涡轮转子用GH4141高温合金

上一个

下一个

涡轮转子用GH4141高温合金

规格：齐全

所属类型：镍

价格：220元(含税)
发布时间：2020/11/4 10:30:08
数量：1千克
所在地：广东东莞

点击询价收藏

产品信息

产品介绍

涡轮转子用GH4141高温合金

高温环境下材料的各种退化速度都被加速,在使用过程中易发生组织不稳定、在温度和应力作用下产生变形和裂纹长大、材料表面的氧化腐蚀。

1、耐高温、耐腐蚀

高温合金所具有的耐高温、耐腐蚀等性能主要取决于它的化学组成和组织结构。以GH4169 镍基变形高温合金为例,可看出GH4169 合金中铌含量高,合金中的铌偏析成都与冶金工艺直接相关,GH4169 基体为Ni-Gr 固溶体,含Ni 质量分数在50%以上可以承受1 000℃ 左右高温,与美国牌号Inconel718 相似,合金由γ 基体相、δ 相、碳化物和强化相γ'和γ″相组成。GH4169 合金的化学元素与基体结构显示了其强大的力学性能,屈服强度与抗拉强度都优于45 钢数倍,塑性也要比45 钢好。稳定的晶格结构和大量强化因子构造了其优良的力学性能。

2、加工难度高

高温合金由于其复杂、恶劣的工作环境,其加工表面完整性对于其性能的发挥具有重要的作用。但是高温合金是典型难加工材料,其微观强化项硬度高,加工硬化程度严重,并且其具有高抗剪切应力和低导热率,切削区域的切削力和切削温度高,在加工过程中经常出现加工表面质量低、刀具破损严重等问题。在一般切削条件下,高温合金表层会产生硬化层、残余应力、白层、黑层、晶粒变形层等过大的问题。

一、GH141概述

GH141是是沉淀硬化型镍基变形高温合金,在650~950℃范围内,具有高的拉伸和持久蠕变强度和良好的抗氧化性能。由于合金中铝、钛、钼含量较高,铸锭开坯比较困难,但变形后的材料具有较好的塑性,在退火状态下可以冷成形,也可进行焊接,焊接部件热处理时易产生应变时效裂纹。合金的品种有薄板、带、丝、盘件、环形件、锻件、棒材、和精密铸件等,适合于制造在870℃以下要求有高强度和980℃以下要求抗氧化的航空、航天发动机高温零部件。

1.1 GH141材料牌号 GH141(GH4141)。

1.2 GH141相近牌号 UNS N07041,Rene′41,R41,Carpenter41,PYROMET41,UNITEMP41,HynessalloyR41,J1610(美国)。

1.3 GH141材料的技术标准

1.4 GH141化学成分见表1-1。

表1-1 %

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

0.015

0.50

注:航天用材可加入ω(Mg)<0.05%和ω(La)<0.035%。

1.5 GH141热处理制度见表1-2。

表1-2

品种	热处理制度
(航空)圆饼、环坯、环形件、棒、板材	规范Ⅰ:1080℃±10℃,快淬+1120℃±10℃,0.5h,空冷+900℃±10℃,1-4h,空冷
(航天)棒、盘件	规范Ⅱ:1080℃,4h,油冷+760℃,16h,空冷
(航天)棒、盘件	规范Ⅲ:1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷
板材	规范Ⅳ:1180℃,30min,空冷+900℃,4h,空冷
板材	规范Ⅴ:1080℃,保温不小于2.4min/mm,空冷+760℃,16h,空冷

1.6 GH141品种规格与供应状态可提供各种规格的圆饼、环坯、环形件、薄板、带材、棒材、锻件和精密铸件等。板材于固溶状态交货,棒材和锻件不经热处理交货。

1.7GH141熔炼与铸造工艺合金采用真空感应熔炼、真空感应熔炼加电渣重熔或真空电弧重熔工艺。

1.8GH141应用概况与特殊要求该合金广泛用于制造航空、航天发动机高温承力零部件,如导向叶片、燃烧室、涡轮、导向器高温承力件、轴、盘、叶片和紧固件等,板材焊接件热处理时的应变时效裂纹,可采用焊前过时效处理或在焊前控制固溶处理后的冷却速度的方法来解决,焊后再进行标准热处理。

二、GH141物理及化学性能

2.1 GH141热性能

2.1.1 GH141熔化温度范围 1316~1371℃^[2]。

2.1.2 GH141热导率见图2-1。

表2-1^[2]

