高温合金GH/NS
交期：30天
描述：GH4145是Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，主要以 相为时效沉淀强化相，使用温度在800°C以 下。合金在980°C以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能,800°C以下具有较高的强度,700°C以下具有良好 的抗蠕变性能，540°C以下具有较好的抗松弛性能。合金还有很好的成形性能和焊接性能，主要产品有板 材、带材、棒材、型材、锻件、环形件、丝材和管材。
规格：板，棒，带，线，管，可定制
GH4145高温合金
1合金介绍
1.1概述
GH4145是Ni-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，主要以相为时效沉淀强化相，使用温度在800°C以下。合金在980°C以下具有良好的耐腐蚀和抗氧化性能,800°C以下具有较高的强度,700°C以下具有良好的抗蠕变性能，540°C以下具有较好的抗松弛性能。合金还有很好的成形性能和焊接性能，主要产品有板材、带材、棒材、型材、锻件、环形件、丝材和管材。
1.2应用概况及特性
合金已用于制造航空发动机在800°C以下工作并要求强度较高、耐腐蚀的环形件、结构件和螺栓等零件，在540°C以下工作的具有中等或较低应力并要求抗松弛的平面波形弹簧、周向螺旋弹簧、螺旋压簧、弹簧卡圈和密封圈等，以及用于制造燃气轮机涡轮叶片等零件。合金在退火或固溶处理后可进行各种焊接。零件的热处理要在无硫的中性或还原性气氛中进行，以免发生硫化。零件应避免在870°C~650°C之间进行热冷理处理，对于大截面的零件，为了防止裂纹，固溶处理后应在空气中冷却。
1.3材料牌号
GH4145（GH145）
1. 4相近牌号
InconelX-750美，NiCrl5Fe7TiAl（德），NC15FeTNbA（法），ATGF（法公司）,NCF750（日）。
1. 5材料技术标准
GB/T 14992高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
GJB 2612A焊接用高温合金冷拉丝材规范
GJB 3527A弹簧用高温合金冷拉丝材规范
HB/Z 140航空用高温合金热处理工艺
Q/3B 4088GH145合金毛细管材
Q/3B 4198 GH145合金冷轧板材、带材
1. 6熔炼工艺
釆用真空感应炉+真空自耗重熔、或真空感应炉+电渣重熔、或非真空感应炉+真空自耗重熔、或非真空感应炉+电渣重熔熔炼工艺。
1.7化学成分
摘自GJB 14992,见表1-1。
表1-1
元素 | C | Cr | Ni | Co | Al | Ti | Fe |
质量分数/% | ≤0. 08 | 14. 00〜17.00 | ≥70.00 | ≤1.00 | 0. 40〜1. 00 | 2. 25〜2. 75 | 5. 00〜9. 00 |
元素 | Nb | Mn | Si | S | P | Cu | — |
质量分数/% | 0. 70〜1. 20 | ≤1.00 | ≤0.50 | ≤0.010 | ≤0.015 | ≤0. 500 | — |
热处理制度
摘自HB/Z 140.Q/3B 4088,Q/3B 4198及文献［2］和［3］。
1.8.1冷轧板材、冷轧带、毛细管
供应状态：980°C±10°C/AC或快冷；
时效处理：730°C±10°C*8h/FC(55°C/h)→*620°C±10°C *8h/AC,或不限定FC速率，但总计保温时间应不少于18h。
1. 8. 2冷拉丝材
制度I：650°C±10°C*4h/AC；
制度II：1150°C±10°C *2h/AC+840°C + 10°C *24h/AC+705°C+10°C *20h/AC；
制度Ⅲ：730°C±10°C*16h/AC。
1.8.3棒材和锻件
1.8.3.1标准热处理
885°C ±14°C *24h±0. 5h/AC+705°C±14°C *20h±lh/AC。
1.8.3. 2特殊热处理
595°C以下使用：(870~900)°C *24h/AC+(690~720)°C *30H/AC；
(970〜995)°C *lh/AC+(725〜740)°C *8h/FC(55°C/h)→(615〜630)°C/AC,总保温时间18h。
