GH4648簡介：
GH4648是baiNi-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，長期使用溫度du小于zhi900℃，短時使用溫度可達1100℃。合金的特點是加入約ω（daoCr）32%，使之具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能。同時合金具有中等的強度和良好的看疲勞和蠕變性能，良好的冷加工性能和焊接性能。適于制作溫度在900℃~1100℃、要求優(yōu)異的耐腐蝕性能的高溫結構件。供應的主要品種有板材、帶材、管材、棒材、鍛件和環(huán)形件。

合金以用于制作先進航空發(fā)動機燃燒室部件及其他熱端部件，批產(chǎn)和使用情況良好。相近牌號在國外航空發(fā)動機中已獲得了極為廣泛的應用。

合金的綜合性能優(yōu)于國內(nèi)的GH3044和GH3128性能水平。由于GH4648具有較GH3044更小的比重，所以該合金具有更高的比強度。

前言

GH4648合金是一種時效強化型鎳基高溫合金，合金組織中主要由αCr相，γ,γ和碳化物組成[1].該合金Cr的質量分數(shù)高達32%～35%,高鉻提高了合金的抗氧化性和耐腐蝕性，也加劇了α-Cr相和Cr的碳化物(如M??C?,M?C?等)析出的傾向[2~8].GH4648合金在800～900 ℃時效時析出的α-Cr相，使合金在高溫時具有足夠的強度[9,10]

1連軋設備和實驗用料

圖1為高合金鋼連軋生產(chǎn)線示意圖，其工藝布置采用一架700粗軋機加16架CCR連軋機的半連續(xù)軋制方式，軋制規(guī)格為φ14～85 mm圓鋼、20～50 mm方鋼和(8～20)mm ×(28～75)mm扁鋼.根據(jù)品種和規(guī)格的不同，選用不同規(guī)格的坯料，經(jīng)過粗軋機開坯成不同規(guī)格的中間坯.中間坯經(jīng)隧道爐控溫，根據(jù)產(chǎn)品種類、規(guī)格和組織要求選用適當?shù)目販販囟群捅貢r間，然后經(jīng)CCR連軋機組軋制成品.CCR成品軋制過程中可選擇不同的軋制線速度，

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本研究所用的GH4648合金采用真空感應+真空自耗冶煉，鍛造開坯至110方后經(jīng)高合金鋼連軋生產(chǎn)線軋制成φ 50 mm棒材.合金化學成分列于表1.熱軋采用同一爐號鋼坯、同一加熱制度、同一軋制孔型系統(tǒng)，通過改變終軋線速度，探討其對合金組織和性能的影響規(guī)律.終軋線速度分別采用3.0、3.3、3.8、4.0和4.2m/s棒材經(jīng)標準熱處理(1140 ℃ X1 h ×AC+900 ℃×16 h+AC)后，分別進行了室溫拉伸性能、800 ℃高溫拉伸性能、高溫持久性能(800 ℃,176 MPa)、晶粒度、沖擊性能的測試分析.

2實驗結果

2.1?合金的終軋溫度和終軋速度的關系

GH4648合金坯料經(jīng)過粗軋開坯，在隧道爐中保溫一段時間，中間坯的溫度均勻燒透后直接出爐經(jīng)連軋軋制成品棒材.生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，軋制速度直接影響了合金的軋制溫度，而軋制溫度受環(huán)境溫度的影響可以忽略.圖2為終軋速度和終軋溫度的關系.在連軋的過程中，隨著軋制速度的提高，合金棒材的溫升也不斷升高.當終軋速度由3.0m/s增加至4.2m/s,終軋溫度由985 ℃升高至1130 ℃.從溫升曲線看，隨著軋制速度的不斷提高，這種溫升的幅度加劇.

2.2合金的力學性能和終軋速度的關系

由圖3可見不同的終軋速度對合金室溫拉伸性能的影響規(guī)律并不明顯，而對800 ℃高溫拉伸影響比較大.由圖4可見，隨著軋制速度由3.0m/升至3.3m/s,800 ℃高溫拉伸性能強度達到峰值，拉伸塑性(?、)亦出現(xiàn)峰值.當軋制速度達4.0m/s時，高溫拉伸強度有明顯的下降趨勢，高溫拉伸塑性也略有下降.隨著終軋速度的進一步增高，這種下降趨勢更明顯.

合金的持久壽命(800 ℃,176 MPa)隨著軋制速度的增加有明顯下降趨勢，特別是當終軋速度在3.8m/s時，持久壽命大幅度下降.合金的室溫沖擊性能也隨著終軋速度的增高而下降(見圖5).

2.3合金的組織和終軋速度的關系

上述軋制參數(shù)的改變造成的性能的變化，應該取決于軋制參數(shù)對合金組織的影響.為此，首先對不同軋制參量下的組織進行了定量分析.由圖6可以看出，由于連軋速度提高導致棒材的溫升使合金棒材晶粒度差異較大，終軋速度控制在3.0?～3.8m/s,可以獲得5～6級的晶粒度，而當終軋速度進一步升高達到4.2m/s時，晶粒尺寸逐步變粗,達到了2級晶粒.

