規(guī)格：齊全
所屬類型：鎳
品牌：
高品質(zhì)鎳基合金GH4141中厚板 GH4141圓餅|鍛件
中國(guó)牌號(hào)：GH141/GH4141、GH141(GH4141)
美國(guó)牌號(hào)：UNSN07041/Rene′41/R41/
Carpenter41/PYROMET41/UNITEMP41/
HynessalloyR41/J1610
一、GH141概述
GH141是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。
1.1GH141材料牌號(hào)GH141(GH4141)。
1.2GH141相近牌號(hào)UNSN07041，Rene′41，R41，Carpenter41，PYROMET41，UNITEMP41，HynessalloyR41，J1610(美國(guó)）。
1.3GH141材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
1.4GH141化學(xué)成分見(jiàn)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%。1.5GH141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 |
1.6GH141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
2.1GH141熱性能
2.1.1GH141熔化溫度范圍1316～1371℃。
2.1.2GH141熱導(dǎo)率見(jiàn)圖2-1。
表2-1
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 |
2.1.3GH141線膨脹系數(shù)見(jiàn)圖2-2。
表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 |
2.2GH141密度ρ=8.27g/cm3。
2.3GH141電性能δ2mm板材的室溫電阻率見(jiàn)表2-3。
2-3
狀態(tài) | ρ/(10-6Ω.m) | 狀態(tài) | 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 |
2.4GH141磁性能見(jiàn)表2-4。
表2-4
狀態(tài) | 20℃下300Οe時(shí)的磁導(dǎo)率/(H/m) |
1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷 | ＜1.002 |
1175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷 | ＜1.002 |
2.5GH141化學(xué)性能
2.5.1GH141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
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)) | ||||||||
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)性能
3.1GH141技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能
3.1.1GH141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/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | φ/% | θ/℃ | σ/MPa | t/h | δ/% | ||||
Q/5B4027-1992 Q/3B4060-1992 | 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)。
3.1.2GH141緊固件標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-2。
表3-2
材料標(biāo)準(zhǔn) | 品種 | 熱處理制度 | 拉伸性能 | 持久性能 | ||||||
θ/℃ | σb/MPa | σP0.2/MPa | δ5/% | φ/% | θ/℃ | σ/MPa | t/h | |||
Q/6S1033-1992 | 緊固件 | 冷拉后1080℃±10℃，快淬＋1120℃±10℃，30min，空冷＋900℃±10℃，4h，空冷 | 20 | ≥1070 | - | ≥8 | ≥10 | 730 | 586 | ≥30 |
760 | ≥870 | - | ≥8 | ≥10 | ||||||
3.1.3GH141d90mm棒材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-3。
3-3
熱處理狀態(tài) | θ/℃ | 拉伸性能 | HBS | 沖擊韌性 | 持久性能 | ||||||||
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 | ||||||
3.1.4GH141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/mm | θ/℃ | 拉伸性能 | 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組織結(jié)構(gòu)
4.1GH141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
析出相 | γ′ | M6C | M23C6 | MC | μ | σ |
相變溫度范圍/℃ | <1052 | 760～1149 | 760～901/982 | 796～1149 | 870～980 | 760～982/1038 |
4.2GH141時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線
4.2.1GH141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。
4.2.2GH141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。
4.2.3GH1415000h長(zhǎng)期時(shí)效后，合金中析出相數(shù)量的變化見(jiàn)圖4-3。
4.3GH141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
5.1GH141成形性能
5.1.1GH141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℃。
5.1.2GH141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。
表5-1
品種 | 熱處理制度 | 反復(fù)彎曲次數(shù) | 杯突深度/mm |
δ1.5mm冷軋薄板 | 1180℃，30min，空冷 | 12 | 10.1 |
1180℃，30min，空冷 | 20 | 12.4 |
5.1.3GH141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。
表5-2
圓錐形件 | 半球形件 | 筒形件 | 曲母線 | |
φmax/% | 40 | 35 | 60 | 35 |
5.1.4GH141熱塑性能
GH141d22mm軋材熱頂鍛塑性見(jiàn)表5-3，塑性圖見(jiàn)圖5-1。
表5-3
試驗(yàn)溫度/℃ | 900 | 950 | 970 | 980 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1170 | 1200 |
ε極限max/% | 14.6 | 29.3 | 43 | 43.8 | 75.3 | 81.8 | 78.2 | 70 | 75.5 | 36 |
ε裂紋min/% | 23.4 | 44 | 51 | 61.5 | >75.3 | >81.8 | 80.6 | 78.3 | 76 | 41 |
GH141d22mm軋材的熱模擬塑性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5-4。
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。
5.1.5GH141合金再結(jié)晶圖
GH141加工再結(jié)晶圖見(jiàn)圖5-2。
GH141固溶再結(jié)晶圖見(jiàn)圖5-3。
表5-4
類型 | θ/℃ | 900 | 950 | 975 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1160 | 1200 |
冷卻曲線 | σ/MPa | 749 | 404 | - | 227 | 206 | 156 | - | 102 | - |
φ/% | 19.9 | 23.6 | 55.4 | 67.4 | 83.1 | 81.1 | - | 53.1 | - | |
加熱曲線 | σ/MPa | 739 | 688 | 599 | 484 | 255 | 229 | 191 | - | 0 |
φ/% | 34.9 | 49.6 | 68.3 | 82.7 | 91.7 | 86.4 | 62.9 | - | 0 |
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。
表5-5
試驗(yàn)溫度/℃ | 950 | 1000 | 1050 | 1100 | 1150 | 1200 |
高溫拉伸塑性δ/% | 21.8 | 31.8 | 66.6 | 102 | 117 | 108. |
5.2GH141焊接性能
5.2.1GH141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
5.3GH141零件熱處理工藝
5.3.1GH141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。
5.3.2GH141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。
5.3.3GH141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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