GH4220概述

GH4220熱加工工藝

鋼錠采用包套直接軋制成棒材，加熱溫度1160-1180℃，最后一火終軋溫度 大于1020℃，最后一火軋制道次控制在2-4道，葉片模鍛加熱溫度控制在1120-1140℃，模鍛工序應在l0s內完成。每火變形量以30%-40%為宜，當模鍛坯料在空氣爐中加熱及熱處理時，機加工余量每面不得小于1.5mm。

GH220?管材|?GH220?棒材 ???GH220?板材|?GH220?鍛件

?GH220?絲材|?GH220?帶材 ???GH220?法蘭|?GH220?光亮棒

GH4220是以鎳-鉻-鈷為基的時效硬化型合金，合金中加入較多鋁、鈦元素以析出大量金屬間化合物(γ’相量達到40%以上)進行沉淀強化，加入多量鎢、鉬元素固溶強化，并加入微量碳、硼、鎂元素以強化晶界，從而獲得綜合強化效果。該合金是一種高合金化、高性能的難變形合金，主要產品是棒材，適合 于制作950℃以下工作的航空發(fā)動機渦輪工作葉片等轉動部件。

GH4220技術標準

GJB 1953 —1994《航空發(fā)動機轉動件用高溫合金熱軋棒材規(guī)范》

HB 5284—1984《航空用GH220合金熱軋棒材技術條件》

GH4220化學成分

GH4220熱處理制度

1220℃±10℃，4h，空冷+1050℃±10℃，4h，空冷+950℃±10℃，2h，空冷。

GH4220熔煉與鑄造工藝

合金采用真空感應加真空電弧重熔工藝或真空感應加電渣重熔工藝熔煉。

GH4220應用概況與特殊要求

該合金制作的渦輪工作葉片在渦輪噴氣發(fā)動機上經過了使用考驗，已投入生產使用。

GH4220密度

ρ=8.36g/cm3

GH220）化學成分凡在應力及高溫（一般指600~650攝氏度以上）同時作用下，具有長時間抗蠕變能力與高的持久強度和高的抗蝕性的金屬材料，稱為耐熱合金或高溫合金。常用的有鐵基合金、鎳基合金、鈷基合金，還有鉻基合金、鉬基合金及其他合金等。高溫合金是制造燃汽輪機、噴氣式發(fā)動機等高溫下工作零部件的重要材料。 高溫合金是在高溫嚴酷的機械應力和氧化、腐蝕環(huán)境下應用的一類合金。隨著科技事業(yè)的發(fā)展，高溫合金逐漸形成六個較為完整的部分。
一、變形高溫合金 變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理
工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金固溶強化型合金 3 T5 m: l( p! s) ^: D3 V? 使用溫度范圍為900～1300℃，最高抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機燃燒室、機匣等部件。? 2、時效強化型合金??? 使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機的渦輪盤與葉片等結構件。制作渦輪盤的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。 例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服強度達1000MPa；制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃氣輪機的需要，60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內，鎳基高溫合金的工作溫度從700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。G6 u! |? 變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結構鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。 （GH220）化學成分?J 二、鑄造高溫合金??? 鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是：? 1. 具有更寬的成分范圍 由于可不必兼顧其變形加工性能，合金的設計可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金，可通過調整成分使γ’含量達60%或更高，從而在高達合金熔點85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。??? 2. 具有更廣闊的應用領域 由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點，可根據零件的使用需要，設計、制造出近終形或無余量的具有任意復雜結構和形狀的高溫合金鑄件。? 根據鑄造合金的使用溫度，可以分為以下三類鎳基高溫合金的發(fā)展包括兩個方面：合金成分的改進和生產工藝的革新。鎳基高溫合金是30年代后期開始研制的。英國于1941年首先生產出鎳基高溫合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高蠕變強度又添加鋁，研制出Nimonic80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國于40年代中期，蘇聯(lián)于40年代后期，中國于50年代中期也研制出鎳基合金。