论文GH4141GH141镍基变形高温合金分析与研究午虎技术部

1、【论文】GH4141(GH141)银基变形高温合金分析与研究【午虎技术部】TEL:GH4141(GH141) 锲基变形高温合金中国牌号：GH141/GH4141美国牌号：UNSN07041/Rene ' 41/R41/Carpenter41/PYROMET41/UNITEMP41/Hyn essalloyR41/J1610 一、GH141 概述GH141是是沉淀硬化型锲基变形高温合金，在 650950 c范围内，具 有高的拉伸和持久蠕变强度和良好的抗氧化性能。由于合金中铝、钛、铝含量较高，铸锭开坯比较困难，但变形后的材料具有较好的塑性，在退火状态下可以冷成形，也可进行焊接，焊接部件热处

2、理时易产生应变时效裂纹。合金的品种有薄板、带、丝、盘件、环形件、锻件、棒材、和精密铸件等，适合于制造在 870 C 以下要求有高强度和980 C以下要求抗氧化的航空、航天发动机高温零部件。1.1 GH141 材料牌号 GH141(GH4141)。1.2 GH141 相近牌号 UNS N07041 , Rene' 41 , R41 , Carpenter41 , PYROMET41 , UNITEMP41 , HynessalloyR41 , J1610(美国)。1.3 GH141 材料的技术标准1.4 GH141 化学成分 见表1-1。1-1NiFeZrM nSiPSCuCCrCoMo

3、AlTiB1L-1不*T5000.0618.010.09.001.403.000.003111.1 .0.0.00.00.|城10055015155010.1220.012.010.501.803.500.0100一70注：航天用材可加入 （Mg）0.05% 和（La）0.035% 。1.5 GH141 热处理制度见表1-2。表1-2品种热处理制度（航空）圆饼、环规范 I :1080 C± 10 C,快淬+1120 C± 10 C, 0.5h,空冷坯、环形件、棒、板材+900 C ± 10 C,1-4h,空冷规范 H :1080 C,4h,油冷+760 C, 16

4、h,空冷（航天）棒、盘件规范田:1065 C ,4h,空冷+760 C , 16h,空冷板材规范 IV:1180 C,30min ,空冷+900 C , 4h,空冷规范V :1080 C,保温不小于2.4min/mm, 空冷+760 C,16h,空冷1.6 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。1.7 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。1.8 GH141应用概况与特殊要求该合金广泛用于制造航空、航天发动机高 温承力零部件，如导

5、向叶片、燃烧室、涡轮、导向器高温承力件、轴、盘、叶片 和紧固件等，板材焊接件热处理时的应变时效裂纹， 可采用焊前过时效处理或在 焊前控制固溶处理后的冷却速度的方法来解决，焊后再进行标准热处理。二、GH141物理及化学性能2.1 GH141 热性能2.1.1 GH141熔化温度范围1316 1371c22.1.2 GH141 热导率 见图2-1。2.2 GH141 密度p=8.27g/cm 3。2.3 GH141 电性能6 2mm板材的室温电阻率见表2-3表 2-3 3p /(10-6。.m状态p /(10-6 Q .m)状态)热轧1.311175 C,0.5h,空冷1.331175 C,0.5

6、h,空冷1065 C,4h,空冷1.25+900 C ,4h,空冷1.341065 C,4h,空冷+760 C,16h,空冷1.272.4 GH141 磁性能见表2-4表 2-4 4状态20 c下300 Oe时的磁导率/(H/m)1065 C,4h,空冷< 1.002+760 C,16h,空冷1175 C,0.5h,空冷< 1.002+900 C ,4h,空冷hhh0h0hhhhhh900.20.10.10.00.01101.30.8 I0.70.60.4磨光L_'1磨光11L_JL_JL_JL_J040502095660 16070508090100.60.40.30.2

7、0.1W-2涂1100.40.40.40.3磨光0010102060I I82层096941356三、GH141力学性能3.1 GH141 技术标准规定的性能3.1.1 GH141 圆饼、环坯、环形件、大棒材标准规定的性能见表3-1表3-1材料拉伸性能HBS持久性能10b/件0.2s/%品种热处理制度59 /(T /Mt/6 /标准/C/MP a1MPa/1%CPah%Q/5B1080 C± 10 C,快淬+1120 C4027-1圆饼、环992坯、环形76>>>>90>± 10 C, 30min ,空>620172Q/3B4060-19

8、92件、大棒08351215283020-冷+ 900 C± 10 C,4h ,空冷材注：1环形件经退火处理后的室温硬度 HBS <3632经固件和时效处理后的室温硬度 HRC >30(HBS >283)3.1.2 GH141紧固件标准规定的性能见表3-2 。表3-2拉伸性能持久性能材料标品种热处理制度9 /ob/M0P0.2 /§5/小/9 /(T /Mt/准CPaMPa%CPah冷拉后1080C± 10C,快淬>>>73>Q/6S20-586紧固1+ 1120 C±10 C, 30min ,107081003

