GH4220合金在航空发动机中的应用

GH4220概述
GH4220是一种时效硬化型合金，以镍-铬-钴为基体，通过合理添加铝、钛等元素以析出大量金属间化合物(Y"相量达到40%以上)进行沉淀强化，同时加入多量钨、钼元素固溶强化，并控制微量碳、硼、镁元素来强化晶界，从而获得综合强化效果。该合金是一种高合金化、高性能的难变形合金，主要生产的产品是棒材，适合于制造950°C以下工作的航空发动机涡轮工作叶片等转动部件。
材料牌号：GH4220（GH220）。
相近牌号：9T220BI，XH51BMTIOKφP-BI（俄罗斯）。
材料的技术标准： GJB 1953-1994 《航空发动机转动件用高温合金热轧棒材规范》 HB 5284—1984 《航空用GH220合金热轧棒材技术条件》
 
 化学成分：

元素	C	Cr	Ni	Co	W	Mo	Al	Ti	V	Fe	B
含量	≤0.08	9.0~12.0	余	14.0~15.5	5.00~6.50	5.00~7.00	3.90~4.80	2.20~2.90	0.25~0.80	3.00	0.02

 

元素

Ce

Mg

Mn

Si

P

S

Cu

Pb

As

Sn

Sb

Bi

含量

0.02

0.010

0.50

0.35

0.015

不大于

0.07

不大于

0.0025

0.0012

0.0025

0.0001

热处理制度：1220°C±10°C，4小时，空冷 + 1050°C±10°C，4小时，空冷 + 950°C±10°C，2小时，空冷。
 品种规格与供应状态：供应d<55mm的热轧棒材。棒材不经热处理交货，但应全面磨光或车光。
 熔炼与铸造工艺：合金采用真空感应加真空电弧重熔工艺或真空感应加电渣重熔工艺熔炼。
 应用概况与特殊要求：该合金制作的涡轮工作叶片在涡轮喷气发动机上经过了使用考验，已投入生产使用。
物理及化学性能 热性能
熔化温度范围：1330～1360°C。
 密度：p=8.36g/cm³。
 电性能
磁性能：合金无磁性。
 
 力学性能 技术标准规定的性能：棒材技术标准规定的性能见表

θ/°C	950
抗拉强度 os/MPa	≥490
屈服强度 8s/%	≥8.0
断后伸长率 ψ/%	≥11.0
硬度 HBS	285～341
持久强度 a/MPa	215
时间 t/h	≥40

 组织结构 4.1 相变温度：Y相全熔温度1140～1170°C，析出温度约1110°C。M₆C相全熔温度1160～1170°C，析出温度约1160°C。M₃B₂相全熔温度约1220°C以上。
 时间-温度-组织转变曲线
 合金组织结构：合金经标准热处理后的主要强化相为Y相，约占合金重量的40%～45%，主要碳化物相为M₆C相，还有少量的M₃B₂、MC和M₂Cs相。
工艺性能与要求
 成形性能 5.1.1 热加工工艺：钢锭采用包套直接轧制成棒材，加热温度1160～1180°C，最后一火终轧温度大于1020°C，最后一火轧制道次控制在2～4道。叶片模锻加热温度控制在1120～1140°C，模锻工序应在10秒内完成。每火变形量以30%～40%为宜。当模锻坯料在空气炉中加热及热处理时，机加工余量每面不得小于1.5mm。
 零件热处理工艺：该合金零件热处理不采用棒材的标准热处理制度，而是采用弯曲晶界热处理制度。目前国内研究的弯曲晶界热处理工艺主要有3种： (1) 等温弯晶热处理：1220°C，4小时，空冷至1070°C±30°C转入1070°C炉中，2.5小时，空冷 + 950°C，2小时，空冷。 (2) 缓冷弯晶热处理：1220°C，4小时，以3～7°C/min冷却至1100°C，空冷 + 1050°C，4小时，空冷 + 950°C，2小时，空冷。 (3) 回熔弯晶热处理：1220°C，4小时，随炉冷却至1050°C，4小时，空冷 + 1125°C，4小时，空冷 + 950°C，2小时，空冷。