论文GH4141GH141镍基变形高温合金分析与研究午虎技术部
镍基耐热合金热变形行为的研究现状
（１．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＆ Ｓｐａｒｅｓ ＬＴＤ．，Ｃｈｉｎａ ＣＯＳＣＯ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１１１２１，Ｃｈｉｎａ；
随着航空航天事业和船舶制造技术的高速发展，对于航 空发动机和船舶燃气轮机等关键动力构件的性能要求也越 来越高。
镍基耐热合金由于其优秀的抗高温蠕变，抗氧化性能已 经被广泛应用于涡轮叶片、导向叶片、发动机气阀和涡轮盘 等高温热端零部件的生产 [1]。
虽然镍基合金作为一种高合金化的材料拥有优良的力 学性能，但是正是由于其高合金化导致了显微组织的调控更 加困难，其服役性能受热加工参数的影响更为敏感。现今人 们已经对于镍基合金的高温变形行为做出了大量的研究以 期望获得优良的镍基合金产品。很多关于镍基合金显微组织 的调控研究也在相继进行，方法种类也繁多，目前还没有系 统地归纳整理。
本文总结了目标函数法在镍基合金中的研究现状，并介绍了晶界工程调控在镍基耐热合金中应用。
关键词 ：镍基耐热合金 ；综述 ；热变形 ；组织调控
中图分类号 ：ＴＧ３１６
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０１９）０９－０１７１－３
Research Status of Hot Deformation Behavior for Nickel-Based Heat-Resistant Alloys
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４４， Ｃｈｉｎａ）
镍基高温合金的研究与工程应用
镍基高温合金的研究与工程应用随着机械制造和航空航天工业的不断发展，对于高温高压材料的需求也越来越大。
而镍基高温合金便成为了解决这一难题的重要材料之一。
镍基高温合金具有优异的高温抗氧化性能、高强度和耐磨性等特点，成为了高端制造领域的首选材料之一。
本文将探讨镍基高温合金的研究和工程应用。
一、镍基高温合金的分类和组成镍基高温合金按所含元素定性可分为镍基合金、高温合金、超高温合金和热成形合金四类。
在这四个类别中，镍基合金和高温合金是大量被应用的两个类别。
镍基合金主要由镍、铬和铁组成，常常加入一定比例的铝、钛和钨等元素，其中铬的含量在10%~30%之间。
高温合金除包含镍、铬、铁外，还含有铝、钛、钪、钼等元素，富铝高温合金还含有少量的硼、锰、锆等元素。
二、镍基高温合金的性能镍基高温合金具有很强的高温抗氧化性能，能够保持高温下的结构稳定性，在较长时间内不会发生软化、变形和腐蚀。
这一性能通过合金中添加铝、硅、钆等元素进行增强。
同时，镍基高温合金还具有高强度和耐磨性，能够在高速摩擦和高压环境下保持稳定性能，避免失效和生产事故的发生。
三、镍基高温合金的研究目前，针对镍基高温合金的研究主要集中在材料的制备、加工、表面处理和性能优化等方面。
对于材料制备方面，热状态下的粉末冶金、熔炼和快速凝固技术是当前的研究热点。
通过这些制备方法，能够获得颗粒更细、晶粒更细的材料。
对于材料加工方面，高温合金在制造过程中需进行多次热加工和热处理，以获得其高强度、高稳定性的特点。
表面处理方面，通常蒸镀、喷涂等方法常常用于增强镍基高温合金的抗腐蚀性能。
性能优化方面，深入研究各类添加元素对于合金力学性能的影响，以及不同工艺对于合金微观结构的影响均是当前研究的方向之一。
四、镍基高温合金的应用随着工业技术的不断提高，镍基高温合金的应用领域越来越广泛。
在航空航天、军事、电力、船舶制造等领域，镍基高温合金都有广泛的应用。
一方面，镍基高温合金能够长时间保持在高温高压环境下的稳定性能，在火箭发动机、航空发动机和汽车发动机等高温机件中得到应用。
镍基高温合金材料的研究进展
镍基高温合金材料的研究进展一、本文概述镍基高温合金材料作为一种重要的金属材料，以其出色的高温性能、良好的抗氧化性和优异的力学性能，在航空航天、能源、化工等领域具有广泛的应用。
随着科技的快速发展，对镍基高温合金材料的性能要求日益提高，其研究进展也备受关注。
本文旨在全面综述镍基高温合金材料的最新研究进展，包括其成分设计、制备工艺、组织结构、性能优化以及应用领域等方面，以期为未来镍基高温合金材料的进一步发展提供理论支持和指导。
本文首先介绍了镍基高温合金材料的基本概念和特性，概述了其在不同领域的应用现状。
随后，重点分析了镍基高温合金材料的成分设计原理，包括合金元素的选取与配比，以及如何通过成分调控优化材料的性能。
在制备工艺方面，本文介绍了近年来出现的新型制备技术，如粉末冶金、定向凝固、热等静压等，并探讨了这些技术对材料性能的影响。
本文还深入探讨了镍基高温合金材料的组织结构特点，包括相组成、晶粒大小、位错结构等，并分析了这些结构因素对材料性能的影响机制。
在性能优化方面，本文总结了通过热处理、表面处理、复合强化等手段提高镍基高温合金材料性能的研究进展。
本文展望了镍基高温合金材料在未来的发展趋势和应用前景，特别是在新一代航空航天发动机、核能发电、高温传感器等领域的应用潜力。
通过本文的综述，旨在为相关领域的研究人员和企业提供有益的参考和借鉴，推动镍基高温合金材料的进一步发展和应用。
二、镍基高温合金的基础知识镍基高温合金，也称为镍基超合金，是一种在高温环境下具有优异性能的特殊金属材料。
它们主要由镍元素组成，并添加了各种合金元素，如铬、铝、钛、钽、钨、钼等，以优化其热稳定性、强度、抗氧化性、抗蠕变性和耐腐蚀性。
镍基高温合金的这些特性使其在航空航天、能源、石油化工等领域具有广泛的应用。
镍基高温合金之所以能够在高温环境下保持优异的性能，主要得益于其微观结构的特殊性质。
