高溫合金GH/NS
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描述：GH4145是Ni-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，主要以 相為時(shí)效沉淀強(qiáng)化相，使用溫度在800°C以 下。合金在980°C以下具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能,800°C以下具有較高的強(qiáng)度,700°C以下具有良好 的抗蠕變性能，540°C以下具有較好的抗松弛性能。合金還有很好的成形性能和焊接性能，主要產(chǎn)品有板 材、帶材、棒材、型材、鍛件、環(huán)形件、絲材和管材。
規(guī)格：板，棒，帶，線，管，可定制
GH4145高溫合金
1合金介紹
1.1概述
GH4145是Ni-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，主要以相為時(shí)效沉淀強(qiáng)化相，使用溫度在800°C以下。合金在980°C以下具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能,800°C以下具有較高的強(qiáng)度,700°C以下具有良好的抗蠕變性能，540°C以下具有較好的抗松弛性能。合金還有很好的成形性能和焊接性能，主要產(chǎn)品有板材、帶材、棒材、型材、鍛件、環(huán)形件、絲材和管材。
1.2應(yīng)用概況及特性
合金已用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)在800°C以下工作并要求強(qiáng)度較高、耐腐蝕的環(huán)形件、結(jié)構(gòu)件和螺栓等零件，在540°C以下工作的具有中等或較低應(yīng)力并要求抗松弛的平面波形彈簧、周向螺旋彈簧、螺旋壓簧、彈簧卡圈和密封圈等，以及用于制造燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片等零件。合金在退火或固溶處理后可進(jìn)行各種焊接。零件的熱處理要在無硫的中性或還原性氣氛中進(jìn)行，以免發(fā)生硫化。零件應(yīng)避免在870°C~650°C之間進(jìn)行熱冷理處理，對于大截面的零件，為了防止裂紋，固溶處理后應(yīng)在空氣中冷卻。
1.3材料牌號(hào)
GH4145（GH145）
1. 4相近牌號(hào)
InconelX-750美，NiCrl5Fe7TiAl（德），NC15FeTNbA（法），ATGF（法公司）,NCF750（日）。
1. 5材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
GB/T 14992高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號(hào)
GJB 2612A焊接用高溫合金冷拉絲材規(guī)范
GJB 3527A彈簧用高溫合金冷拉絲材規(guī)范
HB/Z 140航空用高溫合金熱處理工藝
Q/3B 4088GH145合金毛細(xì)管材
Q/3B 4198 GH145合金冷軋板材、帶材
1. 6熔煉工藝
釆用真空感應(yīng)爐+真空自耗重熔、或真空感應(yīng)爐+電渣重熔、或非真空感應(yīng)爐+真空自耗重熔、或非真空感應(yīng)爐+電渣重熔熔煉工藝。
1.7化學(xué)成分
摘自GJB 14992,見表1-1。
表1-1
元素 | C | Cr | Ni | Co | Al | Ti | Fe |
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | ≤0. 08 | 14. 00?17.00 | ≥70.00 | ≤1.00 | 0. 40?1. 00 | 2. 25?2. 75 | 5. 00?9. 00 |
元素 | Nb | Mn | Si | S | P | Cu | — |
質(zhì)量分?jǐn)?shù)/% | 0. 70?1. 20 | ≤1.00 | ≤0.50 | ≤0.010 | ≤0.015 | ≤0. 500 | — |
