ＧＨ４２２０ 合 金 是 我 國 仿 制 前 蘇 聯(lián) 的ХН５１ВМТЮКФРВД 鎳 基 時 效 沉 淀 硬 化 型 高 溫 合金 。 合金以 Ｎｉ 為基體， 添加約（ 質(zhì)量分數(shù)， 下同）１１％ Ｃｒ、１５％ Ｃｏ、６％ Ｗ、６％ Ｍｏ、０． ５％ Ｖ 作為固溶強化元素，４． ５％ Ａｌ、２． ５％ Ｔｉ 作為時效強化元素， 同時加入Ｃ、Ｂ、Ｃｅ、Ｍｇ 作為微合金化元素。 Ｃｒ 是高溫合金中的合金化元素，除了低膨脹高溫合金外，幾乎所有高溫合金中都含有金屬元素 Ｃｒ。 Ｃｒ 溶入 γ 固溶體，引起晶格畸變， 起到固溶強化作用， 提高 γ 固溶體的強度，此外 Ｃｒ 的另 一個十分重要的作用， 就是形成Ｃｒ ２ Ｏ ３ 氧化膜， 使高溫合金具有良好的抗氧化和抗腐蝕性能，且 Ｃｒ含量越高，抗氧化性越好；鎳基合金中加入 Ｃｏ，引起固溶強化， 提高基體的強度， 同時使合金的蠕變速率降低，從而提高合金的高溫力學性能。 另外，Ｃｏ 在高溫合金中具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能和抗熱疲勞性能，使合金的使用溫度及高溫性能得以進一步提高；Ｗ、Ｍｏ 也是高溫合金中常用的固溶強化元素， 由于Ｗ、Ｍｏ 的原子半徑大于 Ｎｉ， 添加 Ｗ、Ｍｏ 會引起晶格明顯膨脹，形成較大的長程應力場， 阻止位錯運動， 使合金屈服強度明顯提高。 另外 Ｗ 加入高溫合金后， 除了約有一半溶于 γ 固溶體引起固溶強化外， 另一半溶入了γ′強化相，起時效強化作用；Ｖ 的原子半徑比 Ｎｉ 大，所以加入 Ｖ 后同樣能提高基體的強度， 同時 Ｖ 具有細化合金晶粒的作用， 改善了合金的熱加工工藝塑性。ＧＨ４２２０ 合金中加入高溫合金中常用而價格又便宜的Ａｌ、Ｔｉ 作為時效強化元素， 形成 γ′強化相， 提高合金的強度；Ｃ、Ｂ、Ｃｅ、Ｍｇ 作為微合金化元素， 提高了晶界的結(jié)合力，起強化晶界的作用。 通過提高晶界的結(jié)合力，可提高合金在高溫條件下的力學性能。

ＧＨ４２２０ 合金成分的優(yōu)異，決定了合金具有較高的使用溫度以及在高溫條件下具備優(yōu)異的力學性能。所以，該材料成為制造在 ９５０ ℃以下工作的航空發(fā)動機渦輪工作葉片、緊固件等零部件的優(yōu)先選用材料。 以航空發(fā)動機用 ＧＨ４２２０ 合金螺栓為例，其技術要求為：９５０ ℃高溫抗拉強度≥４９０ ＭＰａ； 應力持久性能保持 ４０ ｈ 不斷（９４０ ℃ 加載 ２１５ ＭＰａ） ；室溫抗拉強度≥１０００ ＭＰａ。

但是，在 ＧＨ４２２０ 合金螺栓的生產(chǎn)過程中， 因存在合金在冶煉過程中爐批次間的成分含量波動， 合金元素偏析，雜質(zhì)元素的數(shù)量、種類、大小、形狀不同， 以及合金熱變形工藝等因素的不同， 導致螺栓按標準熱處理制度進行熱處理后，室溫抗拉強度、高溫抗拉強度和應力持久性能往往不能滿足螺栓技術條件的要求。

對 ＧＨ４２２０ 高溫合金的組織演變至關重要的熱處理工藝被研究者廣泛關注， 相比于標準熱處理制度后獲得的平直晶界形態(tài)， 研究者發(fā)現(xiàn)可以通過熱處

理獲得 ＧＨ４２２０ 合金的彎曲晶界， 并且對合金的性能有較大的改善作用。 本文以 ＧＨ４２２０ 合金螺栓為研究對象，在保持 ＧＨ４２２０ 合金的標準熱處理制度即固溶和時效的溫度、時間參數(shù)不變的情況下，在生產(chǎn)實際中，反復摸索，通過調(diào)整 １２２０ ℃固溶處理冷卻階段的冷方式， 將 標準熱 處理制 度 的 空 冷 改 為 緩 慢 冷 卻（２４ ｍｉｎ冷卻至 １１００ ℃ 保溫 １ ｍｉｎ，之后空冷） ，將晶界形態(tài)由平直晶界變?yōu)閺澢Ы纾?從而提高 ＧＨ４２２０ 合金螺栓的力學性能。

試驗材料

本次試驗原材料按照 ＧＪＢ １９５３Ａ—２００８《航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動件用高溫合金熱軋棒材規(guī)范》 執(zhí)行， ＧＨ４２２０合金化學成分見表 １。

GH4220是Ni-Co-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度900℃～950℃。合金中加入較多的鋁、鈦元素形成y ‘沉淀強化相，w(y)可達到40%以上。同時加入鉆、鉻、鎢和鉬元素進行固溶強化，并加入微量缽、硼和鎂元素進行晶界強化。合金具有較高的高溫強度和高溫塑性，綜合性能良好。適于制造工作溫度在900℃～950℃的燃氣渦輪工作葉片。主要產(chǎn)品有轉(zhuǎn)動部件用熱軋棒材、模鍛渦輪葉片。

合金用于制作航空發(fā)動機的1級渦輪工作葉片，批產(chǎn)和使用情況良好。

合金通過特殊的彎晶熱處理工藝，達到控制晶界上第二相的析出種類及其形態(tài)，使之形成彎曲的晶界。使晶界與晶內(nèi)強度匹配性好，降低了晶界脆性，從而顯著地提高合金的高溫塑性和持久強度

材料牌號

GH4220(GH220)。

相近牌號

31220BⅡ、XH51BMTIOKP-BⅡ(俄)。

材料技術標準

熔煉工藝

采用真空感應爐+真空電弧重熔、或真空感應爐+電渣重熔熔煉工藝。

化學成分

熔化溫度范圍

1330℃～1360℃[8]。

密度

2.8p=8.36g/cm

磁性能

合金無磁性。