高溫合金GH/NS
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描述：GH4742是Ni℃r℃o基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度在800℃以下。合金在550℃~800℃范圍內具有高的持久和蠕變強度、良好的綜合性能，并具有較好的組織穩(wěn)定性和耐蝕性能。適用于制作高應力下工作的渦輪盤、壓氣機盤、軸等高溫承力零部件。主要產品有熱軋和鍛制棒材、圓餅和鍛件等。
規(guī)格：板，棒，帶，線，管，可定制
GH4742高溫合金
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1.1概述
GH4742是Ni℃r℃o基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度在800℃以下。合金在550℃~800℃范圍內具有高的持久和蠕變強度、良好的綜合性能，并具有較好的組織穩(wěn)定性和耐蝕性能。適用于制作高應力下工作的渦輪盤、壓氣機盤、軸等高溫承力零部件。主要產品有熱軋和鍛制棒材、圓餅和鍛件等。
1.2應用概況及特性
合金已廣泛用于制造航空、航天發(fā)動機，以及船舶燃機高溫承力零部件，如高壓壓氣機盤、渦輪盤、封嚴篦齒盤以及承力環(huán)和緊固件等。
合金在800℃以下具有良好的抗氧化性能，在全天候條件下具有良好的耐腐蝕性能。
1.3材料牌號
GH4742(GH742)。
1.4相近牌號
略
1.5材料技術標準
GB/T14992高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號
遼新6-0026航天GH742合金渦輪盤鍛件技術條件
Q/GYB05012 GH4742合金熱軋和鍛制棒材標準
Q/GYB05022 GH4742合金鍛制圓餅標準
Q/GYB05026 GH4742合金模鍛件標準
1.6熔煉工藝
采用真空感應爐+真空電弧重熔、或真空感應爐+真空自耗重熔、或等離子電弧爐+真空電弧重熔、或真空感應爐+電子束重熔熔煉工藝。
1.7化學成分
摘自GB/T14992,雜質元素分析有區(qū)別的摘自遼新6-0026,見表1-1。
元素 | C | Cr | Ni | Co | Mo | Al | Ti | Fe |
質量分數/% | 0.04~0.08 | 13.0~15.0 | 余 | 9.00~11.00 | 4.50~5.50 | 2.40~2.80 | 2.40~2.80 | ≤1.00 |
元素 | Nb | B | Ce | La | Mn | Si | P | S |
質量分數/% | 2.40~2.80 | ≤0.010 | ≤0.010 | ≤0.100 | ≤0.40 | ≤0.30 | ≤0.015 | ≤0.010 |
注：遼新6-0026規(guī)定：殘留元素ω(V)和ω(W)各不超過0.2%,ω(Cu)不超過0.07%。 | ||||||||
表1-1
1.8熱處理制度
摘自遼新6-0026,Q/GYB05012、Q/GYB05022和Q/GYB05026,標準熱處理制度有兩種：
制度1：(1090~1120)℃*8h/AC+85℃±10℃*6h/AC+780℃±10℃*(10~16)h/AC,適用于較高溫度下使用的零部件；
制度2：1080℃±10℃*8h/AC+780℃±10℃*16h/AC,適用于較低溫度下使用并要求有較高強度的零部件。
1.9品種規(guī)格與供應狀態(tài)
摘自遼新6-0026,Q/GYB05012,Q/GYB05022和Q/GYB05026。
1.9.1主要規(guī)格
D≤300mm棒材；各種規(guī)格鍛制圓餅和模鍛件。
1.9.2供應狀態(tài)
棒材、盤鍛件一般不經熱處理供應。
2物理、彈性和化學性能
2.1熔化溫度范圍
2.2相變點
2.3熱導率（表2-1）
θ/℃ | 25 | 150 | 300 | 400 | 500 |
λ/[W/(m· ℃)] | 8.5 | 10.2 | 12.7 | 14.2 | 16.0 |
θ/℃ | 600 | 700 | 800 | 900 | ~ |
λ/[W/(m· ℃)] | 17.8 | 19.8 | 21.6 | 23.6 | ~ |