熱處理制度
摘自HB/Z 140.Q/3B 4088,Q/3B 4198及文獻(xiàn)［2］和［3］。
1.8.1冷軋板材、冷軋帶、毛細(xì)管
供應(yīng)狀態(tài)：980°C±10°C/AC或快冷；
時(shí)效處理：730°C±10°C*8h/FC(55°C/h)→*620°C±10°C *8h/AC,或不限定FC速率，但總計(jì)保溫時(shí)間應(yīng)不少于18h。
1. 8. 2冷拉絲材
制度I：650°C±10°C*4h/AC；
制度II：1150°C±10°C *2h/AC+840°C + 10°C *24h/AC+705°C+10°C *20h/AC；
制度Ⅲ：730°C±10°C*16h/AC。
1.8.3棒材和鍛件
1.8.3.1標(biāo)準(zhǔn)熱處理
885°C ±14°C *24h±0. 5h/AC+705°C±14°C *20h±lh/AC。
1.8.3. 2特殊熱處理
595°C以下使用：(870~900)°C *24h/AC+(690~720)°C *30H/AC；
(970?995)°C *lh/AC+(725?740)°C *8h/FC(55°C/h)→(615?630)°C/AC,總保溫時(shí)間18h。
品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)
摘自GJB 2612A、GJB 3527A、Q/3B 4088、Q/3B 4198和文獻(xiàn)［1］。
1.9. 1主要規(guī)格
各種規(guī)格的棒材、鍛件、環(huán)形件、熱軋板、冷軋板、帶材和管材；直徑、邊長或厚度0.3mm?15. 90mm彈簧用冷拉絲材;d0.2~10. 0mm焊絲；外徑＜5. 0mm,壁厚＜0. 5mm毛細(xì)管材。
1.9.2供應(yīng)狀態(tài)
板材經(jīng)固溶+除氧化皮+平整+切邊后供應(yīng)；帶材經(jīng)固溶+除氧化皮+切邊后成卷供應(yīng)；棒材、鍛件和環(huán)形件以鍛態(tài)或熱軋狀態(tài)供應(yīng)，也可以加工態(tài)+固溶處理后供應(yīng)；棒材也可經(jīng)固溶+磨光或車光后供應(yīng)，直徑小于12.5mm的棒材可以冷拉狀態(tài)供應(yīng)；管材經(jīng)冷拔+固溶+除氧化皮、或經(jīng)冷拔+光亮固溶處理后供應(yīng)；焊絲以硬態(tài)、或半硬態(tài)(減面率不大于20%)、或固溶+酸洗、或光亮固溶處理(適用于直徑不大于1. 5mm)狀態(tài)成盤供應(yīng)，也可直條供應(yīng)。
冷拉絲材以冷拉成盤、或冷拉成直條狀供應(yīng)，按其冷拉變形量分為兩類：
A類：公稱直徑、邊長或厚度不大于6. 35mm的絲材，冷拉變形量為50%?65% ;公稱直徑、邊長或厚度大于6. 35mm的絲材，冷拉變形量為30%以上；
B類：公稱直徑、邊長或厚度大于0.65mm的絲材，冷拉變形量約為15%。
θ/°C | 50 | 100 | 300 | 500 | 900 |
λ/[W/(m?°C)] | 14.7 | 15. 9 | 20. 1 | 25. 1 | 37.3 |
θ/°C | 20?200 | 20?300 | 20?400 | 20?500 |
13. 1 | 13. 5 | 14. 1 | 14. 4 | |
θ/°C | 20?600 | 20?700 | 20?800 | — |
15.0 | 15. 6 | 16.2 | 一 |
2物理、彈性和化學(xué)性能
2. 1熔化溫度范圍
1395°C~1425°C
2.2相變點(diǎn)
2.3熱導(dǎo)率(表2-1)
2.4電阻率
50°C ,p=l. 22*10-6Qm"」。
2.5熱擴(kuò)散率
2.6比熱容
2.7線膨脹系數(shù)(表2-2)
2.8密度p=8. 25
2.9磁性能
合金無磁性。
2. 10彈性性能（表2-3）
20°C，泊松比μ = 0.29。
2. 11化學(xué)性能
表2-3
θ/°C | 20 | 200 | 300 | 400 |
E/GPa | 213. 7 | 205. 9 | 200. 1 | 194. 2 |
θ/°C | 500 | 600 | 700 | 800 |
