Alloy41变形高温合金 板棒材成分

· Alloy41一、Alloy41概述Alloy41是是沉淀硬化型镍基变形高温合金，在650～950℃范围内，具有高的拉伸和持久蠕变强度和良好的抗氧化性能。由于合金中铝、钛、钼含量较高，铸锭开坯比较困难，但变形后的材料具有较好的塑性，在退火状态下可以冷成形，也可进行焊接，焊接部件热处理时易产生应变时效裂纹。合金的品种有薄板、带、丝、盘件、环形件、锻件、棒材、和精密铸件等，适合于制造在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 Alloy41化学成分  见表1-1表1-1CCrNiCoMoAlTiBFeZrMnSiPSCu不大于0.06～0.1218.0～20.0余10.0～12.09.00～10.501.40～1.803.00～3.500.003～0.0105.000.070.500.500.0150.0150.50注：航天用材可加入ω（Mg)<0.05%和ω(La)<0.035%。1.2 Alloy41热处理制度 见表1-2。表1-2品种热处理制度（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1.3 Alloy41品种规格与供应状态 可提供各种规格的圆饼、环坯、环形件、薄板、带材、棒材、锻件和精密铸件等。板材于固溶状态交货，棒材和锻件不经热处理交货。1.4 Alloy41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。1.5 Alloy41应用概况与特殊要求 该合金广泛用于制造航空、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，焊后再进行标准热处理。二、Alloy41物理及化学性能2.1 Alloy41热性能2.1.1 Alloy41熔化温度范围  1316～1371℃[2]。2.1.2 Alloy41热导率  见图2-1。表2-1[2]θ/℃100200300400500600700800900λ/(W/(m·℃))8.3710.4712.5615.0717.1719.5621.3523.4525.962.1.3 Alloy41线膨胀系数 见图2-2。表2-2[2]θ/℃20～10020～20020～30020～40020～50020～60020～70020～80020～900α1/10-6℃-110.5411.6912.2412.7813.0813.4814.2114.9715.912.2 Alloy41密度  ρ=8.27g/cm3。2.3 Alloy41电性能 δ2mm板材的室温电阻率见表2-3。表2-3[3]状态ρ/(10-6Ω.m)状态ρ/(10-6Ω.m)热轧1.311175℃,0.5h,空冷1.331065℃,4h,空冷1.251175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷1.341065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷1.272.4 Alloy41磁性能 见表2-4。表2-4[4]状态20℃下300Οe时的磁导率/(H/m)1065℃,4h,空冷+760℃,16h,空冷＜1.0021175℃,0.5h,空冷+900℃,4h,空冷＜1.0022.5 Alloy41化学性能2.5.1 Alloy41抗氧化性能 在空气介质中的氧化速率见表2-5。表2-5[9]表面状态θ/℃不同时间氧化速率/(g/(m2·h))表面状态θ/℃不同时间氧化速率/(g/(m2·h))25h50h75h100h200h25h50h75h100h200h磨光9000.2400.1500.1200.0950.066磨光11001.3600.8700.7500.6800.490磨光10000.6100.4100.3200.2600.182W-2涂层11000.4960.4940.4130.356---三、Alloy41力学性能3.1 Alloy41技术标准规定的性能3.1.1 Alloy41圆饼、环坯、环形件、大棒材标准规定的性能见表3-1。表3-1材料标准品种热处理制度拉伸性能HBS持久性能θ/℃σb/MPaσP0.2/MPaδ5/%φ/%θ/℃σ/MPat/hδ/%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≥283900172≥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)。3.1.2 Alloy41紧固件标准规定的性能见表3-2。表3-2材料标准品种热处理制度拉伸性能持久性能θ/℃σb/MPaσP0.2/MPaδ5/%φ/%θ/℃σ/MPat/hQ/6S 1033-1992紧固件冷拉后1080℃±10℃，快淬＋1120℃±10℃，30min，空冷＋900℃±10℃，4h，空冷20≥1070-≥8≥10730586≥30760≥870-≥8≥103.1.3 Alloy41d90mm棒材标准规定的性能见表3-3。表3-3热处理状态θ/℃拉伸性能HBS冲击韧性持久性能σb/MPaσP0.2/MPaδ5/%φ/%aKV/(kJ/m2)σ/MPat/min不小于1065～1080℃,4h,油冷或空冷＋760℃,16h,空冷20117588012123401478007356351520-588903.1.4 Alloy41板材、带材标准规定的性能见表3-4。