GH4220高温合金螺栓热处理

ＧＨ４２２０ 合 金 是 我 国 仿 制 前 苏 联 的ХН５１ВМТЮКФРВД 镍 基 时 效 沉 淀 硬 化 型 高 温 合金 。 合金以 Ｎｉ 为基体， 添加约（ 质量分数， 下同）１１％ Ｃｒ、１５％ Ｃｏ、６％ Ｗ、６％ Ｍｏ、０． ５％ Ｖ 作为固溶强化元素，４． ５％ Ａｌ、２． ５％ Ｔｉ 作为时效强化元素， 同时加入Ｃ、Ｂ、Ｃｅ、Ｍｇ 作为微合金化元素。 Ｃｒ 是高温合金中的合金化元素，除了低膨胀高温合金外，几乎所有高温合金中都含有金属元素 Ｃｒ。 Ｃｒ 溶入 γ 固溶体，引起晶格畸变， 起到固溶强化作用， 提高 γ 固溶体的强度，此外 Ｃｒ 的另 一个十分重要的作用， 就是形成Ｃｒ ２ Ｏ ３ 氧化膜， 使高温合金具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能，且 Ｃｒ含量越高，抗氧化性越好；镍基合金中加入 Ｃｏ，引起固溶强化， 提高基体的强度， 同时使合金的蠕变速率降低，从而提高合金的高温力学性能。 另外，Ｃｏ 在高温合金中具有优异的抗热腐蚀性能和抗热疲劳性能，使合金的使用温度及高温性能得以进一步提高；Ｗ、Ｍｏ 也是高温合金中常用的固溶强化元素， 由于Ｗ、Ｍｏ 的原子半径大于 Ｎｉ， 添加 Ｗ、Ｍｏ 会引起晶格明显膨胀，形成较大的长程应力场， 阻止位错运动， 使合金屈服强度明显提高。 另外 Ｗ 加入高温合金后， 除了约有一半溶于 γ 固溶体引起固溶强化外， 另一半溶入了γ′强化相，起时效强化作用；Ｖ 的原子半径比 Ｎｉ 大，所以加入 Ｖ 后同样能提高基体的强度， 同时 Ｖ 具有细化合金晶粒的作用， 改善了合金的热加工工艺塑性。ＧＨ４２２０ 合金中加入高温合金中常用而价格又便宜的Ａｌ、Ｔｉ 作为时效强化元素， 形成 γ′强化相， 提高合金的强度；Ｃ、Ｂ、Ｃｅ、Ｍｇ 作为微合金化元素， 提高了晶界的结合力，起强化晶界的作用。 通过提高晶界的结合力，可提高合金在高温条件下的力学性能。

ＧＨ４２２０ 合金成分的优异，决定了合金具有较高的使用温度以及在高温条件下具备优异的力学性能。所以，该材料成为制造在 ９５０ ℃以下工作的航空发动机涡轮工作叶片、紧固件等零部件的优先选用材料。 以航空发动机用 ＧＨ４２２０ 合金螺栓为例，其技术要求为：９５０ ℃高温抗拉强度≥４９０ ＭＰａ； 应力持久性能保持 ４０ ｈ 不断（９４０ ℃ 加载 ２１５ ＭＰａ） ；室温抗拉强度≥１０００ ＭＰａ。

但是，在 ＧＨ４２２０ 合金螺栓的生产过程中， 因存在合金在冶炼过程中炉批次间的成分含量波动， 合金元素偏析，杂质元素的数量、种类、大小、形状不同， 以及合金热变形工艺等因素的不同， 导致螺栓按标准热处理制度进行热处理后，室温抗拉强度、高温抗拉强度和应力持久性能往往不能满足螺栓技术条件的要求。