GH4099合金軋制棒材高溫持久性能分析

GH4099合金是一種時效強化型高溫合金。它是以Ni、Cr為基，以W、Mo、Co進行固溶強化,以A1、Ti進行時效強化，以B、Ce進行晶間強化,是一種高熱強性的彌散強化材料。合金具有復雜的相組成，除基體Y相外，主要有Y'、Ti (CN)型氮化物和長期時效后出現的o相和u相。該合金主要用航空發動機燃燒室擴散器等高溫強度的承力件，使用溫度可達1000℃左右。

試驗方法及結果

2008年前的GH4099合金棒材的高溫持久性能合格率很低，主要表現為持久壽命偏低，因此，對08年批次的合金成分進行了調整，主要提高了合金中c、w、Mo、Co、Al元素的含量，加入了晶界強化元素Mg，對比是否調整后對持久壽命有利，調整后合金成分的配入量見表1。

通過對GH4099合金成分的調整，GH4099棒材成品的瞬時強度提高了，塑性略有下降，持久壽命也提高了。調整前后各3爐GH4099合金的成分對比見表2，力學性能和持久壽命對比見表3。

從表2可以看出，調整后GH4099合金的w由5.70%左右提高到了5.95士0.03%，Mo由3.75土0.05%提高到了4.00%左右,Co由6.5%提高到了7.0士0.05%，Mg 也由0.003%提高到了0.01%。

分析討論

試驗主要提高了固溶強化元素W、Mo、Co,時效強化元素A1、以及晶界強化元素Mg的配入,并獲得比較理想的持久壽命，下面逐一進行分析。

在高溫合金中，合金元素的固溶強化作用首先是與溶質和溶劑原子尺寸因素差別相關聯，此外兩種原子的電子因素和化學因素差別也很重要，而這些因素也是決定合金元素在基體中的溶解度因素。

溶解度小的合金元素較之溶解度大的合金元素，會產生更強烈的固溶強化作用，但其溶解度小卻又限制其加入量。而溶解度的的元素卻又因加入量大而獲得更好的強化效果["。各種合金的溶解度是不同的(如圖1所示)，同時固溶強化能力卻是相反的。

由圖1可知，Cr、Mo、W都是GH4099合金中強固溶強化元素。其強化作用隨溫度升高而下降，GH4099合金在900℃檢測持久能力，在如此其意義是Co元素可降低v‘相的溶解度以增加x’相的數量，已達到提高持久壽命的目的。聯系表1、表2和表3,說明課題組采用提高強固溶元素W、Mo、Co的方法是正確的。

1) GH4099合金在Al、 Ti含量配入不變的情況下，通過提高W、Mo、Co合金含量，對提高合金強度有利。

2) GH4099合金Mg元素控制在適當范圍對提高合金持久性能有利。