品种规格与供应状态
摘自GJB 2612A、GJB 3527A、Q/3B 4088、Q/3B 4198和文献［1］。
1.9. 1主要规格
各种规格的棒材、锻件、环形件、热轧板、冷轧板、带材和管材；直径、边长或厚度0.3mm〜15. 90mm弹簧用冷拉丝材;d0.2~10. 0mm焊丝；外径＜5. 0mm,壁厚＜0. 5mm毛细管材。
1.9.2供应状态
板材经固溶+除氧化皮+平整+切边后供应；带材经固溶+除氧化皮+切边后成卷供应；棒材、锻件和环形件以锻态或热轧状态供应，也可以加工态+固溶处理后供应；棒材也可经固溶+磨光或车光后供应，直径小于12.5mm的棒材可以冷拉状态供应；管材经冷拔+固溶+除氧化皮、或经冷拔+光亮固溶处理后供应；焊丝以硬态、或半硬态(减面率不大于20%)、或固溶+酸洗、或光亮固溶处理(适用于直径不大于1. 5mm)状态成盘供应，也可直条供应。
冷拉丝材以冷拉成盘、或冷拉成直条状供应，按其冷拉变形量分为两类：
A类：公称直径、边长或厚度不大于6. 35mm的丝材，冷拉变形量为50%〜65% ;公称直径、边长或厚度大于6. 35mm的丝材，冷拉变形量为30%以上；
B类：公称直径、边长或厚度大于0.65mm的丝材，冷拉变形量约为15%。
θ/°C | 50 | 100 | 300 | 500 | 900 |
λ/[W/(m•°C)] | 14.7 | 15. 9 | 20. 1 | 25. 1 | 37.3 |
θ/°C | 20〜200 | 20〜300 | 20〜400 | 20〜500 |
13. 1 | 13. 5 | 14. 1 | 14. 4 | |
θ/°C | 20〜600 | 20〜700 | 20〜800 | — |
15.0 | 15. 6 | 16.2 | 一 |
2物理、弹性和化学性能
2. 1熔化温度范围
1395°C~1425°C
2.2相变点
2.3热导率(表2-1)
2.4电阻率
50°C ,p=l. 22*10-6Qm"」。
2.5热扩散率
2.6比热容
2.7线膨胀系数(表2-2)
2.8密度p=8. 25
2.9磁性能
合金无磁性。
2. 10弹性性能（表2-3）
20°C，泊松比μ = 0.29。
2. 11化学性能
表2-3
θ/°C | 20 | 200 | 300 | 400 |
E/GPa | 213. 7 | 205. 9 | 200. 1 | 194. 2 |
θ/°C | 500 | 600 | 700 | 800 |
E/GPa | 186. 3 | 178. 5 | 169. 7 | 160.8 |
表2-4
θ/°C100h的平均增重/g/cm2 100h的氧化速率/Eg/(m2 - h)] | ||||
900 | 0.0110 | 0.0816 | ||
1000 | 0.0137 | 0. 1016 | ||
1100 | 0.0636 | 0.4706 | ||
表2-5
θ/°C | 空气/燃油
| 盐份浓度 | 100h的腐蚀失重/（g/cm2） |
900 | 38/1 | 9.6 — 10.0 | 37. 8
|
2.11.1抗氧化性能
合金在空气介质中，不同温度试验
100h的平均增重和氧化速率见表2-4o
2. 11.2耐腐蚀性能
合金在燃气介质中-900°C试验100h
的腐蚀失重见表2-5。
3力学性能
3. 1供货技术标准
3.1.1技术标准规定的性能（表3-1、表3-2和表3-3）
表3-1
标准号 | 品种 | 规格/mm | 热处理 | 室温性能 | ||||
σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | HRC | ||||
Q/3B 4198 | 带材 | δ0.05 — 0. 80 | 供应状态 | ≤930 | 一 | ≥18 | — | 一 |
供应状态+时效处理 | ≥1105 | 一 | ≥12 | 一 | ≥30 | |||
板材 | δ≤0. 60 | 供应状态 | ≤930 | ≤515 | ≥30 | — | 一 | |
δ>0. 60 | ≤930 | ≤515 | ≥35 | — | — | |||
δ0. 5〜4.0 | 供应状态+时效处理 | ≥1170 | ≥795 | ≥18 | — | ≥32 | ||
