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GH141

一、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(pán)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) GP141

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)

Q/3B 4060-1992《GH141合金棒材》

Q/3B 4063-1992《GH141合金冷軋帶材》

Q/5B 4027-1992《GH141合金圓餅、環(huán)坯、環(huán)形件》

Q/6S 1033-1992《高溫緊固件用GH141合金棒材》

撫高新84-13《航天用GH141合金棒材技術(shù)條件》

1.4 GH141化學(xué)成分  見(jiàn)表1-1。

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。

1.7 GH141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。

1.8 GH141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(pán)、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。

2.1.3 GH141線膨脹系數(shù) 見(jiàn)圖2-2。

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。

2.4 GH141磁性能 見(jiàn)表2-4。

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。

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。

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)。

    3.1.2 GH141緊固件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-2。

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

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

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。

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。

五、GH141工藝性能與要求

5.1 GH141成形性能 

5.1.1 GH141鋼錠鍛造前應(yīng)進(jìn)行高溫均勻化處理，鍛造加熱溫度為1160～1180℃，終鍛溫度不低于1000℃。板坯軋制加熱溫度為1140～1160℃，終軋溫度不低于1060℃。薄板軋制加熱溫度為1140～1160℃，終軋溫度不低于800℃。

5.1.2 GH141冷軋薄板固溶狀態(tài)的反復(fù)彎曲和杯突性能見(jiàn)表5-1。

5.1.3 GH141旋壓性能 板材在保持細(xì)晶和較低的硬度時(shí)具有很好的可旋性。根據(jù)室溫拉伸斷面收縮率φ(%)算出極限減薄率φmax(%)=φ(%)/[0.17＋φ(%)]，各種形狀極限減薄率φmax(%)見(jiàn)表5-2。

5.1.4 GH141熱塑性能

5.1.4.1 GH141d22mm軋材熱頂鍛塑性見(jiàn)表5-3，塑性圖見(jiàn)圖5-1。

5.1.4.2 GH141d22mm軋材的熱模擬塑性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5-4。

5.1.4.3 GH141d90mm棒材經(jīng)1065℃,4h,空冷＋760℃,16h,空冷熱處理后進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)，其高溫拉伸塑性見(jiàn)表5-5。

5.1.5 GH141合金再結(jié)晶圖

5.1.5.1 GH141加工再結(jié)晶圖見(jiàn)圖5-2。

5.1.5.2 GH141固溶再結(jié)晶圖見(jiàn)圖5-3。

注：1 冷卻曲線 以100℃/s加熱到1160℃保溫處理后，隨爐冷卻到規(guī)定溫度再保溫100s，以100m/s速度拉斷。

    2 加熱曲線 以100℃/s加熱到規(guī)定溫度保溫100s，以100m/s速度拉斷。

5.2 GH141焊接性能

5.2.1 GH141合金可熔焊、擴(kuò)散焊、釬焊、摩擦焊。熔焊既可用電子束焊接，也可用氬弧焊焊接。熔焊縫在熱處理時(shí)有產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效裂紋傾向，為將這種傾向減到最小，應(yīng)在焊接前固溶緩慢退火，即1080℃，隨后以22℃/min冷卻到650℃；另一辦法是在焊接前進(jìn)行過(guò)時(shí)效處理，即1080℃，30min，以1.7～4.4℃/min冷卻到980，4h，以1.7～4.4℃/min冷卻到870℃，4h,再以1.7～4.4℃/min冷卻到760℃，16h,空冷[1,16～19]。焊后在消除焊接應(yīng)力和恢復(fù)性能時(shí)，應(yīng)快速加熱通過(guò)時(shí)效硬化溫度區(qū)間，這樣可消除應(yīng)變時(shí)效開(kāi)裂傾向。使用細(xì)晶、低雜質(zhì)含量母材，消除機(jī)械加工硬化，低的焊接線能量也可以降低應(yīng)變時(shí)效開(kāi)裂傾向

5.3 GH141零件熱處理工藝

5.3.1 GH141在較低溫度下工作，要求零件具有高的拉伸強(qiáng)度和疲勞性能時(shí)，推薦采用1080℃，空冷＋760℃，16h，空冷。

5.3.2 GH141對(duì)在高溫下工作，又要求材料具有高的熱強(qiáng)性時(shí)，適宜的熱處理規(guī)范為1180℃，空冷＋900℃，4h，空冷。

5.3.3 GH141對(duì)要求焊接的環(huán)形件等零部件，推薦采用1120℃，30min，空冷＋900℃，4h，空冷。

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