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

2.1.3 GH141线膨胀系数见图2-2。

表2-2^[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

2.2 GH141密度 ρ=8.27g/cm³。

2.3 GH141电性能 δ2mm板材的室温电阻率见表2-3。

表2-3^[3]

状态	ρ/(10^-6Ω.m)	状态	ρ/(10^-6Ω.m)
热轧	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

2.4 GH141磁性能见表2-4。

表2-4^[4]

状态	20℃下300Οe时的磁导率/(H/m)
1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷	<1.002
1175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷	<1.002

2.5 GH141化学性能

2.5.1 GH141抗氧化性能在空气介质中的氧化速率见表2-5。

表2-5^[9]

表面状态	θ/℃	不同时间氧化速率/(g/(m²·h))					表面状态	θ/℃	不同时间氧化速率/(g/(m²·h))
表面状态	θ/℃	25h	50h	75h	100h	200h	表面状态	θ/℃	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涂层	1100	0.496	0.494	0.413	0.356	---

三、GH141力学性能

3.1 GH141技术标准规定的性能

3.1.1 GH141圆饼、环坯、环形件、大棒材标准规定的性能见表3-1。

表3-1

材料标准

品种

热处理制度

拉伸性能

HBS

持久性能

θ/℃

σ_b/MPa

σ_P0.2/MPa

δ₅/%

φ/%

θ/℃

σ/MPa

t/h

δ/%

Q/5B 4027-1992

Q/3B 4060-1992

圆饼、环坯、环形件、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 环形件经退火处理后的室温硬度HBS≤363。

2 经固件和时效处理后的室温硬度HRC≥30(HBS≥283)。

3.1.2 GH141紧固件标准规定的性能见表3-2。

表3-2

材料标准	品种	热处理制度	拉伸性能					持久性能
材料标准	品种	热处理制度	θ/℃	σ_b/MPa	σ_P0.2/MPa	δ₅/%	φ/%	θ/℃	σ/MPa	t/h
Q/6S 1033-1992	紧固件	冷拉后1080℃±10℃,快淬+1120℃±10℃,30min,空冷+900℃±10℃,4h,空冷	20	≥1070	-	≥8	≥10	730	586	≥30
Q/6S 1033-1992	紧固件	冷拉后1080℃±10℃,快淬+1120℃±10℃,30min,空冷+900℃±10℃,4h,空冷	760	≥870	-	≥8	≥10

3.1.3 GH141d90mm棒材标准规定的性能见表3-3。

表3-3

热处理状态	θ/℃	拉伸性能				HBS	冲击韧性	持久性能
		σ_b/MPa	σ_P0.2/MPa	δ₅/%	φ/%	HBS	a_KV/(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
1065~1080℃,4h,油冷或空冷+760℃,16h,空冷	800	735	635	15	20	-		588	90

3.1.4 GH141板材、带材标准规定的性能见表3-4。

表3-4

热处理制度	厚度/mm	θ/℃	拉伸性能			HRC
热处理制度	厚度/mm	θ/℃	σ_b/MPa	σ_P0.2/MPa	δ₅/%	HRC
1080℃,保温不小于2.4min/mm,空冷	0.4~2.9	20	≤1170	≤690	≥30	≤30
1080℃,保温不小于2.4min/mm,空冷	≥2.9~4.0	20	≤1240	≤795	≥30	≤30
固溶处理+760℃,16h,空冷	≤0.50	20	≥1105	≥825	≥6	≥35
	≤0.50	760	≥895	≥760	≥3	-
	>0.50	20	≥1170	≥895	≥10	≥35
	>0.50	760	≥965	≥760	≥3	-

四、GH141组织结构

4.1 GH141相变温度合金热处理后,组织中析出相的相变温度范围见表4-1。

表4-1^[13]

析出相	γ′	M₆C	M₂₃C₆	MC	μ	σ
相变温度范围/℃	<1052	760~1149	760~901/982	796~1149	870~980	760~982/1038

4.2 GH141时间-温度-组织转变曲线

4.2.1 GH141铸态试样经1180℃,6h,水冷淬火后,再在不同温度保湿1h,析出相数量和温度的关系见图4-2。

4.2.2 GH141经1200℃,2h固溶处理后,再在760~1200℃时效2~96h,析出相数量和时效温度的关系见图4-2。

4.2.3 GH1415000h长期时效后,合金中析出相数量的变化见图4-3。

4.3 GH141合金组织结构合金在标准热处理状态的组织除γ基体外,还存在γ′、M₆C、M₂₃C₆、MC,长期时效后有μ相析出。

五、GH141工艺性能与要求

5.1 GH141成形性能

5.1.1 GH141钢锭锻造前应进行高温均匀化处理,锻造加热温度为1160~1180℃,终锻温度不低于1000℃。板坯轧制加热温度为1140~1160℃,终轧温度不低于1060℃。薄板轧制加热温度为1140~1160℃,终轧温度不低于800℃。