这些合金在固溶处理和时效处理后，会形成一系列复杂的金属间化合物，如γ'、γ''和γ'″等，这些化合物在基体中弥散分布，起到了强化基体的作用。
GH4141对应国外牌号(N07041)高温合金成分标准
GH4141对应牌号（N07041）成分及性能用途GH4141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。
GH4141材料牌号GH141(GH4141)。
GH4141相近牌号UNS N07041，Rene′41，R41，Carpenter41，PYROMET41，UNITEMP41，HynessalloyR41，J1610(美国）。
GH4141材料的技术标准GH4141化学成分注：航天用材可加入ω（Mg)<0.05%和ω(La)<0.035%。
GH141热处理制度见表1-2。
GH4141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。
GH4141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。
GH4141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。
规格范围：板材：厚壁规格（min-max）：Φ0.1mm-Φ200.0mm丝材：Φ0.1mm-Φ3.0mm直条或卷条：Φ2.0mm–Φ300.0mm产品：哈氏合金、高温合金、铜镍合金、英科乃尔、蒙乃尔、钛合金、沉淀硬化钢等各种中高端不锈钢，镍基合金等。
[材料论文]Inconel_718镍基高温合金分析与研究_午虎特种合金技术部
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【材料论文】Inconel 718镍基高温合金分析与研究-午虎特种合金技术部一、Inconel 718 概述Inconel 718合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。
该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。
供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。
可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。
1.1 Inconel 718 材料牌号Inconel 7181.2 Inconel 718 相近牌号Inconel 718(美国),NC19FeNb(法国)1.3 Inconel 718 材料的技术标准GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》HB 6702-1993 《WZ8系列用Inconel 718合金棒材》GJB 3165 《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》GJB 1952 《航空用高温合金冷轧薄板规范》GJB 1953《航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》GJB 2612 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》GJB 3317《航空用高温合金热轧板材规范》GJB 2297 《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》GJB 3020 《航空用高温合金环坯规范》GJB 3167 《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》GJB 3318 《航空用高温合金冷轧带材规范》GJB 2611《航空用高温合金冷拉棒材规范》YB/T5247 《焊接用高温合金冷拉丝》YB/T5249 《冷镦用高温合金冷拉丝》YB/T5245 《普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材》GB/T14993《转动部件用高温合金热轧棒材》GB/T14994 《高温合金冷拉棒材》GB/T14995 《高温合金热轧板》GB/T14996 《高温合金冷轧薄板》GB/T14997 《高温合金锻制圆饼》GB/T14998 《高温合金坯件毛坏》GB/T14992 《高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号》HB 5199《航空用高温合金冷轧薄板》HB 5198 《航空叶片用变形高温合金棒材》HB 5189 《航空叶片用变形高温合金棒材》HB 6072 《WZ8系列用Inconel 718合金棒材》1.4 Inconel 718 化学成分该合金的化学成分分为3类：标准成分、优质成分、高纯成分，见表1-1。
GH141
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≥10730 586 ≥30760 ≥870- ≥8≥103.1.3 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σb/MPaσP0.2/MPaδ5/%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 147800 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 σb/MPaσP0.2/MPaδ5/%1080℃，保温不小于2.4min/mm,空冷0.4～2.9 20 ≤1170≤690≥30≤30≥2.9～4.0 20 ≤1240≤795≥30≤30固溶处理＋760℃，16h，空冷≤0.5020 ≥1105≥825≥6≥35760 ≥895≥760≥3- >0.5020 ≥1170≥895≥10≥35760 ≥965≥760≥3-义豪金属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 μσ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。
