GH4145簡介：
GH4145合金主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相進行時效強化的鎳基高溫合金，在980℃以下具有良好的耐腐蝕和耐氧化性能，800℃以下具有高的強度，540℃以下具有好的耐松弛性能，同時還具有良好的成形性能和焊接性能。該合金主要用于制造發(fā)動機在800℃以下工作并要求強度高的耐松弛的平面彈簧和螺旋彈簧。還可用于制造汽輪機渦輪葉片等零件。

1?引 言

高溫合金GH4145是20世紀80年代中期開發(fā)的以γ'[Ni3(Al,Ti,Nb)]為主要強化相的鎳基時效硬化型合金{1~3}。主要應用：航空發(fā)動機的環(huán)形件{4}、結構件和螺栓等；核反應堆；汽輪機渦輪葉片、砂輪；要求耐松弛的平面彈簧和螺旋彈簧；傳感器；熱空氣管道系統(tǒng)；壓力容器。GH4145在980 ℃以下具有良好的耐腐蝕和抗氧化性能，800 ℃以下具有較高的強度，540 ℃以下具有較好的耐松弛性能，同時還具有良好的成形性能和焊接性能，在低溫環(huán)境中有優(yōu)異的機械性能。

2?實 驗

用天平按表1配料，進行真空感應熔煉合金，再進行真空電弧重熔。

該實驗是在OL YMPUSPME3金相顯微鏡下對合金固溶態(tài)顯微組織進行觀察和分析，使用材料曲折試驗機對彎曲性能進行測試，同時使用NX-3A扭轉試驗機對彈性扭轉性能進行測試，并在WE-30(706)拉力實驗機上對特種合金的力學性能進行測試，使用DTM-X動態(tài)彈性模量分析儀對該合金的室溫和高溫彈性模量進行分析。

3?實驗結果與討論

3.1?晶粒度與溫度關系

將GH4145試樣在箱式電阻爐內(nèi)進行固溶處理，調整固溶處理的溫度，觀察晶粒度如圖1所示。經(jīng)過試驗得知950～1020℃晶粒度均在8級，超過1020℃晶粒度開始下降比較明顯，在1140℃以上晶粒度急劇變化，變得比較粗大。

3.2?室溫和高溫彈性模量

試驗中GH4145在室溫～800 ℃均保持較高的彈性模量，彈性模量隨溫度的變化稍平緩，超過800 ℃彈性模量下降趨勢增大，到了1000 ℃以上彈性模量E接近130GPa,見圖2。

3.3?時效后的抗拉強度

GH4145合金在適當變形后經(jīng)過不同溫度時效后的抗拉強度如圖3所示。時效溫度從670～745℃,時效時間16h?？估瓘姸鹊姆逯党霈F(xiàn)在溫度720℃,達到1650MPa。此后隨著時效溫度的升高，抗拉強度逐漸下降。

3.4?扭轉試驗

按GB/T239-1999金屬線材扭轉試驗方法，在扭轉試驗機上對GH4145合金絲材進行扭轉試驗。國家某電站用彈簧技術要求是正反各轉3圈，在滿足使用要求的測試后，繼續(xù)進行了破壞性扭轉試驗。彈簧能達到4.5圈的扭轉，也就是經(jīng)過16420°的扭轉。扭轉試驗結果見表2。

3.5?彎曲試驗

按GB/T238-2002金屬線材彎曲試驗方法，對兩爐號兩種規(guī)格(2.0、φ.9)的GH4145絲材進行彎曲試驗，某電站工程用彈簧要求的技術指標是彎曲6次而不出現(xiàn)表面無開裂、折疊、毛刺等現(xiàn)象。彎曲試驗結果見表3。

3.6纏繞試驗

絲材(冷拉經(jīng)時效)纏繞試驗按GB/T2976-2004中的規(guī)定進行，絲材繞芯棒直徑為絲材直徑的3倍。如圖4(a)、(b)纏繞試驗所示，纏繞7圈以上絲材表面沒有裂痕和折斷

3.7合金元素分析

3.7.1 C的影響

高溫合金中晶界碳化物是必不可少的，它對高溫持久強度起著重要而有利的作用。碳化物的形態(tài)會影響合金的性能，尤其是塑性；并且碳化物通過反應元素的作用還會影響基體的化學穩(wěn)定性。鎳基合金中的主要碳化物類型也是MC、M?C、M??C?和M?C3等。

3.7.2 Cr的影響

鉻是鎳基高溫合金中提高熱穩(wěn)定性元素，加入Cr可形成Cr?O?層，它有低的陽離子空位，能阻止金屬元素向外擴散和O、N、S及其它有害元素向內(nèi)擴散，能防止合金的氧化和熱腐蝕[10]。

3.7.3 Ni、Ti、Al的影響

鎳是強烈形成并穩(wěn)定奧氏體且擴大奧氏體區(qū)的元素，同時提高鋼的熱力學穩(wěn)定性，隨著鎳含量的增加可降低甚至消除鐵素體，并顯著降低σ相形成的傾向。Ni、Ti是γ相的主要形成元素。通過γ相在基體中彌散分布，阻礙位錯運動，以強化合金。鎳基合金的高溫性能主要取決于Al、Ti加入量，增加Al、Ti總量可明顯地提高γ相的固溶溫度和γ相的體積分數(shù)。

3.7.4 B、Zr、Mg的影響

加入適量的B、Zr、Mg能顯著提高合金的持久壽命，降低蠕變速率，并顯著改善持久缺口敏感性，提高合金的塑性和加工性能。加入的鎂的量在0.005～0.05%時，可顯著減少晶界碳化物、硼化物和硫化物的數(shù)量,提高晶間結合力[2]。

4結 論

(1)?GH4145在高溫下保持較高的彈性模量，在800℃時動態(tài)彈性模量仍然能達到170GPa。

(2)?GH4145絲材變形后加時效的最佳溫度為720℃×16h,抗拉強度能達到1650MPa。GH

(3) GH4145合金絲扭轉次數(shù)達到正負各3圈，彎曲次數(shù)達到7次，時效態(tài)繞簧纏繞7圈不發(fā)生折疊、起刺、裂紋等缺陷。