GH4133B简介：

GH4133和GH4133B是Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，GH4133B合金是在GH4133合金基础上添加适量的镁、锆后的改型合金。两种合金的使用温度均在750℃以下，均具有良好的综合力学性能、具有屈服强度高的特点；具有良好的抗氧化性能、组织稳定且晶粒均匀细小；易于热加工成型。尤其是GH4133B合金改善了GH4133合金在750℃以下存在的缺口敏感性，使材料的使用寿命成倍的增加，大幅度地提高了持久强度和塑性。两种合金适合于制造温度在750℃以下航空发动机的涡和工作叶片等重要承力件。

1 试验方法

1.1试验模锻件的模锻生产工艺

试验模锻件是某发动机承力环模锻件。呈面盆状，盆口外径412mm,盆底外径φ255mm,高度76mm,轮缘厚度29mm。采用1000kJ对击锤，轻(0.20MJ)、中(0.35MJ)、重(0.9MJ)三挡锤击能量模锻成型。模锻加热温度1160℃,开锻温度980～990℃,终锻温度850～900℃;运料时间33～40s;轻击4~8锤，时间18～51s,中击3～6锤，时间16～46s,重击4～7锤，时间37～63s。

1.2 直接时效试验

按标准规定的取样位置，在未经热处理的承力环模锻件上切取拉力、冲击、高温持久试样各8件，按标准时效工艺(750℃×16h,空冷)进行时效处理后，按国标方法测定机械性能。

1.3预备热处理试验

使用未热处理的承力环模锻件，按标准位置切取拉力、冲击、持久试样各8件，对试样进行预备热处理(1120℃×15min,空冷或水冷)+标准热处理(1080℃×2h,空冷+ 750℃×16h,空冷)后，按国标方法测定机械性能。其中，4件试样预备热处理采用水冷方式，另4件空冷。

1.4 标准热处理试验

使用未热处理的承力环模锻件，按标准位置切取拉力、冲击、持久试样各8件，对试样进行标准热处理(1080℃×2h,空冷或水冷+750℃×

16h,空冷)后，按国标方法测定机械性能。其中，4件试样固溶后水冷，另4件试样空冷。

1.5固溶温度试验

试验温度范围1000～1080℃,每隔10℃试验一组试样，加上原始状态对比组，共试验10组试样。固溶时间和以后的时效工艺，完全按标准工艺。每组试样均分析金相组织，包括：晶粒形状、晶界状态、平均晶粒截距。1040～1080℃范围试验的5组试样，除分析组织外，还测定机械性能，包括：室温拉力、室温冲击、高温持久性能。

1.6金相组织及断口检验方法

按标准取样位置切取低倍试片，检查模锻件热处理前后的低倍组织。在拉力棒头部检查金相组织，使用图象分析仪，测量最大晶粒截距和平均晶粒截距，使用扫描电子显微镜分析拉力试样的断口形态。

2 试验结果

2.1不同热处理工艺后的机械性能(表1)和金相

组织

2.1.1 标准热处理模锻件：标准热处理后(固溶空冷)的模锻件，各项性能十分优良，a比技术标准高18%,00.2高15%,δs高73%,ψ高79%,Ak高116%,持久强度合格。标准热处理固溶冷却方式对模锻件性能有影响：固溶加热后水冷和空冷件的强度和相对伸长率差不多，但是，ψ值水冷件高16%,冲击韧性高25%。同时，水冷件的性能比较均匀，空冷件的性能比较分散。

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未热处理模锻件的低倍组织如图1a,低倍面上无任何冶金缺陷；难变形区低倍组织粗糙，颜色班驳；大变形区，低倍组织均匀细致，颜色灰白；低倍试片的大部分面积存在肉眼不能分辨的低倍晶粒。标准热处理模锻件的低倍组织如图1b,低倍面上均存在～φ1mm的低倍晶粒，轮缘部位存在～φ1.5mm低倍大晶粒，幅板部位存在～φ2.0mm低倍大晶粒。

标准热处理后模锻件的金相组织有以下特点：第一，晶粒不均匀，最大晶粒截距250～300μm,平均晶粒截距80～90μm(图2a);第二，晶界比较平直，晶界较宽，有链状析出物(图2b),水冷件要少一些；第三，光学显微镜观察不到γ'-相。

标准热处理件的室温拉力断口如图3a,b,是沿晶界弥散碳化物产生的晶界断裂。

2.1.2 预备+标准热处理模锻件

模锻件机械性能如表1。添加预备热处理的模锻件，机械性能与标准热处理件相当，只是冲击韧性值平均低30%。但可以看出一个重要现象：在强度性能相当的情况下，预备热处理后水冷件的塑、韧性比空冷件高，δ高9%,ψ高19%,A高5%。