第一類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在很大的范圍溫度內具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動機上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發(fā)動機中的擴壓器機匣及航天發(fā)動機中各種泵用復雜結構件等。?? 第二類：在650～950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時，拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。（GH220）化學成分Z? 第三類： 在950～1100℃ 使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這類合金在此溫度范圍內具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100℃、130MPa的應力下持久壽命大于100小時。這是國內使用溫度最高的渦輪葉片材料，適用于制作新型高性能發(fā)動機的一級渦輪葉片。?? 隨著精密鑄造工藝技術的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細晶鑄造技術、定向凝固技術、復雜薄壁結構件的CA技術等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應用范圍不斷提高。（GH220）化學成分?三、粉末冶金高溫合金??? 采用霧化高溫合金粉末，經熱等靜壓成型或熱等靜壓后再經鍛造成型的生產工藝制造出高溫合金粉末的產品。采用粉末冶金工藝，由于粉末顆粒細小，冷卻速度快，從而成分均勻，無宏觀偏析，而且晶粒細小，熱加工性能好，金屬利用率高，成本低，尤其是合金的屈服強度和疲勞性能有較大的提高。?? FGH95粉末冶金高溫合金，650℃拉伸強度1500MPa；1034MPa應力下持久壽命大于50小時，是當前在650℃工作條件下強度水平最高的一種盤件粉末冶金高溫合金。粉末冶金高溫合金可以滿足應力水平較高的發(fā)動機的使用要求,是高推重比發(fā)動機渦輪盤、壓氣機盤和渦輪擋板等高溫部件的選擇材料。? 四、氧化物彌散強化（ODS）合金?? 是采用獨特的機械合金化(MA)工藝，超細的(小于50nm)在高溫下具有超穩(wěn)定的氧化物彌散強化相均勻地分散于合金基體中，而形成的一種特殊的高溫合金。其合金強度在接近合金本身熔點的條件下仍可維持，具有優(yōu)良的高溫蠕變性能、優(yōu)越的高溫抗氧化性能、抗碳、硫腐蝕性能。50年代初，真空熔煉技術的發(fā)展，為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基高溫合金大都是變形合金。50年代后期，由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強度，但是合金的強度高了，就難以變形，甚至不能變形，于是采用熔模精密鑄造工藝，發(fā)展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。目前已實現(xiàn)商業(yè)化生產的主要有三種ODS合金：（GH220）化學成分?MA956合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1350℃，居高溫合金抗氧化、抗碳、硫腐蝕之首位?？捎糜诤娇瞻l(fā)動機燃燒室內襯。?? MA754合金 在氧化氣氛下使用溫度可達1250℃并保持相當高的高溫強度、耐中堿玻璃腐蝕?，F(xiàn)已用于制作航空發(fā)動機導向器蓖齒環(huán)和導向葉片。?? MA6000合金 在1100℃拉伸強度為222MPa、屈服強度為192MPa；1100℃，1000小時持久強度為127MPa，居高溫合金之首位，可用于航空發(fā)動機葉片。?? 五、金屬間化合物高溫材料 , （GH220）化學成分金屬間化合物高溫材料是近期研究開發(fā)的一類有重要應用前景的、輕比重高溫材料。十幾年來，對金屬間化合物的基礎性研究、合金設計、工藝流程的開發(fā)以及應用研究已經成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制備加工技術、韌化和強化、力學性能以及應用研究方面取得了令人矚目的成就。 60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃氣輪機的需要，60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。在從40年代初到70年代末大約40年的時間內，鎳基高溫合金的工作溫度從700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右?；辖穑═AC-1），TiAl基合金（TAC-2）以及Ti2AlNb基合金具有低密度（3.8～5.8g/cm3）、高溫高強度、高鋼度以及優(yōu)異的抗氧化、抗蠕變等優(yōu)點，可以使結構件減重35～50%。 Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蝕、耐磨損和耐氣蝕性能，展示出極好的應用前景。Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蝕性能，在中溫（小于600℃）有較高強度，成本低，是一種可以部分取代不銹鋼的新材料。