Q/3B 4088 | 管材 | 外径≤5. 00 壁厚≤0.50 | 供应状态 | ≤965 | ≤550 | ≥35 | 一 | 一 |
供应状态+时效处理 | ≥1170 | ≥790 | 15 | — | — | |||
表3-2
标准号 | 品种 | 热处理 | 直径、边长或厚度/mm | 室温σb/MPa |
GJB 3527 | 弹簧用 冷拉丝 | A类，冷拉状态 | 0. 30〜6.0 | ≤1310 |
>6.0〜8.0 | ≥1100 | |||
B类，冷拉状态 | 0. 30〜0. 65 | ≤1030 | ||
>0. 65〜8. 0 | 895-1140 | |||
A类，冷拉状态+ 650°C±l0°C*4h/AC | 0. 30〜6. 0 | ≥1520 | ||
>6. 0〜8. 0 | ≥1380 | |||
A类，1150°C±15°C *2h/AC+840°C±10°C * 24h/AC+705°C ±10°C *20h/AC | 0. 30〜6. 0 | ≥1030 | ||
>6.0〜8.0 | ≥1000 | |||
B类，冷拉状态+ 730°C±10°C *16h/AC | 0. 30〜0. 65 | ≥1070 | ||
>0. 65〜8. 0 | ≥1140 |
表3-3
标准号 | 品种 | 热处理 | 规格/mm | θ/°C | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% |
文献[2] | 棒材、锻件、环形件 | 885°C±14°C *24h±0. 5h/AC + 705°C ±14°C *20h±lh/AC | ≤100 | 20 | ≥1138 | ≥724 | ≥20 | ≥25 |
>100〜250 | ≥1103 | ≥689 | ≥15 | ≥17 |
3. 1.2生产检验数据、基值和设计许用值
3.2短时力学性能
3. 2.1硬度
3. 2. 1. 1热轧棒经不同热处理，不同温度的硬度见图3-1。
3.2. 1.2锻棒经700°C长期时效，不同时效时间的室温HV见图3-4。
3. 2.2冲击性能
3.2. 2. 1棒材经不同热处理，不同温度的冲击功见图3-2。
3. 2. 2. 2锻棒经700°C长期时效，不同时效时间的室温冲击功见图3-11。
图3-2棒材经不同热处理.不同温度的冲击功
3.2.3压缩性能
3.2.4扭转性能
3. 2.5剪切性能
3.2.6拉伸性能
3. 2.6. 1板材不同温度的典型拉伸性能曲线见图3-3。
3.2.6.2锻棒经700°C长期时效，不同时效时间的室温力学性能曲线见图3-4。
图3-3板材不同温度的典型拉伸性能曲线
图3-4锻棒经700°C时效，不同时效时间的室温性能曲线
3.3持久和蠕变性能
3.3. 1持久性能
3.3. 1.1棒材不同温度的持久性能见表3-4,光滑和缺口持久应力-寿命曲线见图3-5〜图3-8。
3.3. 1.2板材经不同热处理，不同温度的持久应力-寿命曲线分别见图3-9和见图3-10。
3.3. 1.3锻棒经700°C长期时效，不同时效时间的持久性能见图3-1 l。
表3-4⑶
取样 | θ/°C | σ/MPa | τ/h | δ5/% |
棒材 制度II | 540 | 827 | 488 | 4.0 |
757 | 1212 | 3. 8 | ||
595 | 689 | 163 | 4.0 | |
551 | 1099 | 1. 5 | ||
482 | 2689 | 2.0 | ||
365 | 5416（未断） | 0. 2 | ||
650 | 551 | 78 | 6. 0 | |
414 | 597 | 5.0 | ||
310 | 2331 | 3. 0 | ||
262 | 3981 | 4.0 |
图3-5棒材不同温度的持久应力-寿命曲线棒材，经制度II处理
图3-6棒材不同温度光滑和缺口持久应力-寿命曲线棒材，经制度II处理
图A8棒材不同温度的光滑和缺口持久应力-寿命曲线d7.5mm棒材，经885°C *24h/AC+705°C *20h/AC处理
图3-7棒材不同温度的缺口持久应力-寿命曲线⑴
图3-9板材不同温度的持久应力-寿命曲线1. 0 mm板材
图3-10板材不同温度的持久应力-寿命曲线⑶l. 0mm板材，经退火+时效处理