表2
2.4電阻率
2.5熱擴散率
2.6比熱容（表2-2）
2.7線膨脹系數（表2-3）
θ/℃ | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
c/[J/(kg·℃)] | 431 | 457 | 483 | 508 | 534 |
θ/℃ | 600 | 700 | 800 | 900 | ~ |
c/[J/(kg·℃)] | 560 | 586 | 611 | 638 | ~ |
2.8密度8.23
2.9磁性能
合金無磁性。
2.10彈性性能（表2-4）
2.11化學性能
2.11.1抗氧化性能
合金在800℃以下具有良好的抗氧化性能。
2.11.2耐腐蝕性能
合金在全天候條件下具有良好的耐腐蝕性能。
表2-4[4]
取樣 | 在以下溫度，E/GPa | ||||
200℃ | 600℃ | 650℃ | 750℃ | ||
圓餅鍛件 | 制度1 | 201 | ~ | 180 | 172 |
制度2 | 196 | 170 | 162 | ~ | |
3力學性能 3.1供貨技術標準
3.1.1技術標準規(guī)定的性能（表3-1和表3-2）
表3-1
標準號 | 品種 | 鍛件用途 | 熱處理 | 室溫性能 | |||||
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | ak/j | HBS | ||||
遼新6-0026 | 熱軋（鍛）棒模鍛件鍛制圓餅 | 宇航 | 制度I或2 | ≥1210 | ≥755 | ≥13 | ≥14 | ≥23 | 375~302 |
Q/GYB05026 | 模鍛件 | 船舶燃機 | 制度I或2 | ≥1275 | ≥804 | ≥13 | ≥14 | ≥23 | 375~302 |
表3-2
標準號 | 品種 | 鍛件用途 | 方案 | 熱處理 | θ/℃ | 持久性能 | |
σ/MPa | τ/h | ||||||
遼新6-0026 | 熱軋（鍛）棒模鍛件鍛制圓餅 | 宇航 | 1 | 制度1 | 650 | 804 | ≥100 |
2 | 制度2 | 814 | ≥100 | ||||
3 | 制度1或2 | 834 | ≥50 | ||||
4 | 制度1 | 750 | 510 | ≥100 | |||
5 | 制度2 | 539 | ≥50 | ||||
Q/GYB05026 | 模鍛件 | 船舶燃機 | - | 制度1或2 | 650 | 823 | ≥50 |
注：1.當按3和5方案進行的持久試驗結果不合格時，應按1、2和4的方案重新試驗（仍作為初次試驗）。允許不按3和5的方案進行重復試驗。 | |||||||
時效 | 二次固溶冷卻方式 | 經以下時效時間，室溫HRC | |||||
0 | lh | 2h | 3h | 4h | 5h | ||
850 | AC | 28 | 36 | 36 | 35 | 35 | 一 |
WQ | 18 | 38 | 37 | 37 | 37 | ~ | |
730 | AC | 28 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 |
WQ | 18 | 41 | 42 | 43 | 44 | 46 | |
3.2.3壓縮性能
3.2.4扭轉性能
3.2.5剪切性能
3.2.6拉伸性能
3.2.6.1圓餅鍛件經不同熔煉工藝，不同溫度的拉伸性能見表3-6；經不同熱處理，不同溫度的拉伸性能分別見表3-7和表3-8。
3.2.6.2合金經不同熱處理或長期時效，室溫拉伸性能分別見表3-9和表3-10。
表3-6
取樣 | 熱處理 | 熔煉工藝 | θ/℃ | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
圓餅鍛件弦向 | 1150℃*8h/AC | A | 700 | 1070 | 820 | 12.5 | 18.5 |
B | 1100 | 800 | 14.0 | 20.2 | |||
C | 1100 | 830 | 12.7 | 17.8 | |||
A | 750 | 950 | 760 | 14.2 | 29.0 | ||
B | 1000 | 780 | 16.0 | 29.3 | |||