添加预备热处理的模锻件，低倍组织是肉眼不能分辨的、均匀再结晶晶粒。同样无任何冶金缺陷。

添加预备热处理的模锻件，金相组织有以下特点：第一，晶粒较粗大，但很均匀，最大晶粒截距260μm,平均晶粒截距100μm(图4a);第二，晶界宽度与以后的标准热处理固溶冷速有关：水冷件的晶界宽度小，晶界相细小连续，空冷件的晶界宽度大(图4b),晶界相大小不均。第三，光学显微镜也不能见到γ'-相。

2.1.3 直接时效模锻件

室温机械性能非常高，除相对伸长率稍低外，其他性能都很高：与模锻件技术条件比，002高39%,%高25%,δ高34%,φ高95%,A、高180%。但是，高温持久强度不合格。

直接时效模锻件未经过高温固溶处理，低倍组织与未热处理模锻件相似。

直接时效模锻件的金相组织有以下特点：第一，晶粒细小均匀，有大量孪晶界，是典型的动态再结晶组织。这些晶粒脱胎于变形晶粒，因而它们还存在一定的方向性(图5a)。最大晶粒截距100μm,平均晶粒截距30μm;第二，晶界宽度较小，有细小链状析出物(图5b);第三，晶粒基体上存在1000倍即能见到的大颗粒γ'-相。

直接时效模锻件的拉伸断口，宏观形态是纤维状，显微断口是穿晶与沿晶混合断裂(图6),沿晶界断裂部分是晶界碳化物引起的浅韧窝，因晶界碳化物的大小差别，晶界断裂面的韧窝尺寸也不同，穿晶部分是典型的韧性断裂。

不同热处理后模锻件轮缘部位晶粒平均截距和基体硬度示于表2。

2.2固溶温度试验

2.2.1 晶粒平均截距与固溶温度的关系：晶粒平均截距与固溶温度的关系如图7。可以分为三个阶段：1000～1020℃,晶粒平均截距几乎没有变化，大致在37μm;1020～1050℃,晶粒平均截距快速长大，从37μm一直长大到50μm;1050～

1080℃,晶粒平均截距几乎不发生变化，大致保持在50μm。仔细观察了上述过程中晶粒形态的变化。原始状态的晶粒是不均匀再结晶晶粒，极细的加工再结晶晶粒包围在模锻加热晶粒周围，再结晶品界微细，模锻加热晶界很粗，但是，两种晶界的析出物都很少。1000～1020℃固溶，再结晶晶粒未发生变化，模锻加热晶粒内部开始形成再结晶晶粒，晶界宽度逐渐增加，而且，晶粒内部出现针状析出物，1000℃固溶试样最多。1030～1050℃固溶，所有晶粒都开始均匀长大，合金进行积聚再结晶过程，晶界状态无明显变化，但晶粒内部的针状析出物消失。1060～1080℃固溶，晶粒没有明显变化，但晶界宽度和晶界析出物明显增加，而且固溶温度越高越明显。

2.2.2 固溶温度与机械性能的关系

固溶温度与模锻件机室温械性能的关系如图8。所有固溶温度处理后，750℃,345MPa条件下的高温持久时间均>200h,符合技术要求。从图8可以看出，在1050℃以上温度固溶处理，模锻件的ψ,αk值大幅度下降，其他室温性能与1040～1080℃范围内的固溶温度关系不大。

3 讨 论

3.1不同热处理状态模锻件的性能和组织

标准热处理后的精化模锻件，室温或高温机械性能都很高，与产品技术标准比，a,比技术标准高18%,02高15%,δs高73%,ψ高79%,Ax高116%,持久强度合格。而且，标准热处理固溶水冷件的综合性能更高。模锻件的最终机械性能水平决定于模锻件的模锻工艺，因此，现执行的精化模锻件的模锻工艺是切实可行的。但是，模锻件的低倍粗晶尺寸接近技术标准上限(～φ1.5mm),高倍晶粒也不均匀，这是精化模锻件模锻工艺不容忽视的问题。为解决这一问题，重新进行了精化模锻件的模锻试验：将模锻加热温度降低到1140℃,其余工艺参数下变化。解剖证明，模锻件机械性能仍保持原有水平，低倍粗晶完全消除，高倍晶粒均匀性提高。

4 结 语

(1) 模锻加热温度采用1140℃,使用现行模锻工艺，标准热处理后的承力环精化模锻件，综合性能很高，组织也很理想。

(2) 直接时效模锻件的室温性能很高，但持久强度不合格，原因是晶粒太细，未经固溶处理，晶界没有得到足够扩散强化；添加预备热处理工艺，模锻件性能基本与标准热处理模锻件相似，但冲击韧性有所降低，原因是预备热处理对晶界有定型作用，标准热处理固溶过程中晶界元素过量富集。

(3)标准热处理固溶温度在1050～1080℃范围内，晶粒尺寸基本不变化，晶界宽度和晶界相数量随温度升高逐步增加，在其他性能基本不变化的同时，室温ψ,ax值随温度升高而明显降低。为调整模锻件性能而采用预备热处理时，可对标准热处理固溶温度进行适当调整。