E/GPa | 186. 3 | 178. 5 | 169. 7 | 160.8 |
表2-4
θ/°C100h的平均增重/g/cm2 100h的氧化速率/Eg/(m2 - h)] | ||||
900 | 0.0110 | 0.0816 | ||
1000 | 0.0137 | 0. 1016 | ||
1100 | 0.0636 | 0.4706 | ||
表2-5
θ/°C | 空氣/燃油
| 鹽份濃度 | 100h的腐蝕失重/（g/cm2） |
900 | 38/1 | 9.6 — 10.0 | 37. 8
|
2.11.1抗氧化性能
合金在空氣介質(zhì)中，不同溫度試驗(yàn)
100h的平均增重和氧化速率見表2-4o
2. 11.2耐腐蝕性能
合金在燃?xì)饨橘|(zhì)中-900°C試驗(yàn)100h
的腐蝕失重見表2-5。
3力學(xué)性能
3. 1供貨技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
3.1.1技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能（表3-1、表3-2和表3-3）
表3-1
標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 品種 | 規(guī)格/mm | 熱處理 | 室溫性能 | ||||
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | HRC | ||||
Q/3B 4198 | 帶材 | δ0.05 — 0. 80 | 供應(yīng)狀態(tài) | ≤930 | 一 | ≥18 | — | 一 |
供應(yīng)狀態(tài)+時(shí)效處理 | ≥1105 | 一 | ≥12 | 一 | ≥30 | |||
板材 | δ≤0. 60 | 供應(yīng)狀態(tài) | ≤930 | ≤515 | ≥30 | — | 一 | |
δ>0. 60 | ≤930 | ≤515 | ≥35 | — | — | |||
δ0. 5?4.0 | 供應(yīng)狀態(tài)+時(shí)效處理 | ≥1170 | ≥795 | ≥18 | — | ≥32 | ||
Q/3B 4088 | 管材 | 外徑≤5. 00 壁厚≤0.50 | 供應(yīng)狀態(tài) | ≤965 | ≤550 | ≥35 | 一 | 一 |
供應(yīng)狀態(tài)+時(shí)效處理 | ≥1170 | ≥790 | 15 | — | — | |||
表3-2
標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 品種 | 熱處理 | 直徑、邊長或厚度/mm | 室溫σb/MPa |
GJB 3527 | 彈簧用 冷拉絲 | A類，冷拉狀態(tài) | 0. 30?6.0 | ≤1310 |
>6.0?8.0 | ≥1100 | |||
B類，冷拉狀態(tài) | 0. 30?0. 65 | ≤1030 | ||
>0. 65?8. 0 | 895-1140 | |||
A類，冷拉狀態(tài)+ 650°C±l0°C*4h/AC | 0. 30?6. 0 | ≥1520 | ||
>6. 0?8. 0 | ≥1380 | |||
A類，1150°C±15°C *2h/AC+840°C±10°C * 24h/AC+705°C ±10°C *20h/AC | 0. 30?6. 0 | ≥1030 | ||
>6.0?8.0 | ≥1000 | |||
B類，冷拉狀態(tài)+ 730°C±10°C *16h/AC | 0. 30?0. 65 | ≥1070 | ||
>0. 65?8. 0 | ≥1140 |
表3-3
標(biāo)準(zhǔn)號(hào) | 品種 | 熱處理 | 規(guī)格/mm | θ/°C | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
文獻(xiàn)[2] | 棒材、鍛件、環(huán)形件 | 885°C±14°C *24h±0. 5h/AC + 705°C ±14°C *20h±lh/AC | ≤100 | 20 | ≥1138 | ≥724 | ≥20 | ≥25 |