C | 1050 | 770 | 14.7 | 25.5 | |||
A | 800 | 790 | 650 | 18.0 | 34.3 | ||
B | 840 | 670 | 20.2 | 33.5 | |||
C | 820 | 650 | 17.8 | 30.5 | |||
A | 850 | 690 | 600 | 25.0 | 38.2 | ||
B | 700 | 630 | 24.7 | 36.4 | |||
C | 690 | 610 | 30.3 | 34.4 | |||
注：A：真空感應爐+真空電弧重熔；B：等離子電孤爐+真空電弧重熔；C：真空感應爐+電子束重熔。 | |||||||
表3-7
取樣/mm | θ/℃ | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
D200 | 20 | 1206~1294 | 755~814 | 13~17 | 14~19 |
650 | 1128~1177 | 686~735 | 11~13 | 12~14 | |
750 | 932~1000 | 686~735 | 13~20 | 13~20 | |
800 | 785~843 | 677~735 | 12~19 | 12~19 | |
D200圓餅鍛件弦向制度2 | 20 | 1206~1314 | 813~882 | 13~21 | 14~25 |
650 | 1226~1275 | 785~853 | 20~22 | 21~22 | |
750 | 1265~1344 | 824~873 | 16~19 | 17~20 | |
800 | 1157~1255 | 775~883 | 18~21 | 21~23 |
表3-8
取樣 | θ/℃ | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
圓餅鍛件弦向 | 20 | 1230 | 770 | 13 | 14 |
650 | 1150 | 700 | 11 | 12 | |
700 | 1070 | 800 | 13 | 19 | |
750 | 950 | 760 | 14 | 29 | |
800 | 800 | 690 | 18 | 34 | |
850 | 680 | 600 | 25 | 38 |
表3-9
熱處理 | 室溫拉伸 | |||
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | |
1150℃*8h/AC | 1195 | 760 | 27 | 29 |
1150℃*4h/AC | 1330 | 855 | 22 | 32 |
1150℃*8h/AC4-1150℃*4h/AC | 1250 | 730 | 25 | 27 |
1150℃*8h/AC+1150℃*4h/AC+850℃*8h/AC | 1385 | 970 | 18 | 24 |
1100℃*8h/AC | 1310 | 820 | 31 | 31 |
1100℃*8h/AC+850℃*8h/AC | 1390 | 885 | 17 | 22 |
1100℃*8h/AC+850*C*8h/AC+780C*16h/AC | 1425 | 965 | 19 | 18 |
表3-10
時效規(guī)范 | 室溫拉伸 | 時效規(guī)范 | 室溫拉伸 | ||||||||
θ/℃ | t/h | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | θ/℃ | t/h | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
750 | 8 | 1250 | 850 | 24.2 | 24.3 | 850 | 216 | 1250 | 750 | 16.0 | 15.2 |
64 | 1350 | 930 | 21.4 | 21.2 | 950 | 8 | 1200 | 650 | 53.6 | 40.7 | |
216 | 1350 | 940 | 17.6 | 18.8 | 64 | 1150 | 580 | 30.0 | 28.4 | ||
800 | 8 | 1300 | 860 | 22.0 | 22.5 | 216 | 1150 | 530 | 33.6 | 32.5 | |
