ＧＨ４２２０ 合 金 是 我 國 仿 制 前 蘇 聯(lián) 的ХН５１ВМТЮКФРВД 鎳 基 時(shí) 效 沉 淀 硬 化 型 高 溫 合金 ,。 合金以 Ｎｉ 為基體,， 添加約（ 質(zhì)量分?jǐn)?shù),， 下同）１１％ Ｃｒ,、１５％ Ｃｏ,、６％ Ｗ,、６％ Ｍｏ、０． ５％ Ｖ 作為固溶強(qiáng)化元素,，４． ５％ Ａｌ,、２． ５％ Ｔｉ 作為時(shí)效強(qiáng)化元素， 同時(shí)加入Ｃ,、Ｂ,、Ｃｅ、Ｍｇ 作為微合金化元素,。 Ｃｒ 是高溫合金中的合金化元素,，除了低膨脹高溫合金外，幾乎所有高溫合金中都含有金屬元素 Ｃｒ,。 Ｃｒ 溶入 γ 固溶體,，引起晶格畸變， 起到固溶強(qiáng)化作用,， 提高 γ 固溶體的強(qiáng)度,，此外 Ｃｒ 的另 一個(gè)十分重要的作用， 就是形成Ｃｒ ２ Ｏ ３ 氧化膜,， 使高溫合金具有良好的抗氧化和抗腐蝕性能,，且 Ｃｒ含量越高，抗氧化性越好,；鎳基合金中加入 Ｃｏ,，引起固溶強(qiáng)化， 提高基體的強(qiáng)度,， 同時(shí)使合金的蠕變速率降低,，從而提高合金的高溫力學(xué)性能。 另外,，Ｃｏ 在高溫合金中具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能和抗熱疲勞性能,，使合金的使用溫度及高溫性能得以進(jìn)一步提高,；Ｗ、Ｍｏ 也是高溫合金中常用的固溶強(qiáng)化元素,， 由于Ｗ,、Ｍｏ 的原子半徑大于 Ｎｉ， 添加 Ｗ,、Ｍｏ 會引起晶格明顯膨脹,，形成較大的長程應(yīng)力場， 阻止位錯運(yùn)動,， 使合金屈服強(qiáng)度明顯提高。 另外 Ｗ 加入高溫合金后,， 除了約有一半溶于 γ 固溶體引起固溶強(qiáng)化外,， 另一半溶入了γ′強(qiáng)化相，起時(shí)效強(qiáng)化作用,；Ｖ 的原子半徑比 Ｎｉ 大,，所以加入 Ｖ 后同樣能提高基體的強(qiáng)度， 同時(shí) Ｖ 具有細(xì)化合金晶粒的作用,， 改善了合金的熱加工工藝塑性,。ＧＨ４２２０ 合金中加入高溫合金中常用而價(jià)格又便宜的Ａｌ、Ｔｉ 作為時(shí)效強(qiáng)化元素,， 形成 γ′強(qiáng)化相,， 提高合金的強(qiáng)度；Ｃ,、Ｂ,、Ｃｅ、Ｍｇ 作為微合金化元素,， 提高了晶界的結(jié)合力,，起強(qiáng)化晶界的作用。 通過提高晶界的結(jié)合力,，可提高合金在高溫條件下的力學(xué)性能,。

ＧＨ４２２０ 合金成分的優(yōu)異，決定了合金具有較高的使用溫度以及在高溫條件下具備優(yōu)異的力學(xué)性能,。所以,，該材料成為制造在 ９５０ ℃以下工作的航空發(fā)動機(jī)渦輪工作葉片、緊固件等零部件的優(yōu)先選用材料,。 以航空發(fā)動機(jī)用 ＧＨ４２２０ 合金螺栓為例,，其技術(shù)要求為：９５０ ℃高溫抗拉強(qiáng)度≥４９０ ＭＰａ； 應(yīng)力持久性能保持 ４０ ｈ 不斷（９４０ ℃ 加載 ２１５ ＭＰａ） ,；室溫抗拉強(qiáng)度≥１０００ ＭＰａ,。

但是,，在 ＧＨ４２２０ 合金螺栓的生產(chǎn)過程中， 因存在合金在冶煉過程中爐批次間的成分含量波動,， 合金元素偏析,，雜質(zhì)元素的數(shù)量、種類,、大小,、形狀不同， 以及合金熱變形工藝等因素的不同,， 導(dǎo)致螺栓按標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度進(jìn)行熱處理后,，室溫抗拉強(qiáng)度、高溫抗拉強(qiáng)度和應(yīng)力持久性能往往不能滿足螺栓技術(shù)條件的要求,。

對 ＧＨ４２２０ 高溫合金的組織演變至關(guān)重要的熱處理工藝被研究者廣泛關(guān)注,， 相比于標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度后獲得的平直晶界形態(tài)， 研究者發(fā)現(xiàn)可以通過熱處

理獲得 ＧＨ４２２０ 合金的彎曲晶界,， 并且對合金的性能有較大的改善作用,。 本文以 ＧＨ４２２０ 合金螺栓為研究對象，在保持 ＧＨ４２２０ 合金的標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度即固溶和時(shí)效的溫度,、時(shí)間參數(shù)不變的情況下,，在生產(chǎn)實(shí)際中，反復(fù)摸索,，通過調(diào)整 １２２０ ℃固溶處理冷卻階段的冷方式,， 將 標(biāo)準(zhǔn)熱 處理制 度 的 空 冷 改 為 緩 慢 冷 卻（２４ ｍｉｎ冷卻至 １１００ ℃ 保溫 １ ｍｉｎ，之后空冷） ,，將晶界形態(tài)由平直晶界變?yōu)閺澢Ы纾?從而提高 ＧＨ４２２０ 合金螺栓的力學(xué)性能,。

試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)原材料按照 ＧＪＢ １９５３Ａ—２００８《航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動件用高溫合金熱軋棒材規(guī)范》 執(zhí)行， ＧＨ４２２０合金化學(xué)成分見表 １,。

GH4220是Ni-Co-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金,，使用溫度900℃～950℃。合金中加入較多的鋁,、鈦元素形成y ‘沉淀強(qiáng)化相,，w(y)可達(dá)到40%以上。同時(shí)加入鉆,、鉻,、鎢和鉬元素進(jìn)行固溶強(qiáng)化，并加入微量缽,、硼和鎂元素進(jìn)行晶界強(qiáng)化,。合金具有較高的高溫強(qiáng)度和高溫塑性，綜合性能良好,。適于制造工作溫度在900℃～950℃的燃?xì)鉁u輪工作葉片,。主要產(chǎn)品有轉(zhuǎn)動部件用熱軋棒材,、模鍛渦輪葉片。

合金用于制作航空發(fā)動機(jī)的1級渦輪工作葉片,，批產(chǎn)和使用情況良好,。

合金通過特殊的彎晶熱處理工藝，達(dá)到控制晶界上第二相的析出種類及其形態(tài),，使之形成彎曲的晶界,。使晶界與晶內(nèi)強(qiáng)度匹配性好，降低了晶界脆性,，從而顯著地提高合金的高溫塑性和持久強(qiáng)度

材料牌號

GH4220(GH220),。

相近牌號

31220BⅡ、XH51BMTIOKP-BⅡ(俄),。

材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

熔煉工藝

采用真空感應(yīng)爐+真空電弧重熔,、或真空感應(yīng)爐+電渣重熔熔煉工藝。

化學(xué)成分

熔化溫度范圍

1330℃～1360℃[8],。

密度

2.8p=8.36g/cm

磁性能

合金無磁性。