GH4742鋼錠GH4742合金GH4742成分GH4742性能

隨著燃?xì)廨啓C(jī)功率不斷增加,其核心部件高溫合金渦輪盤(pán)的尺寸也隨之增大"2，國(guó)內(nèi)某型號(hào)艦艇用燃?xì)廨啓C(jī)Ⅰ級(jí)動(dòng)力渦輪盤(pán)尺寸達(dá)到800mm，選用材料為GH4742合金。為了滿(mǎn)足GH4742合金大型渦輪盤(pán)研制生產(chǎn)的需要，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了大尺寸鑄錠的冶煉，生產(chǎn)了直徑為p508mm的自耗錠。GH4742合金是一種高合金化高溫合金,其中w(Al) 、w(Ti)和w((Nb)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)了7.5%，微區(qū)成分偏析嚴(yán)重,相組成復(fù)雜，鑄錠的熱加工性能差。受設(shè)備條件的限制,國(guó)內(nèi)只能在快鍛機(jī)上自由鍛開(kāi)坯。為了使CH4742合金大錠型順利開(kāi)坯，獲得組織及性能合格的棒材,必須對(duì)鑄錠進(jìn)行均勻化處理。本文作者對(duì)合金大錠型的顯微組織及均勾化處理制度進(jìn)行了研究，以確定合適的均勻化工藝。

試驗(yàn)用料采用真空感應(yīng)爐熔煉＋真空自耗爐重熔雙聯(lián)工藝冶煉，鋼錠直徑為本508mm，取自鋼錠錠冠處，其主要元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù),%）為:

C0. 056、

C 14.04、

Ti 2.53、

Al 2.58、

Nb 2.56、

Mo 5. 0、

Co9.93、

s<0. 001、

P<0.005、

La <0.005、

B 0.003、

Ni余。

均勾化工藝試驗(yàn)選用1120℃、1135℃、1150℃和1180℃，保溫時(shí)間選用8h、16h、32h 和48h。用金相法、掃描電鏡和能譜分析法研究鑄錠均勾化前后的顯微組織以及元素偏析改善情況，采用拉伸試驗(yàn)獲得鑄錠均勾化前后塑性值，來(lái)評(píng)定均勻化處理的效果。

圖1為GH4742合金$508mm自耗錠的組織，從圖中可見(jiàn),鑄態(tài)組織為柱狀樹(shù)枝晶（圖1a)，金相法測(cè)量枝晶的平均間距約為 80 ~ 100um。枝晶于和枝晶間有大量y相析出,并存在著不均勾分布的大y'相(圖1c)、Y'Iy共晶組織(圖1d)、少量锏化物（圖1e)以及骨架狀碳化物(圖1f)。y'相是在凝固過(guò)程中析出，屬于一次y相,大y'相的不均勻分布對(duì)合金后續(xù)的熱加工及組織、性能的影響很大。鑄錠中碳化物數(shù)量多，尺寸大，呈骨架狀分布在枝晶間，能譜分析碳化物為( Nb、Ti)C。碳化物的在變形過(guò)程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，并成為裂紋源。

用能譜測(cè)定了選定的枝干和枝晶間主元素的含量，取樣位置見(jiàn)圖16，結(jié)果見(jiàn)表1。可見(jiàn)鑄錠中Al、Ti、Nb、Mo元素分布非常不均勻，偏析嚴(yán)重，尤其是 Nb元素，最高與低濃度比高達(dá)4.5。

合金在1150℃以上均勻化處理易出現(xiàn)致命缺陷,而在1135℃以下均勻化，元素偏析依然嚴(yán)重,大'相不能*溶入基體，達(dá)不到均勻化的目的。因此一段式均勻化制度不適用于GH4742合金大錠型，借鑒GH4169合金均勻化制度，采用了兩段式均勻化處理制度，具體為:1135℃ x48h +1170℃ x 8h。圖4為經(jīng)過(guò)兩段式均勻化處理后GH4742合金的組織。從圖中可以看出,大y'相*溶入基體中，碳化物球化且數(shù)量明顯減少，晶界完整。能譜分析，合金中元素偏析基本消除（見(jiàn)表2)。

GH4742合金均勻化處理前后的高溫拉伸性能如圖5所示,均勻化處理使得CH4742合金組織均勻，塑性提高，擴(kuò)大了熱加工窗口，獲得了滿(mǎn)意的效果。鋼廠在GH4742合金大尺寸錠型開(kāi)坯前均使用了兩段式均勻化制度，在快鍛機(jī)上成功實(shí)現(xiàn)開(kāi)坯,棒材組織性能均滿(mǎn)足指標(biāo)要求。

(1) CH4742合金大錠型的鑄態(tài)組織中，枝晶偏析嚴(yán)重，一次大'相不均勻分布，并存在著共晶組織、骨架狀碳化物、塊狀锏化物。

(2)采用新的熔煉設(shè)備和工藝，能夠減輕大錠型的偏析傾向,減小枝晶間距,為后續(xù)的均勻化處理、鍛造開(kāi)坯奠定基礎(chǔ)。

(3）采用一段式均勻化處理工藝，溫度高于1150℃，易出現(xiàn)使鑄錠無(wú)法鍛造的缺陷;溫度低于1135℃，均勻化效果不明顯。

(4)兩段式均勻化處理制度:1135℃ x 48h +1170℃x8h，可以消除枝晶偏析，使組織均勾，提高了鑄錠的熱塑性，擴(kuò)大了熱加工窗口。