>100?250 | ≥1103 | ≥689 | ≥15 | ≥17 |
3. 1.2生產(chǎn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、基值和設(shè)計(jì)許用值
3.2短時(shí)力學(xué)性能
3. 2.1硬度
3. 2. 1. 1熱軋棒經(jīng)不同熱處理，不同溫度的硬度見圖3-1。
3.2. 1.2鍛棒經(jīng)700°C長期時(shí)效，不同時(shí)效時(shí)間的室溫HV見圖3-4。
3. 2.2沖擊性能
3.2. 2. 1棒材經(jīng)不同熱處理，不同溫度的沖擊功見圖3-2。
3. 2. 2. 2鍛棒經(jīng)700°C長期時(shí)效，不同時(shí)效時(shí)間的室溫沖擊功見圖3-11。
圖3-2棒材經(jīng)不同熱處理.不同溫度的沖擊功
3.2.3壓縮性能
3.2.4扭轉(zhuǎn)性能
3. 2.5剪切性能
3.2.6拉伸性能
3. 2.6. 1板材不同溫度的典型拉伸性能曲線見圖3-3。
3.2.6.2鍛棒經(jīng)700°C長期時(shí)效，不同時(shí)效時(shí)間的室溫力學(xué)性能曲線見圖3-4。
圖3-3板材不同溫度的典型拉伸性能曲線
圖3-4鍛棒經(jīng)700°C時(shí)效，不同時(shí)效時(shí)間的室溫性能曲線
3.3持久和蠕變性能
3.3. 1持久性能
3.3. 1.1棒材不同溫度的持久性能見表3-4,光滑和缺口持久應(yīng)力-壽命曲線見圖3-5?圖3-8。
3.3. 1.2板材經(jīng)不同熱處理，不同溫度的持久應(yīng)力-壽命曲線分別見圖3-9和見圖3-10。
3.3. 1.3鍛棒經(jīng)700°C長期時(shí)效，不同時(shí)效時(shí)間的持久性能見圖3-1 l。
表3-4⑶
取樣 | θ/°C | σ/MPa | τ/h | δ5/% |
棒材 制度II | 540 | 827 | 488 | 4.0 |
757 | 1212 | 3. 8 | ||
595 | 689 | 163 | 4.0 | |
551 | 1099 | 1. 5 | ||
482 | 2689 | 2.0 | ||
365 | 5416（未斷） | 0. 2 | ||
650 | 551 | 78 | 6. 0 | |
414 | 597 | 5.0 | ||
310 | 2331 | 3. 0 | ||
262 | 3981 | 4.0 |
圖3-5棒材不同溫度的持久應(yīng)力-壽命曲線棒材，經(jīng)制度II處理
圖3-6棒材不同溫度光滑和缺口持久應(yīng)力-壽命曲線棒材，經(jīng)制度II處理
圖A8棒材不同溫度的光滑和缺口持久應(yīng)力-壽命曲線d7.5mm棒材，經(jīng)885°C *24h/AC+705°C *20h/AC處理
圖3-7棒材不同溫度的缺口持久應(yīng)力-壽命曲線⑴
圖3-9板材不同溫度的持久應(yīng)力-壽命曲線1. 0 mm板材
圖3-10板材不同溫度的持久應(yīng)力-壽命曲線⑶l. 0mm板材，經(jīng)退火+時(shí)效處理
3.3.2蠕變性能
圖3-11鍛棒經(jīng)700°C時(shí)效，不同時(shí)效時(shí)間的790°C、343MPa持久性能和室溫沖擊功38mm鍛棒，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理+時(shí)效處理熱軋棒不同溫度和應(yīng)力的蠕變性能見表3-5,不同溫度蠕變應(yīng)力與蠕變速率間的關(guān)系見圖3-12。
3. 4疲勞性能
3.4. 1高周疲勞
3.4.1. 1棒材不同狀態(tài)，不同溫度的反復(fù)彎曲疲勞極限(Nf= 10a周)見圖3-13。
3.4. 1.2不同產(chǎn)品經(jīng)不同熱處理，不同溫度的反復(fù)彎曲疲勞極限見表3-6。
3.4.2低周疲勞
表3-5⑴
取樣 | θ/°C | σ/MPa | ε/(%/h) | 至蠕變第三階段，t/h |
熱軋棒制度II | 540 | 827 | 0.0024 | 一 |