64 | 1350 | 890 | 18.0 | 18.3 | 1000 | 8 | 1050 | 570 | 44.1 | 40.2 | |
216 | 1250 | 830 | 15.2 | 17.8 | 64 | 1050 | 550 | 30.6 | 35.4 | ||
850 | 8 | 1300 | 840 | 23.6 | 26.8 | 216 | 1000 | 470 | 25.2 | 36.2 | |
64 | 1300 | 800 | 18.0 | 19.0 | 注：試樣經標準熱處理+時效處理 | ||||||
3.3持久和蠕變性能
3.3.1持久性能
3.3.1.1圓餅鍛件經不同熱處理，不同溫度和時間的持久極限見表3-11。
1.2圓餅鍛件經不同冶煉工藝，650℃持久極限見表3-12。
1.3圓餅鍛件不同溫度的持久應力-壽命曲線見圖3-1；經不同冶煉工藝，750℃和800℃的持久應力-壽命曲線見圖3-2。
1.4圓餅鍛件經不同冶煉工藝，不同溫度的持久性能見表3-13。
表3-11
取樣 | 熱處理 | θ/℃ | σth/MPa | ||||
σ100 | σ500 | σ1000 | σ5000 | ||||
圓餅鍛件弦向 | 制度I | 650 | 814~873 | 755~794 | 721~765 | 647~686 | >1.1 |
750 | 510~530 | 407~451 | 373~417 | 294~338 | >1.1 | ||
800 | 329~373 | 250~289 | - | - | >1.1 | ||
制度2 | 550 | 1030~1089 | 961~1020 | 932~986 | 863~917 | >1.1 | |
600 | 897~956 | 824~883 | 794~853 | 721~780 | >1.1 | ||
650 | 814~824 | 691~750 | 657~721 | 588~647 | >1.1 | ||
1150℃*8h/AC+1050℃*8h/AC+730℃*32h/AC | 650 | 840 | 780 | 740 | 680 | - | |
750 | 530 | 430 | 400 | 320 | - | ||
800 | 340 | 300 | 280 | 230 | - | ||
①缺口半徑r=0.15mm,K=3.75。 | |||||||
表3-12
取樣 | 熱處理 | 熔煉工藝 | σth/MPa | ||||
σ100 | σ500 | σ1000 | σ5000 | σ10000 | |||
圓餅鍛件弦向 | 1150℃*8h/AC | A | 810 | 740 | 710 | 660 | 630 |
B | 890 | 810 | 790 | 730 | 700 | ||
C | 880 | 800 | 780 | 710 | 680 | ||
注：A：真空感應爐+真空電弧重熔；B：等離子電弧爐+真空電弧重熔；C：真空感應爐十電子束重熔。 | |||||||
表3-13
取樣 | 熔煉工藝 | θ/℃ | τ/h | δ5/% | ψ/% | τ/h | δ5/% | ψ/% |
σ=520MPa | σ=500MPa | |||||||
圓餅鍛件，弦向 | A | 750 | 103 | 11.2 | 12.0 | 120 | 11.2 | 7.2 |
B | 331 | 16.0 | 21.5 | 474 | 20.8 | 24.4 | ||
C | 140 | 20.0 | 25.8 | 202 | 20.6 | 28.4 | ||
取樣 | 熔煉工藝 | θ/℃ | τ/h | δ5/% | ψ/% | τ/h | δ5/% | ψ/% |
σ=350MPa | σ=300MPa | |||||||
圓餅鍛件，弦向 | A | 800 | 108 | 6.0 | 7.7 | 596 | 6.0 | 7.6 |
B | 487 | 12.0 | 19.2 | 1410 | 10.8 | 15.6 | ||
C | 111.5 | 12.8 | 16.8 | 838 | 16.0 | 17.6 | ||
