GH141镍基变形高温合金
GH4141（GH141）镍基变形高温合金
我国商标：GH141/GH4141
美国商标：UNS N07041/Rene′41/R41/
Carpenter41/PYROMET41/UNITEMP41/
HynessalloyR41/J1610
一、GH141概述
GH141是沉积硬化型镍基变形高温合金，在650～950℃规模内，具有高的拉伸和耐久蠕变强度和杰出的抗氧化功能。因为合金中铝、钛、钼含量较高，铸锭开坯比较困难，但变形后的资料具有较好的塑性，在退火状况下能够冷成形，也可进行焊接，焊接部件热处理时易产生应变时效裂纹。合金的种类有薄板、带、丝、盘件、环形件、锻件、棒材、和精细铸件等，适合于制作在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资料商标 GH141（GH4141）。
1.2 GH141附近商标 UNS N07041，Rene′41，R41，Carpenter41，PYROMET41，UNITEMP41，HynessalloyR41，J1610（美国）。
1.3 GH141资料的技术规范
1.4 GH141化学成分 见表1-1。
表1-1 %
C Cr Ni Co Mo Al Ti B Fe Zr Mn Si P S Cu
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 0.50 0.015 0.015 0.50
注：航天用材可加入ω（Mg）<0.05%和ω（La）<0.035%。
1.5 GH141热处理准则见表1-2。
表1-2
种类 热处理准则
（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
规范Ⅲ:1065℃,4h,空冷+760℃，16h,空冷
板材 规范Ⅳ:1180℃,30min，空冷+900℃，4h,空冷
规范Ⅴ:1080℃,保温不小于2.4min/mm,空冷+760℃，16h,空冷
1.6 GH141种类规格与供给状况 可提供各种规格的圆饼、环坯、环形件、薄板、带材、棒材、锻件和精细铸件等。板材于固溶状况交货，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使用概况与特殊要求 该合金广泛用于制作航空、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，焊后再进行规范热处理。
二、GH141物理及化学功能
2.1 GH141热功能
2.1.1 GH141熔化温度规模 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电功能 δ2mm板材的室温电阻率见表2-3。
表2-3[3]
状况 ρ/（10-6Ω.m） 状况 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磁功能见表2-4。
表2-4[4]
状况 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化学功能
2.5.1 GH141抗氧化功能在空气介质中的氧化速率见表2-5。
表2-5[9]
外表状况 θ/℃ 不同时刻氧化速率/（g/（m2·h）） 外表状况 θ/℃ 不同时刻氧化速率/（g/（m2·h））
25h 50h 75h 100h 200h 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力学功能
3.1 GH141技术规范规定的功能
3.1.1 GH141圆饼、环坯、环形件、大棒材规范规定的功能见表3-1。
表3-1
资料规范 种类 热处理准则 拉伸功能 HBS 耐久功能
θ/℃ σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% φ/% θ/℃ σ/MPa t/h δ/%
Q/5B 4027-1992Q/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）。3.1.3 GH141d90mm棒材规范规定的功能见表3-3。
表3-3
热处理状况 θ/℃ 拉伸功能 HBS 冲击韧性 耐久功能
σb/MPa σP0.2/MPa δ5/% 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 12 340 147
800 735 635 15 20 -
588 90
3.1.4 GH141板材、带材规范规定的功能见表3-4。
表3-4
热处理准则 厚度/mm θ/℃ 拉伸功能 HRC
σb/MPa σP0.2/MPa δ5/%
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 ≤0.50 20 ≥1105 ≥825 ≥6 ≥35
760 ≥895 ≥760 ≥3 -
>0.50 20 ≥1170 ≥895 ≥10 ≥35
760 ≥965 ≥760 ≥3 -
四、GH141安排结构
4.1 GH141相变温度合金热处理后，安排中分出相的相变温度规模见表4-1。
表4-1[13]
分出相 γ′ M6C M23C6 MC μ σ
相变温度规模/℃ <1052 760～1149 760～901/982 796～1149 870～980 760～982/1038
4.2 GH141时刻-温度-安排改变曲线
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，分出相数量和温度的联系见图4-2。
4.2.2 GH141经1200℃,2h固溶处理后，再在760～1200℃时效2～96h,分出相数量和时效温度的联系见图4-2。
4.2.3 GH1415000h长时间时效后，合金中分出相数量的变化见图4-3。
4.3 GH141合金安排结构合金在规范热处理状况的安排除γ基体外，还存在γ′、M6C、M23C6、MC，长时间时效后有μ相分出。