757 | 0.00071 | 700 | ||
595 | 689 | 0. 0090 | 115 | |
551 | 0.0006 | 490 | ||
482 | 0.0002 | 1220 | ||
365 | 0.00003 | 4000 | ||
650 | 551 | 0.0091 | 25 | |
414 | 0.00116 | 300 | ||
310 | 0.000265 | 1310 | ||
262 | 0.00009 | 1360 |
3.4.3特種疲勞
冷軋板不同循環(huán)溫度的冷熱疲勞性能見表3-7。
3. 5裂紋擴(kuò)展速率
3. 6斷裂韌度
圖3-13棒材不同晶粒度.不同溫度的反復(fù)彎曲疲勞極限。
表3-6
取樣 | 熱處理 | θ/°C | ||
冷軋板 | 705°C *20h/AC | 20 | — | 140 |
730C *8h/FC(50C/h)→620°C *8h/AC | 20 | — | 140 | |
帶材 | 彈簧硬度帶材,冷軋態(tài) | 20 | 280 | — |
彈簧硬度帶材，595°C*4h/AC | 20 | — | 300 | |
彈簧硬度帶材，705°C*20h/AC | 20 | — | 320 | |
小棒材 | 885°C *24h/AC+705°C *20h/AC | 20 | 530 | — |
955°C *lh/AC+730°C *8h/FC(50°C/h)→620°C*8h/AC | 20 | 570 | — | |
均勻化，900°C *24h/AC+705°C *20h/AC | 20 | — | 480 | |
540 | 一 | 560 | ||
650 | 一 | 410 | ||
730 | 一 | 260 | ||
815 | 140 | |||
1150°C *2h/AC+845C *24h/AC+ 705°C *20h/AC | 20 | — | 280 | |
540 | — | 350 | ||
650 | 一 | 390 | ||
815 | — | 230 |
表3-7E
取樣/mm | 熱處理 | θ/°C | N/周 | 裂紋長度/mm |
S1.5 冷軋板 | 1140T *20min/AC+840°C *24h/AC + 700°C*20h/AC | 35?600 | 402 | 0. 5 |
35?700 | 175 | 0. 5 | ||
35?800 | 118 | 0. 5 | ||
(1000?1020)°C*20min/AC+700°C * 16h/AC+730°C *8h/FC→620°C*8h/AC | 35?600 | 200 | 0. 5 | |
35?700 | 167 | 0. 5 | ||
35?700 | 142 | 0. 5 |
3.7松弛性能
3.7. 1彈簧片540°C、5000h的松弛性能見表3-8。
3.7.2熱軋棒不同狀態(tài)，不同溫度的松弛曲線見圖3-14和圖3-15。
表3-8
取樣 | 540°C、5000h松弛性能 | |
彈簧片 | 初始應(yīng)力（σο/MPa | 剩余應(yīng)力σ/MPa |
450 | 421 | |
圖3-14熱軋棒不同溫度的應(yīng)力松弛曲線試樣經(jīng)熱軋+ 885°C *24h/AC + 705°C *20h/AC處理
圖3-15熱軋棒不同溫度的應(yīng)力松弛曲線試樣經(jīng)1150°C*2h/AC+845°C*24h/AC+705°C *20h/AC處理
4工藝性能與要求
4. 1成形工藝與性能
鋼錠開坯鍛造，加熱溫度1200 °C,鍛造溫度1220°C?950-C,終鍛溫度2950°C。
4.2工藝性能
反復(fù)彎曲和杯突性能見表4-1。
表4-1E
取樣/mm | 狀態(tài) | 反復(fù)彎曲 | 杯突 | ||
試驗(yàn)條件 | 彎曲/次數(shù) | 試驗(yàn)條件 | 沖入深度/mm | ||
81.5 冷軋板 | 1020°C*20min/AC | R = 7.5 mm A = 50mm | 26 | 陽模D=20mm 陰模D=26mm | 10?11 |
4.3焊接性能
