GH4141（GH141）鎳基變形高溫合金

我國商標(biāo)：GH141/GH4141

美國商標(biāo)：UNS N07041/Rene′41/R41/

Carpenter41/PYROMET41/UNITEMP41/

HynessalloyR41/J1610

一、GH141概述

GH141是沉積硬化型鎳基變形高溫合金，在650～950℃規(guī)模內(nèi)，具有高的拉伸和耐久蠕變強(qiáng)度和杰出的抗氧化功能。因?yàn)楹辖鹬袖X、鈦、鉬含量較高，鑄錠開坯比較困難，但變形后的資料具有較好的塑性，在退火狀況下能夠冷成形，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。合金的種類有薄板、帶、絲、盤件、環(huán)形件、鍛件、棒材、和精細(xì)鑄件等，適合于制作在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資料商標(biāo) GH141（GH4141）。

1.2 GH141附近商標(biāo) UNS N07041，Rene′41，R41，Carpenter41，PYROMET41，UNITEMP41，HynessalloyR41，J1610（美國）。

1.3 GH141資料的技術(shù)規(guī)范

1.4 GH141化學(xué)成分 見表1-1。

表1-1 %

C Cr Ni Co Mo Al Ti B Fe Zr Mn Si P S Cu

不大于

0.06～0.12 18.0～20.0 余 10.0～12.0 9.00～10.50 1.40～1.80 3.00～3.50 0.003～0.010 5.00 0.07 0.50 0.50 0.015 0.015 0.50

注：航天用材可加入ω（Mg）<0.05%和ω（La）<0.035%。

?

1.5 GH141熱處理準(zhǔn)則見表1-2。

表1-2

種類 熱處理準(zhǔn)則

（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種類規(guī)格與供給狀況 可提供各種規(guī)格的圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件、薄板、帶材、棒材、鍛件和精細(xì)鑄件等。板材于固溶狀況交貨，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使用概況與特殊要求 該合金廣泛用于制作航空、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)行規(guī)范熱處理。

二、GH141物理及化學(xué)功能

2.1 GH141熱功能

2.1.1 GH141熔化溫度規(guī)模 1316～1371℃[2]。

2.1.2 GH141熱導(dǎo)率 見圖2-1。

表2-1[2]

θ/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900

λ/（W/（m·℃）） 8.37 10.47 12.56 15.07 17.17 19.56 21.35 23.45 25.96

2.1.3 GH141線膨脹系數(shù) 見圖2-2。

表2-2[2]

θ/℃ 20～100 20～200 20～300 20～400 20～500 20～600 20～700 20～800 20～900

α1/10-6℃-1 10.54 11.69 12.24 12.78 13.08 13.48 14.21 14.97 15.91

2.2 GH141密度 ρ=8.27g/cm3。

2.3 GH141電功能 δ2mm板材的室溫電阻率見表2-3。

表2-3[3]

狀況 ρ/（10-6Ω.m） 狀況 ρ/（10-6Ω.m）

熱軋 1.31 1175℃,0.5h,空冷 1.33

1065℃,4h,空冷 1.25 1175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷 1.34

1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷 1.27

2.4 GH141磁功能見表2-4。

表2-4[4]

狀況 20℃下300Οe時(shí)的磁導(dǎo)率/（H/m）

1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷 ＜1.002

1175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷 ＜1.002

2.5 GH141化學(xué)功能

2.5.1 GH141抗氧化功能在空氣介質(zhì)中的氧化速率見表2-5。

表2-5[9]

外表狀況 θ/℃ 不同時(shí)刻氧化速率/（g/（m2·h）） 外表狀況 θ/℃ 不同時(shí)刻氧化速率/（g/（m2·h））

25h 50h 75h 100h 200h 25h 50h 75h 100h 200h

磨光 900 0.240 0.150 0.120 0.095 0.066 磨光 1100 1.360 0.870 0.750 0.680 0.490

磨光 1000 0.610 0.410 0.320 0.260 0.182 W-2涂層 1100 0.496 0.494 0.413 0.356 ---

三、GH141力學(xué)功能

3.1 GH141技術(shù)規(guī)范規(guī)定的功能

3.1.1 GH141圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件、大棒材規(guī)范規(guī)定的功能見表3-1。

表3-1

資料規(guī)范 種類 熱處理準(zhǔn)則 拉伸功能 HBS 耐久功能

θ/℃ σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% φ/% θ/℃ σ/MPa t/h δ/%

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 ≥283 900 172 ≥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棒材規(guī)范規(guī)定的功能見表3-3。

表3-3

熱處理狀況 θ/℃ 拉伸功能 HBS 沖擊韌性 耐久功能

σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% φ/% aKV/（kJ/m2） σ/MPa t/min

不小于

1065～1080℃,4h,油冷或空冷＋760℃,16h,空冷 20 1175 880 12 12 340 147

800 735 635 15 20 -

588 90

?

3.1.4 GH141板材、帶材規(guī)范規(guī)定的功能見表3-4。

表3-4

熱處理準(zhǔn)則 厚度/mm θ/℃ 拉伸功能 HRC

σb/MPa σP0.2/MPa δ5/%

1080℃，保溫不小于2.4min/mm,空冷 0.4～2.9 20 ≤1170 ≤690 ≥30 ≤30

≥2.9～4.0 20 ≤1240 ≤795 ≥30 ≤30

固溶處理＋760℃，16h，空冷 ≤0.50 20 ≥1105 ≥825 ≥6 ≥35

760 ≥895 ≥760 ≥3 -

>0.50 20 ≥1170 ≥895 ≥10 ≥35

760 ≥965 ≥760 ≥3 -

四、GH141安排結(jié)構(gòu)

4.1 GH141相變溫度合金熱處理后，安排中分出相的相變溫度規(guī)模見表4-1。

表4-1[13]

分出相 γ′ M6C M23C6 MC μ σ

相變溫度規(guī)模/℃ <1052 760～1149 760～901/982 796～1149 870～980 760～982/1038

4.2 GH141時(shí)刻-溫度-安排改變曲線

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，分出相數(shù)量和溫度的聯(lián)系見圖4-2。

4.2.2 GH141經(jīng)1200℃,2h固溶處理后，再在760～1200℃時(shí)效2～96h,分出相數(shù)量和時(shí)效溫度的聯(lián)系見圖4-2。

4.2.3 GH1415000h長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效后，合金中分出相數(shù)量的變化見圖4-3。

4.3 GH141合金安排結(jié)構(gòu)合金在規(guī)范熱處理狀況的安排除γ基體外，還存在γ′、M6C、M23C6、MC，長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效后有μ相分出。