9、01033-件空冷+ 900 C± 10 C,4h,空76>>>1992-冷08708103.1.3 GH141d90mm棒材标准规定的性能见表 3-3表3-3热处理状态/拉伸性能0b/0P0.28MP/MP5/aa/口%冲击韧性HBSaKv/(kJ/m 2)持久性能(T /MPat/mi不小于10651080 C ,4h,油冷或空冷十2?011758 80121234014780760 C,16h,空冷7356351520-588 <)003.1.4 GH141 板材、带材标准规定的性能见表 3-4表3-4热处理制度厚度/mm9 / C拉伸性能HRCob/M

10、Pa0P0.2/MP闻a1080 C,保温不小于2.4min/mm,三0.420<1170<690>30<302.9>2.94.020<1240<795>30<30司溶处理十760 C, 16h ,空冷<0.5020>1105>825>6>35760>895>760>3->0.5020>1170>895>10>35760>965>760>3-a皿量乱口制心阑H海愚琉稀能下网满度m 正、际m 4-1铸友试样新出曲就黄扁遥度峭美至幽四、GH141组织

11、结构4-14.1 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表 4-1 13析出相/YM6cM 23 C6MC(T760相艾温度范<1052760760796870982/1038围/ C1149901/98211499804.2 GH141 时间-温度-组织转变曲线4.2.1 GH141 铸态试样经1180 C ,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4-24.2.2 GH141 经1200 C ,2h固溶处理后，冉在 7601200 C时效296h,析出相数量和时效温度的关系见图4-24.2.3 GH1415000h长期时效后，合

12、金中析出相数量的变化见图4-3 4.3 GH141合金组织结构 合金在标准热处理状态的组织除丫基体外，还存在丫、M6C、M23C6、MC ,长期时效后有H相析出善承 中 步脑嬖*中>根】而褓俄5 H善福咽.城1蝌门舒方一同除 LHtIB 4T箱出相敷量舄时牝混发的微系z玻门下五回甥爆罩瞳底晔就用0曲i'-(Vt<4*/串HI; $制El " KK'i 书,bfeC度4T新出超敢量与时政温度的关用口5.1 GH141 成形性能五、GH141工艺性能与要求5.1.1 GH141 钢锭锻造前应进行高温均匀化处理，锻造加热温度为11601180 C,终锻温度不低于

13、1000 C。板坯轧制加热温度为11401160 C,终 轧温度不低于1060 C。薄板轧制加热温度为11401160 C,终轧温度不低于 800 C。5.1.2 GH141 冷轧薄板固溶状态的反复弯曲和杯突性能见表5-1 。品种热处理制度反复弯曲次数杯突深度/mm1180 C, 30min ,空冷1210.16 1.5mm冷轧薄板1180 C, 30min ,2012.4空冷5.1.3 GH141 旋压性能 板材在保持细品和较低的硬度时具有很好的可旋性。根I据室温拉伸断面收缩率 M%)算出极限减薄率 Max(%)=M%)/0.17 +M%),各种形状极限减薄率Max (%)见表5-2 。表

14、5-2 15圆锥形件半球形件筒形件曲母线Max /%403560355.1.4 GH141热塑性能5.1.4.1 GH141d22mm轧材热顶锻塑性见表5-3 ,塑性图见图5-1表 5-3 2试验温度/ C900950970980100010501100115011701200&极PM max /%14.629.34343.875.381.878.27075.536&裂Z文 min /%23.4445161.5>75.3>81.880.678.3I76口5.1.4.2 GH141d22mm轧材的热模拟塑性试验结果见表 5-4 。5.1.4.3 GH141d90mm棒

15、材经 1065 C ,4h,空冷 + 760 C,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 o5.1.5 GH141合金再结晶图5.1.5.1 GH141加工再结晶图见图5-25.1.5.2 GH141固溶再结晶图见图5-3表 5-4 5N C900950975100010501100115011601200冷却曲线a/MPa749404-227206156-102-»%19.923.655.467.483.181.1-53.1-加热曲线c/M739688599484255229191-0Pa»%34.949.668.382.791.786.462.9

16、-0注：1冷却曲线 以100C/s加热到1160 C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 C/s加热到规定温度保温100s ,以100m/s 速度拉断。表 5-5 2试验温度/c95010001050110011501200高温拉伸塑性1%21.831.866.6102117108.2a £0 Id 籍题通M 4b幽语fiO 田ST加工再姑晶圉鼎叟泰孤逑足困61余金搂性酬115.2 GH141 焊接性能5.2.1 GH141 合金可熔焊、扩散焊、钎焊、摩擦焊。熔焊既可用电子束焊接， 也可用氮弧焊焊接。熔焊缝在热处理时有产生应变时效裂纹倾向，为将这种倾向减到最小，应在焊接前固溶缓慢退火，即 1080 C,随后以22C/min冷却到650 C；另一办法是在焊接前进行过时效处理，即 1080 C, 30min ,以1.74.4 C /min 冷却到 980 ,4h ,以 1.7 4.4 C/min 冷却到 870 C , 4h,再以 1.7 4.4 C /min冷却到760 C , 16h,空冷1,1619。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