通過對合金的金相組織觀察軋制速度在3.0～3.3m/s,合金的主要析出相是彌散分布短棒狀以及顆粒狀的α-Cr相(圖7a,圖7b).隨著軋制速度的不斷增加，α-Cr相逐步以針狀析出.當終軋速度為4.0m/s,αCr相完全以針狀析出，并且呈帶狀不均勻分布(圖7c,圖7d).

3討論與分析

前期的研究表明[1,11]，,GH4648合金的Cr和C含量對合金的組織和性能影響比較大，主要通過對Cr和C兩種元素的含量控制.來獲得不同αCr相的析出量，從而影響合金的組織和性能.本研究選用了同一冶煉爐號、合金的成品錠采用氦氣冷卻的真空自耗爐冶煉，合金的結晶狀態(tài)和成品偏析得到改善，合金的成分比較均勻，這樣就避免了成分差異對合金性能的影響.另一方面，鎳基高溫合金的熱加工溫度對強化相Y影響較小，而γ相主要取決于合金的Al、Ti含量以及熱處理制度[12].本研究由于采用同一爐號(成品棒材成分應一致)、同一熱處理制度進行處理(Y相的析出量基本相同),因此，γ相對實驗材料組織和性能的影響可以忽略.再者，由于研究工作通過連軋設備的自動化控制，各項工藝參數(shù)得到準確地執(zhí)行，使得本研究在軋制過程中所控制的單一變量即為軋制速度，由此，確保合金組織和性能數(shù)據(jù)變化與軋制速度相關聯(lián)的唯一性和準確性.

如在前言中所述，αCr相的析出形貌和分布

狀態(tài)對GH4648合金的性能有較大影響[9.10],而一般認為合金的持久壽命將隨著晶粒尺寸的增加而提高.綜合圖5、圖6的研究結果，可以發(fā)現(xiàn)GH4648合金隨著晶粒度的增大，合金的持久壽命反而有所下降，且這種下降的趨勢比較明顯.金相組織表明，隨著終軋速度的不同，合金αCr相形態(tài)的變化比較明顯.由此，不難推斷出影響GH4648合金持久壽命的主要因素是αCr相.當合金經(jīng)過標準熱處理后能夠獲得彌散分部的短棒狀和顆粒狀的α-Cr相就能夠獲得良好的力學性能，而當合金αCr相以連續(xù)帶狀和針狀集中析出，對合金的室溫沖擊性能、高溫拉伸和高溫持久性能不利.由圖7可以看出，GH4648合金熱軋棒生產(chǎn)過程中，軋制工藝對α-Cr相析出形態(tài)影響較大，當終軋溫度在980～1020 ℃溫度區(qū)間進行軋制時，合金棒材經(jīng)標準熱處理后主要以彌散分布的短棒狀和顆粒狀的α-Cr相析出,這種狀態(tài)的α-Cr相對合金的性能十分有利.當終軋溫度大于1040 ℃時，合金棒材經(jīng)標準熱處理后由彌散分布的短棒狀和顆粒狀的αCr相逐步向集中帶狀、針狀的析出形態(tài)轉變，不利于合金的性能.本研究采用的高合金鋼連軋生產(chǎn)線，生產(chǎn)過程自動化控制，避免了橫列式軋機人為因素的影響.坯料在連續(xù)爐高溫加熱經(jīng)過粗軋開坯后進隧道爐，中間坯在隧道爐補償加熱使坯料的溫度均勻，達到工藝要求溫度，確保了每支坯料進入連軋入口溫度一致，從而穩(wěn)定合金的組織和性能.由于熱連軋的特點，機架增加，軋制速度逐架提高.隨著軋制速度的增加，坯料變形受到的軋制力不斷增加.由于軋制速度快，坯料的溫度不斷升高，因此可以通過設定軋制速度來保證終軋溫度成為控制GH4648合金組織與性能的關鍵.根據(jù)軋制過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析，在GH4648合金熱軋棒材生產(chǎn)過程中，終軋速度變化對合金溫度的改變幅度是穩(wěn)定的，受外界環(huán)境溫度影響很小.當GH4648合金終軋速度控

制在3.3?～3.8m/s能夠保證合金棒材的終軋溫度控制在980～1020 ℃溫度區(qū)間，在此溫度區(qū)間軋制的合金棒材能夠獲得良好的組織和性能.

4結 論

(1)?采用連軋生產(chǎn)GH4648合金熱軋棒材時，棒材的終軋溫度可以改變合金αCr相的析出形貌，隨著終軋溫度的升高，α-Cr相以短棒狀和顆粒狀彌散分布的形態(tài)向針狀、帶狀集中分布轉變，從而降低合金的高溫拉伸(800 ℃)、高溫持(800 ℃,176 MPa)和室溫沖擊性能.

(2)GH4648合金熱軋棒終軋溫度控制在980～1020 ℃,經(jīng)標準熱處理后合金α-Cr相主要以以短棒狀和顆粒狀彌散析出，合金棒材有良好的綜合力學性能.

(3)采用連軋技術生產(chǎn)GH4648合金棒材，能夠實現(xiàn)合金的控制軋制，減少了傳統(tǒng)橫列式軋機的人為影響因素，從而穩(wěn)定合金的組織和性能.