GH141-GH4141

一、GH141概述 

GH141是是沉淀硬化型鎳基變形高溫合金，在650～950℃范圍內(nèi)，具有高的拉伸和持久蠕變強(qiáng)度和良好的性能。由于合金中鋁、鈦、鉬含量較高，鑄錠開坯比較困難，但變形后的材料具有較好的塑性，在退火狀態(tài)下可以冷成形，也可進(jìn)行焊接，焊接部件熱處理時(shí)易產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效裂紋。合金的品種有薄板、帶、絲、盤件、環(huán)形件、鍛件、棒材、和精密鑄件等，適合于制造在870℃以下要求有高強(qiáng)度和980℃以下要求的航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)高溫零部件。

1.1GH141材料牌號(hào)GH141(GH4141)。

1.2GH141相近牌號(hào)UNSN07041，Rene′41，R41，Carpenter41，PYROMET41，UNITEMP41， HynessalloyR41，J1610(）。

1.3GH141材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

Q/3B4060-1992《GH141合金棒材》

Q/3B4063-1992《GH141合金冷軋帶材》

Q/5B4027-1992《GH141合金圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件》

Q/6S1033-1992《高溫緊固件用GH141合金棒材》

撫84-13《航天用GH141合金棒材技術(shù)條件》

1.4GH141化學(xué)成分見表1-1。

表1-1% 

注：航天用材可加入ω（Mg)<0.05%和ω(La)<0.035%。

1.5GH141熱處理制度見表1-2。

表1-2 

1.6GH141品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)可提供各種規(guī)格的圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件、薄板、帶材、棒材、鍛件和精密鑄件等。板材于固溶狀態(tài)交貨，棒材和鍛件不經(jīng)熱處理交貨。

1.7GH141熔煉與鑄造工藝合金采用真空感應(yīng)熔煉、真空感應(yīng)熔煉加電渣重熔或真空電弧重熔工藝。

1.8GH141應(yīng)用概況與特殊要求該合金廣泛用于制造航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)高溫承力零部件，如導(dǎo)向葉片、燃燒室、渦輪、導(dǎo)向器高溫承力件、軸、盤、葉片和緊固件等，板材焊接件熱處理時(shí)的應(yīng)變時(shí)效裂紋，可采用焊前過時(shí)效處理或在焊前控制固溶處理后的冷卻速度的方法來解決，焊后再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)熱處理。

二、GH141物理及化學(xué)性能 

2.1GH141熱性能

2.1.1GH141熔化溫度范圍1316～1371℃[2]。

2.1.2GH141熱導(dǎo)率見圖2-1。

表2-1[2] 

2.1.3GH141線膨脹系數(shù)見圖2-2。

表2-2[2] 

2.2GH141密度ρ=8.27g/cm3。

2.3GH141電性能δ2mm板材的室溫電阻率見表2-3。

表2-3[3] 

2.4GH141磁性能見表2-4。

表2-4[4] 

2.5GH141化學(xué)性能

2.5.1GH141性能在空氣介質(zhì)中的氧化速率見表2-5。

表2-5[9] 

三、GH141力學(xué)性能 

3.1GH141技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能

3.1.1GH141圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件、大棒材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-1。

表3-1 

注：1環(huán)形件經(jīng)退火處理后的室溫硬度HBS≤363。

2經(jīng)固件和時(shí)效處理后的室溫硬度HRC≥30(HBS≥283)。

3.1.2GH141緊固件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-2。

表3-2 

3.1.3GH141d90mm棒材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-3。

表3-3 

3.1.4GH141板材、帶材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-4。

表3-4 

四、GH141組織結(jié)構(gòu) 

4.1GH141相變溫度合金熱處理后，組織中析出相的相變溫度范圍見表4-1。

表4-1[13] 

