/T 14992 温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号

GJB 2456 航天用GH4141高温合金热轧棒材规范

HB/Z 140 航空用高温合金热处理工艺

Q/3B 4060 GH141 合金棒材

Q/3B 4063 GH141 合金冷轧带材

Q/5B 4027 GH141 合金圆饼、环坯、环形件

辽新7-0073 GH141 合金锻制棒材

辽新7-0099 高温紧固件用GH141合金冷拉棒材

辽新7-0077 航天用GH141合金热轧棒材技术条件

Q/GYB 05023 航天用GH4141合金模锻件

Q/GYB 05028 焊接用HGH4141合金冷拉丝材

Q/6S1033-1992《高温紧固件用GH141合金棒材》

抚84-13《航天用GH141合金棒材技术条件》

GH4141化学成分

注：航天用材可加入ω（Mg)<0.05%和ω(La)<0.035%。

GH141热处理制度：

摘自HB/Z 140、GJB 2456、Q/3B 4060、Q/3B 4063、Q/5B 4027、辽新7-0073、辽新7-0099、辽新7-0077、Q/GYB 05023，各品种的标准热处理制度如下

航空领域锻制棒：

制度I:1080℃士10℃/快冷+1120℃士10℃×0.5h/AC +900℃士10℃×1h/AC

制度II:1080℃士10℃/快冷十1120℃土10℃×0.5h/AC +900℃士10℃×4h/AC，≥30HRC

航空领域热轧棒、冷拉棒、圆饼、环坯、环形件：

1080℃士10℃/快冷十1120℃士10℃×0.5h/AC +900℃士10℃×4h/AC

航空领域冷轧板和带材：

(供应状态)1080℃士15℃/AC或更快冷+760℃士8℃×16h/AC，固溶在保护气氛中进行，保温时间根据产品的厚度确定

航天领域热轧棒：

1065℃×4h/AC或OQ +760℃×16h/AC，适于d70mm~90mm棒材

1080℃×4h/AC或OQ +760℃×16h/AC,适于d≤70mm棒材

航天领域模锻件：

制度I:1080℃×4h/OQ +760℃×16h/AC

制度II:1065℃×4h/AC +760℃×16h/AC

板材：

制度I:1180℃×0. 5h/AC +900℃×4h/AC

制度II:1080℃/AC(保温不小于2.4min/mm) +760℃×16h/AC

GH141品种规格与供应状态

可提供各种规格的圆饼、环坯、环形件、薄板、带材、棒材、锻件和精密铸件等。板材于固溶状态交货，棒材和锻件不经热处理交货。

GH141熔炼与铸造工艺

合金采用真空感应熔炼、真空感应熔炼加电渣重熔或真空电弧重熔工艺。

GH141热性能

GH141熔化温度范围1316～1371℃

GH141热导率见表

GH141线膨胀系数见表

GH141密度ρ=8.27g/cm3

GH141电性能

δ2mm板材的室温电阻率见表

GH141磁性能见表

GH141化学性能

GH141性能在空气介质中的氧化速率见表

GH141力学性能

GH141技术标准规定的性能

GH141圆饼、环坯、环形件、大棒材标准规定的性能见表。

注：1环形件经退火处理后的室温硬度HBS≤363。

2经固件和时效处理后的室温硬度HRC≥30(HBS≥283)。

GH141紧固件标准规定的性能见表

GH141d90mm棒材标准规定的性能见表

GH141板材、带材标准规定的性能见表

GH141组织结构

GH141相变温度合金热处理后，组织中析出相的相变温度范围见表

GH141时间-温度-组织转变曲线

GH141铸态试样经1180℃,6h,水冷淬火后，再在不同温度保湿1h，析出相数量和温度的关系见图4-2。

GH141经1200℃,2h固溶处理后，再在760～1200℃时效2～96h,析出相数量和时效温度的关系见图4-2。

GH141 5000h时效后，合金中析出相数量的变化见图4-3

GH141合金组织结构合金在标准热处理状态的组织除γ基体外，还存在γ′、M6C、M23C6、MC，时效后有μ相析出。

GH141工艺性能与要求

GH141成形性能

1  GH141钢锭锻造前应进行高温均匀化处理，锻造加热温度为1160～1180℃，终锻温度不低于1000℃。板坯轧制加热温度为1140～1160℃，终轧温度不低于1060℃。薄板轧制加热温度为1140～1160℃，终轧温度不低于800℃。

2  GH141冷轧薄板固溶状态的反复弯曲和杯突性能见表。

GH141旋压性能板材在保持细晶和较低的硬度时具有很好的可旋性。根据室温拉伸断面收缩率φ(%)算出限减薄率φmax(%)=φ(%)/[0.17＋φ(%)]，各种形状限减薄率φmax(%)见表

GH141热塑性能

GH141  d22mm轧材热顶锻塑性见表5-3，塑性图见图5-1。

表5-3

GH141  d22mm轧材的热模拟塑性试验结果见表5-4

表5-4

注：1冷却曲线以100℃/s加热到1160℃保温处理后，随炉冷却到规定温度再保温100s，以100m/s速度拉断。

2加热曲线以100℃/s加热到规定温度保温100s，以100m/s速度拉断。

GH141d90mm棒材经1065℃,4h,空冷＋760℃,16h,空冷热处理后进行高温拉伸试验，其高温拉伸塑性见表5-5

表5-5

GH141合金再结晶图

GH141加工再结晶图见图5-2。

GH141固溶再结晶图见图5-3。

GH141焊接性能

GH141合金可熔焊、扩散焊、钎焊、摩擦焊。熔焊既可用电子束焊接，也可用氩弧焊焊接。熔焊缝在热处理时有产生应变时效裂纹倾向，为将这种倾向减到小，应在焊接前固溶缓慢退火，即1080℃，随后以22℃/min冷却到650℃；另一办法是在焊接前进行过时效处理，即1080℃，30min，以1.7～4.4℃/min冷却到980，4h，以1.7～4.4℃/min冷却到870℃，4h,再以1.7～4.4℃/min冷却到760℃，16h,空冷[1,16～19]。焊后在消除焊接应力和恢复性能时，应快速加热通过时效硬化温度区间，这样可消除应变时效开裂倾向。使用细晶、低杂质含量母材，消除机械加工硬化，低的焊接线能量也可以降低应变时效开裂倾向