注：A：真空感應爐+真空電弧重熔；B：等離子電弧爐+真空電弧重熔；C：真空感應爐+電子束重熔。 | ||||||||
3.3.2蠕變性能
3.3.2.1圓餅鍛件經不同熱處理，不同溫度和時間的蠕變極限見表3-14。
表3-14
取樣 | 熱處理 | θ/℃ | εp/% | 在以下時間，σ/MPa | εp/% | 在以下時間，σ/MPa | ||
lOOh | 500h | 100h | 500h | |||||
圓餅鍛件弦向 | 制度1 | 650 | 0.2 | 735 | 676 | 0.5 | 775 | 716 |
750 | 451 | 387 | 480 | 417 | ||||
800 | 284 | 700 | - | - | ||||
1150℃*8h/AC+1050℃*8h/AC+730℃*32h/AC | 650 | 760 | - | 800 | 740 | |||
750 | 480 | 390 | 500 | 440 | ||||
800 | 300 | 200 | 320 | 280 | ||||
3.3.2.2圓餅鍛件不同溫度、產生0.2%和0.5%塑性應變的的蠕變應力-壽命曲線見圖3-3
3.4疲勞性能
3.4.1高周疲勞
圓餅鍛件經不同熱處理，不同溫度的旋
轉彎曲光滑和缺口疲勞極限見表3-15。
3.4.2低周疲勞
模鍛件經不同熱處理，不同溫度光滑和缺口低周疲勞極限（中值）見表3-16。
3.4.3特種疲勞
3.5裂紋擴展速率
3.6斷裂韌度
3.7松弛性能
合金在不同溫度拉伸試驗時的應力松弛性能見表3-17。
表3-15
取樣 | 熱處理 | θ/℃ | ||||
圓餅鍛件弦向 | 制度1 | 20 | 294 | ~ | 118① | ~ |
650 | 353 | 333 | 137① | ~ | ||
750 | 304 | 275 | 137① | 137① | ||
制度2 | 20 | 226 | ~ | ~ | ~ | |
650 | 343 | 304 | 226② | 206② | ||
①缺口半徑r=0.5mm,Kt=2.33O ②缺口半徑r=0.75mm,K,=l.89O | ||||||
表3-16
取樣 | 熱處理 | θ/℃ | ||||
模鍛件弦向 | 制度1 | 20 | 1128 | 1029 | ~ | ~ |
650 | 804 | 726 | 441① | 382① | ||
750 | 785 | 735 | 402① | 343① | ||
制度2 | 20 | 1128 | 1079 | ~ | 一 | |
650 | 785 | 726 | 412② | 353② | ||
①缺口半徑廠=0.5mm，K=3.75。②缺口半徑尸=0.25mm,K=3.35。 | ||||||
注：R=0。 | ||||||
表3-17
熱處理 | θ/℃ | 在下列時間試驗后，殘余應力 | ||||||
25h | 50h | 75h | 100h | 125h | 150h | |||
制度I | 650 | 706 | 706 | 706 | 706 | 706 | 706 | 706 |
750 | 706 | 510 | 490 | 481 | 471 | 461 | 461 | |
800 | 490 | 324 | 255 | 216 | 177 | 137 | 98 | |
4工藝性能與要求
4.1成形工藝與性能
4.1.1合金的最大塑性溫度范圍為1000℃~1100℃,合金具有足夠高塑性的上限溫度為1130℃，鑄錠和鍛件在實際鍛造中的最高加熱溫度不應超過1150℃,
4.1.2鑄錠和鍛件在鍛造加熱前應進行均勻化退火，制度為1140℃,4h~8h,然后根據不同情況以不同速度爐冷。鑄錠應在壓機上進行鍛造開坯。變形后的坯料則可在壓機或鍛錘上進行熱變形。坯料在單相區(qū)變形時工件加熱溫度為1140℃,變形溫度范圍為1120℃~1040℃,一火允許變形程度分別為50%（壓機）和40%（鍛錘）；在兩相區(qū)變形時工件加熱溫度為1100℃+20℃,變形溫度范圍為1090℃~1020℃，一火允許變形程度分別為40%（壓機）和35%（鍛錘）。
4.1.3合金鑄態(tài)試樣的高溫沖擊韌性見圖4-1；鑄態(tài)沖擊韌性的各向異性見圖4-2。
4.1.4合金經不同熔煉工藝，鑄態(tài)試樣不同溫度的拉伸和沖擊性能曲線見圖4-3。