4.2GH141時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

4.2.1GH141鑄態(tài)試樣經(jīng)1180℃,6h,水冷淬火后，

再在不同溫度保濕1h，析出相數(shù)量和溫度的關(guān)系見圖

4-2。

4.2.2GH141經(jīng)1200℃,2h固溶處理后，再在760

～1200℃時(shí)效2～96h,析出相數(shù)量和時(shí)效溫度的關(guān)系

見圖4-2。

4.2.3GH1415000h時(shí)效后，合金中析出相

數(shù)量的變化見圖4-3。

4.3GH141合金組織結(jié)構(gòu)合金在標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)的組織除γ基體外，還存在γ′、M6C、M23C6、MC，時(shí)效后有μ相析出。

五、GH141工藝性能與要求 

5.1GH141成形性能

5.1.1GH141鋼錠鍛造前應(yīng)進(jìn)行高溫均勻化處理，鍛造加熱溫度為1160～1180℃，終鍛溫度不低于1000℃。板坯軋制加熱溫度為1140～1160℃，終軋溫度不低于1060℃。薄板軋制加熱溫度為1140～1160℃，終軋溫度不低于800℃。

5.1.2GH141冷軋薄板固溶狀態(tài)的反復(fù)彎曲和杯突性能見表5-1。

表5-1[9]

5.1.3GH141旋壓性能板材在保持細(xì)晶和較低的硬度時(shí)具有很好的可旋性。根據(jù)室溫拉伸斷面收縮率φ(%)算出限減薄率φmax(%)=φ(%)/[0.17＋φ(%)]，各種形狀限減薄率φmax(%)見表5-2。

表5-2[15] 

5.1.4GH141熱塑性能

5.1.4.1GH141d22mm軋材熱頂鍛塑性見表5-3，塑性圖見圖5-1。

表5-3[2] 

5.1.4.2GH141d22mm軋材的熱模擬塑性試驗(yàn)結(jié)果見表5-4。

5.1.4.3GH141d90mm棒材經(jīng)1065℃,4h,空冷＋760℃,16h,空冷熱處理后進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，其高溫拉伸塑性見表5-5。

5.1.5GH141合金再結(jié)晶圖

5.1.5.1GH141加工再結(jié)晶圖見圖5-2。

5.1.5.2GH141固溶再結(jié)晶圖見圖5-3。

表5-4[5] 

注：1冷卻曲線以100℃/s加熱到1160℃保溫處理后，隨爐冷卻到規(guī)定溫度再保溫100s，以100m/s速度拉斷。

2加熱曲線以100℃/s加熱到規(guī)定溫度保溫100s，以100m/s速度拉斷。

表5-5[2] 

5.2GH141焊接性能

5.2.1GH141合金可熔焊、擴(kuò)散焊、釬焊、摩擦焊。熔焊既可用電子束焊接，也可用氬弧焊焊接。熔焊縫在熱處理時(shí)有產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效裂紋傾向，為將這種傾向減到小，應(yīng)在焊接前固溶緩慢退火，即1080℃，隨后以22℃/min冷卻到650℃；另一辦法是在焊接前進(jìn)行過時(shí)效處理，即1080℃，30min，以1.7～4.4℃/min冷卻到980，4h，以1.7～4.4℃/min冷卻到870℃，4h,再以1.7～4.4℃/min冷卻到760℃，16h,空冷[1,16～19]。焊后在消除焊接應(yīng)力和恢復(fù)性能時(shí)，應(yīng)快速加熱通過時(shí)效硬化溫度區(qū)間，這樣可消除應(yīng)變時(shí)效開裂傾向。使用細(xì)晶、低雜質(zhì)含量母材，消除機(jī)械加工硬化，低的焊接線能量也可以降低應(yīng)變時(shí)效開裂傾向

5.3GH141零件熱處理工藝

5.3.1GH141在較低溫度下工作，要求零件具有高的拉伸強(qiáng)度和疲勞性能時(shí)，推薦采用1080℃，空冷＋760℃，16h，空冷。

5.3.2GH141對(duì)在高溫下工作，又要求材料具有高的熱強(qiáng)性時(shí)，適宜的熱處理規(guī)范為1180℃，空冷＋900℃，4h，空冷。

5.3.3GH141對(duì)要求焊接的環(huán)形件等零部件，推薦采用1120℃，30min，空冷＋900℃，4h，空冷。