表3-4热处理制度厚度/mmθ/℃拉伸性能HRCσb/MPaσP0.2/MPaδ5/%1080℃，保温不小于2.4min/mm,空冷0.4～2.920≤1170≤690≥30≤30≥2.9～4.020≤1240≤795≥30≤30固溶处理＋760℃，16h，空冷≤0.5020≥1105≥825≥6≥35760≥895≥760≥3->0.5020≥1170≥895≥10≥35760≥965≥760≥3-四、Alloy41组织结构4.1 Alloy41相变温度 合金热处理后，组织中析出相的相变温度范围见表4-1。表4-1[13]析出相γ′M6CM23C6MCμσ相变温度范围/℃<1052760～1149760～901/982796～1149870～980760～982/10384.2 Alloy41时间-温度-组织转变曲线4.2.1 Alloy41铸态试样经1180℃,6h,水冷淬火后，再在不同温度保湿1h，析出相数量和温度的关系见图4-2。4.2.2 Alloy41经1200℃,2h固溶处理后，再在760～1200℃时效2～96h,析出相数量和时效温度的关系见图4-2。4.2.3 Alloy41 5000h长期时效后，合金中析出相数量的变化见图4-3。4.3 Alloy41合金组织结构 合金在标准热处理状态的组织除γ基体外，还存在γ′、M6C、M23C6、MC，长期时效后有μ相析出。五、Alloy41工艺性能与要求5.1 Alloy41成形性能5.1.1 Alloy41钢锭锻造前应进行高温均匀化处理，锻造加热温度为1160～1180℃，终锻温度不低于1000℃。板坯轧制加热温度为1140～1160℃，终轧温度不低于1060℃。薄板轧制加热温度为1140～1160℃，终轧温度不低于800℃。5.1.2 Alloy41冷轧薄板固溶状态的反复弯曲和杯突性能见表5-1。表5-1[9]品种热处理制度反复弯曲次数杯突深度/mmδ1.5mm冷轧薄板1180℃，30min，空冷1210.11180℃，30min，空冷2012.45.1.3 Alloy41旋压性能 板材在保持细晶和较低的硬度时具有很好的可旋性。根据室温拉伸断面收缩率φ(%)算出极限减薄率φmax(%)=φ(%)/[0.17＋φ(%)]，各种形状极限减薄率φmax(%)见表5-2。表5-2[15]圆锥形件半球形件筒形件曲母线φmax/%403560355.1.4 Alloy41热塑性能5.1.4.1 Alloy41d22mm轧材热顶锻塑性见表5-3，塑性图见图5-1。表5-3[2]试验温度/℃900950970980100010501100115011701200ε极限max/%14.629.34343.875.381.878.27075.536ε裂纹min/%23.4445161.5>75.3>81.880.678.376415.1.4.2 Alloy41d22mm轧材的热模拟塑性试验结果见表5-4。5.1.4.3 Alloy41d90mm棒材经1065℃,4h,空冷＋760℃,16h,空冷热处理后进行高温拉伸试验，其高温拉伸塑性见表5-5。5.1.5 Alloy41合金再结晶图5.1.5.1 Alloy41加工再结晶图见图5-2。5.1.5.2 Alloy41固溶再结晶图见图5-3。表5-4[5]类型θ/℃900950975100010501100115011601200冷却曲线σ/MPa749404-227206156-102-φ/%19.923.655.467.483.181.1-53.1-加热曲线σ/MPa739688599484255229191-0φ/%34.949.668.382.791.786.462.9-0注：1 冷却曲线 以100℃/s加热到1160℃保温处理后，随炉冷却到规定温度再保温100s，以100m/s速度拉断。2 加热曲线 以100℃/s加热到规定温度保温100s，以100m/s速度拉断。表5-5[2]试验温度/℃95010001050110011501200高温拉伸塑性δ/%21.831.866.6102117108.25.2 Alloy41焊接性能5.2.1 Alloy41合金可熔焊、扩散焊、钎焊、摩擦焊。熔焊既可用电子束焊接，也可用氩弧焊焊接。熔焊缝在热处理时有产生应变时效裂纹倾向，为将这种倾向减到最小，应在焊接前固溶缓慢退火，即1080℃，随后以22℃/min冷却到650℃；另一办法是在焊接前进行过时效处理，即1080℃，30min，以1.7～4.4℃/min冷却到980，4h，以1.7～4.4℃/min冷却到870℃，4h,再以1.7～4.4℃/min冷却到760℃，16h,空冷[1,16～19]。焊后在消除焊接应力和恢复性能时，应快速加热通过时效硬化温度区间，这样可消除应变时效开裂倾向。使用细晶、低杂质含量母材，消除机械加工硬化，低的焊接线能量也可以降低应变时效开裂倾向5.3 Alloy41零件热处理工艺5.3.1 Alloy41在较低温度下工作，要求零件具有高的拉伸强度和疲劳性能时，推荐采用1080℃，空冷＋760℃，16h，空冷。5.3.2 Alloy41对在高温下工作，又要求材料具有高的热强性时，适宜的热处理规范为1180℃，空冷＋900℃，4h，空冷。5.3.3 Alloy41对要求焊接的环形件等零部件，推荐采用1120℃，30min，空冷＋900℃，4h，空冷。