【论文】GH80A镍基变形高温合金分析与研究【午虎技术部】
【论文】GH80A镍基变形高温合金分析与研究【午虎技术部】TEL: ①⑧①①⑥①⑤⑦⑤⑧⑧GH80A镍基变形高温合金材料牌号：GH80A英国牌号：Nimonic80A一、GH80A概述GH80A是以镍-铬为基体，添加铝、钛形成γ′相弥散强化的高温合金，除铝含量略高外，其他与GH4033相近，使用温度700～800℃，在650～850℃具有良好的抗蠕变性能和抗氧化性能。
该合金冷、热加工性能良好，主要供应热轧棒材、冷拉棒材、热轧板材、冷轧板材、带材以及环形件等，用于制造发动机转子叶片、导向叶片支座、螺栓、叶片锁板等零件。
1.1 GH80A材料牌号 GH80A。
1.2 GH80A相近牌号 Nimonic80A(英国)。
1.3 GH80A材料的技术标准1.4 GH80A化学成分注：B按计算量加入，允许加入微量的Ce、Zr、Mg元素。
1.5 GH80A热处理制度叶片用棒材为：1080℃±10℃,8h,空冷＋700℃±5℃,16h,空冷。
热轧、锻制及冷拉棒材：按表1-2的规定进行。
轧制环件：(1050～1080℃)±10℃，不大于2h，水冷＋750℃±5℃(或+700℃±5℃),4h(或16h),空冷。
热轧板材、冷轧薄板和带材为：供应状态＋750℃±10℃，4h，空冷。
1.6 GH80A品种规格与供应状态供应直径d20～55mm的叶片用热轧棒材、直径不大于300mm的热轧或锻制棒材。
冷拉棒材供应直径8～45mm圆棒及内切圆直径d8～36mm的六角形棒材。
供应外径1000mm、内径900mm、高度130mm的轧制形件。
供应厚度不大于9.5mm的热轧板材、厚度不大于4.0mm的冷轧薄板材，厚度不大于0.8mm的冷轧带材。
叶片用热轧棒材不经热处理供应，其表面应全部磨光或车光。
机加工用热轧棒材经固溶处理并除氧化皮状态供应。
镦锻用冷拉棒材以冷拉并磨光状态供应，机加工用冷拉棒材以冷拉经固溶处理并除氧化皮状态供应，热加工用棒材以制造状态并除氧化皮供应（对锻造厂用棒材应车光后供应，其表面粗糙度应不小于3.2μm）。
镍基高温合金的高温氢脆性机制研究与优化
镍基高温合金的高温氢脆性机制研究与优化高温氢脆性是指金属材料在高温环境中，受到氢气的作用而失去其原有的塑性和韧性，出现脆性断裂的现象。
镍基高温合金作为重要的高温结构材料，在航空、能源等领域得到广泛应用。
然而，高温氢脆性的存在限制了镍基高温合金的使用范围和寿命，因此研究和优化高温氢脆性机制具有重要的理论和实践意义。
一、高温氢脆性的机制高温氢脆性机制涉及多种因素，主要包括氢的渗透、扩散和损伤耦合效应。
在高温下，氢气易被吸附和渗透到金属内部，进而扩散到金属晶界和位错等缺陷处。
当氢元素积聚到一定程度时，会导致金属晶界的脆化和晶体内部的应力集中。
氢元素的存在也会改变金属结构的电子结合能，降低金属的韧性和延展性。
此外，氢元素与金属原子形成氢原子与金属原子的化学键，导致晶体结构的不稳定性，使金属更加脆弱。
因此，理解和研究高温氢脆性的机制是优化镍基高温合金的关键。
二、高温氢脆性的研究方法为了研究高温氢脆性机制，我们可以采用多种实验和计算方法。
实验方法可以利用氢脆性测试设备对镍基高温合金进行氢脆性测试，以评估其脆性和韧性。
同时，还可以通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜等观察材料的显微组织和缺陷情况。
计算方法可以利用分子动力学模拟、密度泛函理论等对材料的结构和性能进行计算。
通过实验和计算相结合，可以全面了解高温氢脆性的机制，并为优化合金提供科学依据。
三、高温氢脆性的优化策略为了降低镍基高温合金的高温氢脆性，可以采取如下优化策略：1. 选择合适的合金元素：通过调整合金中的元素成分和比例，可以改善合金的抗氢脆性能。
比如，添加一定量的稀土元素能够有效地抑制氢的渗透和扩散，提高合金的抗氢效果。
2. 提高晶界的稳定性：通过提高晶界的强度和稳定性，可以减少氢在晶界的聚集和导致的脆化现象。
可以采用微合金化技术、热处理等方法，改善合金的晶界结构和性能。
3.改善材料的制备和加工工艺：合适的制备和加工工艺可以降低氢元素的渗透和扩散速率，减少合金的氢脆性。
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【论文】GH4141(GH141)镍基变形高温合金分析与研究【午虎技术部】TEL: ①⑧①①⑥①⑤⑦⑤⑧⑧
4.1 GH141相变温度合金热处理后，组织中析出相的相变温度围见表4-1。
表4-1[13]
析出相γ′M
6C M
23
C
6
MC μσ
相变温度围/℃<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′、M
6C、M
23
C
6
、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
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
21.8 31.8 66.6 102 117 108.2 δ/%
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，为将这种倾向减到最小，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。