5.1.2 GH141冷轧薄板固溶状态的反复弯曲和杯突性能见表5-1。

表5-1^[9]

品种	热处理制度	反复弯曲次数	杯突深度/mm
δ1.5mm冷轧薄板	1180℃,30min,空冷	12	10.1
δ1.5mm冷轧薄板	1180℃,30min,空冷	20	12.4

5.1.3 GH141旋压性能板材在保持细晶和较低的硬度时具有很好的可旋性。根据室温拉伸断面收缩率φ(%)算出极限减薄率φ_max(%)=φ(%)/[0.17+φ(%)],各种形状极限减薄率φ_max(%)见表5-2。

表5-2^[15]

	圆锥形件	半球形件	筒形件	曲母线
φ_max/%	40	35	60	35

5.1.4 GH141热塑性能
GH141d22mm轧材热顶锻塑性见表5-3,塑性图见图5-1。

表5-3^[2]

试验温度/℃	900	950	970	980	1000	1050	1100	1150	1170	1200
ε_极限_max/%	14.6	29.3	43	43.8	75.3	81.8	78.2	70	75.5	36
ε_裂纹_min/%	23.4	44	51	61.5	>75.3	>81.8	80.6	78.3	76	41

5.1.4.2 GH141d22mm轧材的热模拟塑性试验结果见表5-4。

5.1.4.3 GH141d90mm棒材经1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷热处理后进行高温拉伸试验,其高温拉伸塑性见表5-5。

5.1.5 GH141合金再结晶图

5.1.5.1 GH141加工再结晶图见图5-2。

5.1.5.2 GH141固溶再结晶图见图5-3。

表5-4^[5]

类型	θ/℃	900	950	975	1000	1050	1100	1150	1160	1200
冷却曲线	σ/MPa	749	404	-	227	206	156	-	102	-
冷却曲线	φ/%	19.9	23.6	55.4	67.4	83.1	81.1	-	53.1	-
加热曲线	σ/MPa	739	688	599	484	255	229	191	-	0
加热曲线	φ/%	34.9	49.6	68.3	82.7	91.7	86.4	62.9	-	0

注:1 冷却曲线以100℃/s加热到1160℃保温处理后,随炉冷却到规定温度再保温100s,以100m/s速度拉断。

2 加热曲线以100℃/s加热到规定温度保温100s,以100m/s速度拉断。

表5-5^[2]

试验温度/℃	950	1000	1050	1100	1150	1200
高温拉伸塑性δ/%	21.8	31.8	66.6	102	117	108.2

5.2 GH141焊接性能

5.2.1 GH141合金可熔焊、扩散焊、钎焊、摩擦焊。熔焊既可用电子束焊接,也可用氩弧焊焊接。熔焊缝在热处理时有产生应变时效裂纹倾向,为将这种倾向减到zui小,应在焊接前固溶缓慢退火,即1080℃,随后以22℃/min冷却到650℃;另一办法是在焊接前进行过时效处理,即1080℃,30min,以1.7~4.4℃/min冷却到980,4h,以1.7~4.4℃/min冷却到870℃,4h,再以1.7~4.4℃/min冷却到760℃,16h,空冷^[1,16~19]。焊后在消除焊接应力和恢复性能时,应快速加热通过时效硬化温度区间,这样可消除应变时效开裂倾向。使用细晶、低杂质含量母材,消除机械加工硬化,低的焊接线能量也可以降低应变时效开裂倾向

5.3 GH141零件热处理工艺

5.3.1 GH141在较低温度下工作,要求零件具有高的拉伸强度和疲劳性能时,推荐采用1080℃,空冷+760℃,16h,空冷。

5.3.2 GH141对在高温下工作,又要求材料具有高的热强性时,适宜的热处理规范为1180℃,空冷+900℃,4h,空冷。

5.3.3 GH141对要求焊接的环形件等零部件,推荐采用1120℃,30min,空冷+900℃,4h,空冷。

以上是涡轮转子用GH4141高温合金的详细信息，如果您对涡轮转子用GH4141高温合金的价格、厂家、型号、图片有什么疑问，请联系我们获取涡轮转子用GH4141高温合金的信息