3.3.2蠕变性能
图3-11锻棒经700°C时效，不同时效时间的790°C、343MPa持久性能和室温冲击功38mm锻棒，经标准热处理+时效处理热轧棒不同温度和应力的蠕变性能见表3-5,不同温度蠕变应力与蠕变速率间的关系见图3-12。
3. 4疲劳性能
3.4. 1高周疲劳
3.4.1. 1棒材不同状态，不同温度的反复弯曲疲劳极限(Nf= 10a周)见图3-13。
3.4. 1.2不同产品经不同热处理，不同温度的反复弯曲疲劳极限见表3-6。
3.4.2低周疲劳
表3-5⑴
取样 | θ/°C | σ/MPa | ε/(%/h) | 至蠕变第三阶段，t/h |
热轧棒制度II | 540 | 827 | 0.0024 | 一 |
757 | 0.00071 | 700 | ||
595 | 689 | 0. 0090 | 115 | |
551 | 0.0006 | 490 | ||
482 | 0.0002 | 1220 | ||
365 | 0.00003 | 4000 | ||
650 | 551 | 0.0091 | 25 | |
414 | 0.00116 | 300 | ||
310 | 0.000265 | 1310 | ||
262 | 0.00009 | 1360 |
3.4.3特种疲劳
冷轧板不同循环温度的冷热疲劳性能见表3-7。
3. 5裂纹扩展速率
3. 6断裂韧度
图3-13棒材不同晶粒度.不同温度的反复弯曲疲劳极限。
表3-6
取样 | 热处理 | θ/°C | ||
冷轧板 | 705°C *20h/AC | 20 | — | 140 |
730C *8h/FC(50C/h)→620°C *8h/AC | 20 | — | 140 | |
带材 | 弹簧硬度带材,冷轧态 | 20 | 280 | — |
弹簧硬度带材，595°C*4h/AC | 20 | — | 300 | |
弹簧硬度带材，705°C*20h/AC | 20 | — | 320 | |
小棒材 | 885°C *24h/AC+705°C *20h/AC | 20 | 530 | — |
955°C *lh/AC+730°C *8h/FC(50°C/h)→620°C*8h/AC | 20 | 570 | — | |
均匀化，900°C *24h/AC+705°C *20h/AC | 20 | — | 480 | |
540 | 一 | 560 | ||
650 | 一 | 410 | ||
730 | 一 | 260 | ||
815 | 140 | |||
1150°C *2h/AC+845C *24h/AC+ 705°C *20h/AC | 20 | — | 280 | |
540 | — | 350 | ||
650 | 一 | 390 | ||
815 | — | 230 |
表3-7E
取样/mm | 热处理 | θ/°C | N/周 | 裂纹长度/mm |
S1.5 冷轧板 | 1140T *20min/AC+840°C *24h/AC + 700°C*20h/AC | 35⇄600 | 402 | 0. 5 |
35⇄700 | 175 | 0. 5 | ||
35⇄800 | 118 | 0. 5 | ||
(1000〜1020)°C*20min/AC+700°C * 16h/AC+730°C *8h/FC→620°C*8h/AC | 35⇄600 | 200 | 0. 5 | |
35⇄700 | 167 | 0. 5 | ||
35⇄700 | 142 | 0. 5 |
3.7松弛性能
3.7. 1弹簧片540°C、5000h的松弛性能见表3-8。
3.7.2热轧棒不同状态，不同温度的松弛曲线见图3-14和图3-15。
表3-8
取样 | 540°C、5000h松弛性能 | |
弹簧片 | 初始应力（σο/MPa | 剩余应力σ/MPa |
450 | 421 | |
图3-14热轧棒不同温度的应力松弛曲线试样经热轧+ 885°C *24h/AC + 705°C *20h/AC处理
图3-15热轧棒不同温度的应力松弛曲线试样经1150°C*2h/AC+845°C*24h/AC+705°C *20h/AC处理
4工艺性能与要求
4. 1成形工艺与性能
钢锭开坯锻造，加热温度1200 °C,锻造温度1220°C〜950-C,终锻温度2950°C。