4.3.1合金在退火或固溶處理后進(jìn)行焊接，焊后消除應(yīng)力處理：980°C*0.5h或900°C*2h。焊接組合件隨后進(jìn)行時(shí)效處理，可獲得近似完全熱處理狀態(tài)的強(qiáng)度。
4.3.2合金氯弧焊焊接接頭的力學(xué)性能見表4-2。
表4-2[4]
取樣 | 焊接狀態(tài) | θ/°C | 焊絲牌號(hào) | 接頭σb/MPa | 強(qiáng)度系數(shù)/ % |
板材 | 1000°C*20min/AC+焊接 | 20 | HGH4145 | 706 | 62 |
600 | 588 | 76 | |||
1020°C *20min/AC+焊接+ 700°C *16h/AC | 20 | HGH4145 | 1127 | 99 | |
600 | 764 | 98 | |||
1020°C *20min/AC4-700°C *16h/AC +焊接+ 700°C *16h/AC | 20 | HGH4145 | 1225 | 100 | |
600 | 872 | 100 |
4. 4零件熱處理工藝
零件的熱處理應(yīng)在無硫的中性或還原性氣氛中進(jìn)行，以免發(fā)生硫化。零件應(yīng)避免在870°C~650°C進(jìn)行“熱?冷”處理，對于大截面的零件，為了防止裂紋，固溶處理后應(yīng)在空氣中冷卻。成品零件的最終熱處理制度選擇見表4-3。
表4-3[1]
零件性能要求 | 熱處理制度 |
零件中間熱處理 | 退火：（955?1010）°C/WQ；焊接件焊接前退火:980°C *lh；焊接件消除應(yīng)力退火： 900t *2h；消除應(yīng)力退火：885*：±15°C*24h/AC |
退火狀態(tài)的板材、帶材、彈簧用的板、帶和絲材 | 時(shí)效：705°C ±15°C *20h/AC、或76O°C ±10°C *Ih/AC； 固溶：980°C ±15°C *lh/AC；時(shí)效：730°C ±10°C *8h/FC( 50°C/h)至620°C ±10°C * 8h/AC |
環(huán)形件 | 固溶：1095°C ±15°C *(2?4)h/AC； 時(shí)效：845°C ±15°C *24h/AC或FC+705°C ±15°C *20h/AC |
600°C以下使用的棒材與鍛件 | 均勻化：885*?±15°C*24h/AC；時(shí)效：705°C ±15°C*20h±lh/AC |
1000°C以下具有最佳室溫和高溫拉伸性能 | 固溶：980°C ±15°C *lh/AC；時(shí)效：730°C±15°C *8h/FC(50°C/h)至620*? ±10°C * 8h/AC |
600°C以上具有最佳持久和蠕變性能 | 固溶：1150°C±15°C *(2?4)h/AC；時(shí)效：845°C ±15°C *24h/AC+705°C ±15°C *24h/AC |
4. 5表面處理工藝
4. 6切削加工與磨削性能
合金可以在各種狀態(tài)下進(jìn)行機(jī)械加工，在退火或固溶狀態(tài)下機(jī)械加工性能良好。
5組織結(jié)構(gòu)
5. 1相變溫度
析出溫度595°C?815°C,析出峰約800°C,900°C開始回溶,970°C時(shí)幾乎全部溶解。
5. 2時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
5. 3典型組織
合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后，板材、帶材和管材的平均晶粒度為5級(jí)或更細(xì)，其組織由γ基體、Ti（C、N）、Nb（C、N）、M23C6型碳化物和γ'[Ni3（AL、Ti、Nb）相組成（圖5-1）。Ti（C、N）、Nb（C、N）為合金中的一次碳（氮）化物，一般不參與相變。M23C6型碳化物數(shù)量較少，主要分布于晶界。ω（y'）約占合金的14.5%,是主要強(qiáng)化相。
圖5-1合金經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)熱處理后的組織和析出相形貌。
參考文獻(xiàn)
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