GH4141（GH141）鎳基變形高溫合金

中國(guó)牌號(hào)：GH141/GH4141

美國(guó)牌號(hào)：UNS N07041/Rene′41/R41/

Carpenter41/PYROMET41/UNITEMP41/

HynessalloyR41/J1610

一、GH141概述

GH141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)度和良好的抗氧化性能。由于合金中鋁、鈦、鉬含量較高，鑄錠開(kāi)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℃以下要求抗氧化的航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)高溫零部件。

1.1 GH141材料牌號(hào) GH141（GH4141）。

1.2 GH141相近牌號(hào) UNS N07041，Rene′41，R41，Carpenter41，PYROMET41，UNITEMP41，HynessalloyR41，J1610（美國(guó)）。

1.3 GH141材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 GH141化學(xué)成分 見(jiàn)表1-1。

表1-1?%

CCrNiCoMoAlTiBFeZrMnSiPSCu不大于0.06～0.1218.0～20.0余10.0～12.09.00～10.501.40～1.803.00～3.500.003～0.0105.000.070.500.500.0150.0150.50

注：航天用材可加入ω（Mg）<0.05%和ω（La）<0.035%。

1.5 GH141熱處理制度見(jiàn)表1-2。

表1-2

品種熱處理制度（航空）圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件、棒、板材規(guī)范Ⅰ:1080℃±10℃,快淬+1120℃±10℃，0.5h,空冷+900℃±10℃,1-4h,空冷（航天）棒、盤件規(guī)范Ⅱ:1080℃,4h,油冷+760℃，16h,空冷規(guī)范Ⅲ:1065℃,4h,空冷+760℃，16h,空冷板材規(guī)范Ⅳ:1180℃,30min，空冷+900℃，4h,空冷規(guī)范Ⅴ:1080℃,保溫不小于2.4min/mm,空冷+760℃，16h,空冷

1.6 GH141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(guò)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(lái)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

2.1 GH141熱性能

2.1.1 GH141熔化溫度范圍 1316～1371℃[2]。

2.1.2 GH141熱導(dǎo)率 見(jiàn)圖2-1。

表2-1[2]

θ/℃100200300400500600700800900λ/（W/（m·℃））8.3710.4712.5615.0717.1719.5621.3523.4525.96

2.1.3 GH141線膨脹系數(shù) 見(jiàn)圖2-2。

表2-2[2]

θ/℃20～10020～20020～30020～40020～50020～60020～70020～80020～900α1/10-6℃-110.5411.6912.2412.7813.0813.4814.2114.9715.91

2.2 GH141密度 ρ=8.27g/cm3。

2.3 GH141電性能 δ2mm板材的室溫電阻率見(jiàn)表2-3。

表2-3[3]

狀態(tài)ρ/（10-6Ω.m）狀態(tài)ρ/（10-6Ω.m）熱軋1.311175℃,0.5h,空冷1.331065℃,4h,空冷1.251175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷1.341065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷1.27

2.4 GH141磁性能見(jiàn)表2-4。

表2-4[4]

狀態(tài)20℃下300Οe時(shí)的磁導(dǎo)率/（H/m）1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷＜1.0021175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷＜1.002

2.5 GH141化學(xué)性能

2.5.1 GH141抗氧化性能在空氣介質(zhì)中的氧化速率見(jiàn)表2-5。

表2-5[9]

表面狀態(tài)θ/℃不同時(shí)間氧化速率/（g/（m2·h））表面狀態(tài)θ/℃不同時(shí)間氧化速率/（g/（m2·h））25h50h75h100h200h25h50h75h100h200h磨光9000.2400.1500.1200.0950.066磨光11001.3600.8700.7500.6800.490磨光10000.6100.4100.3200.2600.182W-2涂層11000.4960.4940.4130.356---

三、GH141力學(xué)性能

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

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

表3-1

材料標(biāo)準(zhǔn)品種熱處理制度拉伸性能HBS持久性能θ/℃σb/MPaσP0.2/MPaδ5/%φ/%θ/℃σ/MPat/hδ/%Q/5B 4027-1992Q/3B 4060-1992圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件、大棒材1080℃±10℃，快淬＋1120℃±10℃，30min，空冷＋900℃±10℃，4h，空冷760≥835≥620≥12≥15≥283900172≥20-

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

表3-3

熱處理狀態(tài)θ/℃拉伸性能HBS沖擊韌性持久性能σb/MPaσP0.2/MPaδ5/%φ/%aKV/（kJ/m2）σ/MPat/min不小于1065～1080℃,4h,油冷或空冷＋760℃,16h,空冷20117588012123401478007356351520-58890

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

表3-4

熱處理制度厚度/mmθ/℃拉伸性能HRCσb/MPaσP0.2/MPaδ5/%1080℃，保溫不小于2.4min/mm,空冷0.4～2.920≤1170≤690≥30≤30≥2.9～4.020≤1240≤795≥30≤30固溶處理＋760℃，16h，空冷≤0.5020≥1105≥825≥6≥35760≥895≥760≥3->0.5020≥1170≥895≥10≥35760≥965≥760≥3-

四、GH141組織結(jié)構(gòu)

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

表4-1[13]

析出相γ′M6CM23C6MCμσ相變溫度范圍/℃<1052760～1149760～901/982796～1149870～980760～982/1038

4.2 GH141時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線

4.2.1 GH141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(jiàn)圖4-2。

4.2.2 GH141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(jiàn)圖4-2。

4.2.3 GH1415000h長(zhǎng)期時(shí)效后，合金中析出相數(shù)量的變化見(jiàn)圖4-3。

4.3 GH141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，長(zhǎng)期時(shí)效后有μ相析出。