4.1.5合金經電子束熔煉，以5m/min的速度（接近熔鍛速度）進行沖擊拉伸試驗，沖擊拉伸試驗溫度對試樣頭部（未變形）和工作部分平均晶粒度的影響見圖4-4;沖擊拉伸性能曲線見圖4-5。
4.1.6合金經不同工藝熔煉，在1100℃~1200℃加熱時的晶粒長大傾向見圖4-6。
4.1.7合金經雙真空熔煉，以不同的變形速度在不同溫度下變形時的室溫拉伸性能曲線見圖4-7；平均晶粒度與變形速度的關系見圖4-8。
4.2工藝性能
4.3焊接性能
4.4零件熱處理工藝
4. 4.1零件熱處理制度為：（1090~1120）℃*8h/AC（或壓縮空氣吹冷）+850±10℃* （4~8）h/AC+780℃±10℃*10h/AC。當獲得較低的強度（σp0.2、σb、HBS）和熱強性時，允許在780℃補充時效6h；為獲得力學性能和熱強性的最佳配合，推薦在確定固溶溫度時要考慮到每一具體爐號的γ′相全溶溫度。每個具體爐號的γ′相全溶溫度可按其實際化學成分計算得出，某一具體爐號的γ′相全溶溫度與該溫度的最大可能值之間的偏差△可按下式計算:
γ′相全溶/℃ | △/℃ | 固溶/℃ |
≤1095 | <(-5) | 1090±10 |
1096~1110 | -5~+5 | 1100±10 |
>1110 | >(+5) | 1110±10 |
圖4-4試驗溫度對試樣頭部(1)和工作部分(2)平均晶粒度的影響口時沖擊拉伸變形速度為：5m/min電子束熔煉，鍛造毛坯切向取樣。
圖4-3合金經不同熔煉工藝，不同溫度的拉伸和沖擊性能曲線用真空感應+真空電孤重熔；等離子電弧爐+真空電孤重熔；真空感應+電子束重熔；鑄錠，切向取樣。
4.4.2對于在550℃~600℃溫度范圍內工作的零件允許釆用下列制度熱處理：1080℃±10℃* 8h/AC+780℃± 10℃*16h/AC。當獲得較低的強度和熱強性時，允許進行780℃±10℃*(8~16)h/AC,或700℃±10℃* (8~16)h/AC補充時效。
4.4.3對于在750℃~800℃溫度范圍內工作的零件允許釆用下列制度熱處理：1130℃~1150℃* 8H/AC+1050℃±10℃*4h/AC+850℃±10℃*8h/AC。 當獲得較低強度和熱強性時，建議進行750℃±10℃* 16H/AC補充時效。
圖4-5合金的沖擊拉伸性能曲線沖擊拉伸變形速度為：5m/min電子束熔煉，鍛造毛坯切向取樣
圖4-6-真空感應爐+真空電弧重熔；
圖4-7合金經不同溫度和變形速度，室溫拉伸性能曲線旁數字單位為：m/min；經雙真空熔煉,鑄錠經拔長傲粗.弦向取樣。
4.4.4為了消除機加工應力，必要時成品零件可在中性氣氛或真空中于最終時效溫度780℃或750℃±10℃退火6h~8h。退火后爐冷到200℃~250℃,然后空冷。
4.5表面處理工藝
4.6切削加工與磨削性能
無特殊要求。
5組織結構
5.1相變溫度
γ′相的開始析岀溫度為855℃±10℃,溶解溫度為1040℃~1125℃[16]。
5.2時間-溫度-組織轉變曲線
5.2.1中限成分的合金在1120℃*8h均勻化后，γ′相析出的動力學曲線見圖5-1；固溶體的等溫轉變C曲線見圖5-2。
5.2.2/相質點長大的動力學曲線見圖5-3,式中：d~礦質點平均直徑，單位為nm；t--時間，單位為h；K--增長速度系數。
5.3典型組織
合金經固溶+時效后的組織除奧氏體外，還有γ′、MC、M6C、TiN和兩種含La相。為Ni,(Ti、Al、Nb)型,s(γ′)約占合金35%~39%,組成為(ωt%)69Ni-2.4Cr-4.7Co-1.2Mo-3.1Nb-7.0Ti-12.0Al-0.1Fe-0.4Si；MC型碳化物的組成為(ωt%)(64~68)Nb-(15~17)Ti-(5~7)Mo；M6C型碳化物中則含Ni、Co、Mo、Cr、Nb、Ti等元素，碳化物的總量(體積分數)為0.9%~1.1%,TiN的數量(體積分數)為0.020%~0.029%。兩種含La相，一種為Ni5 La型金屬間化合物，其中部分Ni被2.6Co-1.5Cr-1.0Al置換，ω(Ni5La)為0.07%~0.13%；另一種為Ni(La,Ce)P磷化物，含有ω(La+Ce)61.3%-ω(P)13.2%,其余為ω(Ni)0.009%~0.019%。鍛件經制度1處理，組織和析出相形貌見圖5-4。
圖5-2固溶體的等溫轉變C曲線⑴
參考文獻
略。