4.2工艺性能
反复弯曲和杯突性能见表4-1。
表4-1E
取样/mm | 状态 | 反复弯曲 | 杯突 | ||
试验条件 | 弯曲/次数 | 试验条件 | 冲入深度/mm | ||
81.5 冷轧板 | 1020°C*20min/AC | R = 7.5 mm A = 50mm | 26 | 阳模D=20mm 阴模D=26mm | 10〜11 |
4.3焊接性能
4.3.1合金在退火或固溶处理后进行焊接，焊后消除应力处理：980°C*0.5h或900°C*2h。焊接组合件随后进行时效处理，可获得近似完全热处理状态的强度。
4.3.2合金氯弧焊焊接接头的力学性能见表4-2。
表4-2[4]
取样 | 焊接状态 | θ/°C | 焊丝牌号 | 接头σb/MPa | 强度系数/ % |
板材 | 1000°C*20min/AC+焊接 | 20 | HGH4145 | 706 | 62 |
600 | 588 | 76 | |||
1020°C *20min/AC+焊接+ 700°C *16h/AC | 20 | HGH4145 | 1127 | 99 | |
600 | 764 | 98 | |||
1020°C *20min/AC4-700°C *16h/AC +焊接+ 700°C *16h/AC | 20 | HGH4145 | 1225 | 100 | |
600 | 872 | 100 |
4. 4零件热处理工艺
零件的热处理应在无硫的中性或还原性气氛中进行，以免发生硫化。零件应避免在870°C~650°C进行“热⇄冷”处理，对于大截面的零件，为了防止裂纹，固溶处理后应在空气中冷却。成品零件的最终热处理制度选择见表4-3。
表4-3[1]
零件性能要求 | 热处理制度 |
零件中间热处理 | 退火：（955〜1010）°C/WQ；焊接件焊接前退火:980°C *lh；焊接件消除应力退火： 900t *2h；消除应力退火：885*：±15°C*24h/AC |
退火状态的板材、带材、弹簧用的板、带和丝材 | 时效：705°C ±15°C *20h/AC、或76O°C ±10°C *Ih/AC； 固溶：980°C ±15°C *lh/AC；时效：730°C ±10°C *8h/FC( 50°C/h)至620°C ±10°C * 8h/AC |
环形件 | 固溶：1095°C ±15°C *(2〜4)h/AC； 时效：845°C ±15°C *24h/AC或FC+705°C ±15°C *20h/AC |
600°C以下使用的棒材与锻件 | 均匀化：885*?±15°C*24h/AC；时效：705°C ±15°C*20h±lh/AC |
1000°C以下具有最佳室温和高温拉伸性能 | 固溶：980°C ±15°C *lh/AC；时效：730°C±15°C *8h/FC(50°C/h)至620*? ±10°C * 8h/AC |
600°C以上具有最佳持久和蠕变性能 | 固溶：1150°C±15°C *(2〜4)h/AC；时效：845°C ±15°C *24h/AC+705°C ±15°C *24h/AC |
4. 5表面处理工艺
4. 6切削加工与磨削性能
合金可以在各种状态下进行机械加工，在退火或固溶状态下机械加工性能良好。
5组织结构
5. 1相变温度
析出温度595°C〜815°C,析出峰约800°C,900°C开始回溶,970°C时几乎全部溶解。
5. 2时间-温度-组织转变曲线
5. 3典型组织
合金经标准热处理后，板材、带材和管材的平均晶粒度为5级或更细，其组织由γ基体、Ti（C、N）、Nb（C、N）、M23C6型碳化物和γ'[Ni3（AL、Ti、Nb）相组成（图5-1）。Ti（C、N）、Nb（C、N）为合金中的一次碳（氮）化物，一般不参与相变。M23C6型碳化物数量较少，主要分布于晶界。ω（y'）约占合金的14.5%,是主要强化相。
图5-1合金经标准热处理后的组织和析出相形貌。
参考文献
［1］张绍华.GH145[M]
［2］美国标准,AMS 5667K.AMS 5668F、AMS 5669F、AMS 5670A.AMS 5671D.
［3］冶军.美国镣基高温合金[M].北京：科学出版社,1978:306-331.
［4］中国金属学会特殊钢分会高温合金学术委员会编
［5］北京航空材料研究院
