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镍基合金GH4145化学成分物理性能

发布时间： 2022-11-09　　点击次数： 374次

采用光滑缺口组合试样 , 进行高温持久强度试验 , 考核持久强度和缺口敏感性两个指标 , 并采用了变载的方法 , 既节约了能源 , 又缩短了试验周期。对二百多根试样的持久寿命做了统计分析 , 论证了它们的对数服从正态分布。

GH4145/SQ合金大量用于制造引进型汽轮机的高温螺栓、密封环、汽封弹簧片等零件。STC于1983年11月向上钢五厂提出共同研制引进30万千瓦汽轮机螺栓钢 GH4145,并于1984年9月正式投入了棒材的试制工作，经过3年的努力，取代了 R26 合金螺栓材料。按GH4145订货技术规范，要求每炉材料都要进行短时持久强度试验。如果按正常的试验方法，每根试样一般需要 1000-10000小时，现在采用光滑一缺口组合试样，并改变了以往常规持久试验强度预测概念，采用570C温度、604MPa应力条件，寿命大于108小时后，每隔12小时增加应力 34.3MPa,第七次加荷至试验机的最大承受力29400N,直至试样断裂。迄今为止，我们已做了三百多根试样的快速持久试验，并对其中任取的二百多根试样的寿命的分布规律进行统计分析。绘图后，发现它们的断裂时表间一般是有差别的，但这种离散具有一定规律性,并服从对数正态分布，本文就上述工作进行分析研究与探讨。

2材料概况

GH4145合金是以铝钛鸵强化的棵基合金，在INCNELX-750基础上进行改进，添加了微量元素而研制成的。该合金提高了持久塑性，降低了缺口敏感性，具有较高的高温性能、高抗应力松弛性、抗应力腐蚀性、低热膨胀系数等优点，从而取代了引进的大型火电机组中作为螺栓材料使用的R26合金，用于300MW汽轮机高温紧固件;而且,在提高汽轮机高温紧固件工作可靠性、节省战略资源钻、节约外汇以及降低生产成本方面都比 R26合金略胜。

GH4145简介：

GH4145合金主要是以γ"[Ni3(Al、Ti、Nb)]相进行时效强化的镍基高温合金，在980℃以下具有良好的耐腐蚀和耐氧化性能，800℃以下具有高的强度，540℃以下具有好的耐松弛性能，同时还具有良好的成形性能和焊接性能。该合金主要用于制造发动机在800℃以下工作并要求强度高的耐松弛的平面弹簧和螺旋弹簧。还可用于制造气轮机涡轮叶片等零件。

材料牌号

GH4145（GH145）

材料牌号

Inconel X-750(美国）,NiCr15Fe7TiAl(德国),NC15FeTNbA(法国),NCF750（日本）

GH4145化学成分：

金相组织结构:

合金标准热处理状态的组织由γ基体、Ti(C、N)、Nb(C、N)、M23C6碳化物和γ'[Ni3(Al、Ti、Nb)]相组成，γ'含量大约为14.5%，是合金的主要强化相。

工艺性能与要求

1.合金的锻造温度在1220～950℃之间均易成形。该合金在剧烈成形工序后就进行固溶处理。

2.该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。

3.合金具有好的焊接性能，可进行各种焊接。焊接后进行时效处理可获得近似热处理状态的强度。

4.零件热处理就在无硫的中性或还原性气氛中进行，以免发生硫化。

热处理制度

板、带、管材供应状态的固溶热处理制度980℃±15℃，空冷。材料及零件的中间热处理制度，可分别选择下列工艺进行热处理。

退火：955～1010℃，水冷。

焊接件焊接前退火：980℃，1h。

焊接件消除应力退火：900℃,保湿2h。

消除应力退火：885℃±15℃，24h,空冷。

合采用电弧炉加真空自耗重熔、真空感应加电渣、电渣加真空自耗重熔或真空感应加真空自耗重熔。

应用概况与特殊要求

该合金主要用于制造发动机工作温度在540℃以下的耐腐蚀的平面波形弹簧、周向螺旋弹簧、螺旋压簧、弹簧卡圈和密封圈等零件。

2. 技术条件

(1) 化学成份(表1)

（2）冶炼方法:真空感应+电渣

（3）热处理规范：11001140C

10C2A 空冷 + 845 ± 10C24/1 詩 705 10C20A空冷

⑷金相组织：奧氏体基体"相（Ni3Al 和Ni3Ti）以及MC和M23G型碳化物。

（5）持久强度（表2）

3试验条件的确定

1.试验机:RL - 3/4型持久试验机或 RD2-3型蠕变持久试验机。

2.试样：采用光滑缺口组合试样，考核其缺口敏感性和持久性能，并且节约试材。

试验方法：试验在规定应力604MPa 和规定温度570X：下持续108小时后，每隔 12小时增加应力34.3MPa,采用直径为 6.45mm的3.试样时，

△P =NS = 34.3 7t/4 （6.45）2 ell21N

考虑试验机最大载荷为29400N,故第七次加荷至29400N直到试样断裂。

试验周期：108小时（4.5天）+变载加荷（4天）=8.5天可做完一根试样。

4持久强度参考值

5等温变载下持久强度断裂时间的分布规律

GH4145合金持久试验的原材料，采用相同的热处理规范,试样尺寸相同，均采用光滑-缺口持久试样，温度控制：波动W±3C, 梯度＜3X2,负荷精度＜ 1%，在570C、 604MPa试验条件下，任取205个变载持久寿命（以下简称持久寿命）数据。

趣茹自又哄态母体, 験判假醐可靠度。

1.正态概率纸检验

对205个持久寿命数据减去180小时（因每根试样寿命均大于180小时）后逐一取对数，并按数值大小适当分组。表4中各列分别是它们的数组（X）、区间（T）与落在各区间范围内的频数（N）、累计频数（M）、累计频率（P）。图1为频数波形图。考虑到试验机试验时外界条件的影响和材质处理等诸方面的因素，删除前面2个数组的数据，得到表5 和图2;并以表5数据中区间（T1）的下限值为横座标，以累计频率（P1）为纵座标，在正态概率纸上描点,得到图3。用概率纸检验, 如果呈直线则不拒绝原假设，由图3可见，不能否定对数母体的正态性假设。

2.X2-检验

如果假设H。：持久寿命的对数服从正态分布。根据皮尔逊定理：当子样数足够大时，不管母体是什么分布，统计量D = 弋=(N* - nPkY/nPk 一定服从X2(m - 1) 分布(其中"，：子样分组数；N*落在第K组的子样数;R：子样落在第K组内的概率。K =l,2,3,4,--)o根据X2分布，在给定显著水平a下，有相应的临界值，而当D < Da 时，假设成立；当Dn>Da时，可以拒绝原假设H。。经计算：D" = 8.1046,取显著水平 a = 0.1,Db = 10.6o显然，有 D < Da,因此，不能拒绝原假设H。。持久寿命的对数服从正态分布。