ＧＨ４２２０ 合 金 是 我 國 仿 制 前 蘇 聯 的ХН５１ВМТЮКФРВД 鎳 基 時 效 沉 淀 硬 化 型 高 溫 合金 。 合金以 Ｎｉ 為基體， 添加約（ 質量分數， 下同）１１％ Ｃｒ、１５％ Ｃｏ、６％ Ｗ、６％ Ｍｏ、０． ５％ Ｖ 作為固溶強化元素，４． ５％ Ａｌ、２． ５％ Ｔｉ 作為時效強化元素， 同時加入Ｃ、Ｂ、Ｃｅ、Ｍｇ 作為微合金化元素。 Ｃｒ 是高溫合金中的合金化元素，除了低膨脹高溫合金外，幾乎所有高溫合金中都含有金屬元素 Ｃｒ。 Ｃｒ 溶入 γ 固溶體，引起晶格畸變， 起到固溶強化作用， 提高 γ 固溶體的強度，此外 Ｃｒ 的另 一個十分重要的作用， 就是形成Ｃｒ ２ Ｏ ３ 氧化膜， 使高溫合金具有良好的抗氧化和抗腐蝕性能，且 Ｃｒ含量越高，抗氧化性越好；鎳基合金中加入 Ｃｏ，引起固溶強化， 提高基體的強度， 同時使合金的蠕變速率降低，從而提高合金的高溫力學性能。 另外，Ｃｏ 在高溫合金中具有優異的抗熱腐蝕性能和抗熱疲勞性能，使合金的使用溫度及高溫性能得以進一步提高；Ｗ、Ｍｏ 也是高溫合金中常用的固溶強化元素， 由于Ｗ、Ｍｏ 的原子半徑大于 Ｎｉ， 添加 Ｗ、Ｍｏ 會引起晶格明顯膨脹，形成較大的長程應力場， 阻止位錯運動， 使合金屈服強度明顯提高。 另外 Ｗ 加入高溫合金后， 除了約有一半溶于 γ 固溶體引起固溶強化外， 另一半溶入了γ′強化相，起時效強化作用；Ｖ 的原子半徑比 Ｎｉ 大，所以加入 Ｖ 后同樣能提高基體的強度， 同時 Ｖ 具有細化合金晶粒的作用， 改善了合金的熱加工工藝塑性。ＧＨ４２２０ 合金中加入高溫合金中常用而價格又便宜的Ａｌ、Ｔｉ 作為時效強化元素， 形成 γ′強化相， 提高合金的強度；Ｃ、Ｂ、Ｃｅ、Ｍｇ 作為微合金化元素， 提高了晶界的結合力，起強化晶界的作用。 通過提高晶界的結合力，可提高合金在高溫條件下的力學性能。

ＧＨ４２２０ 合金成分的優異，決定了合金具有較高的使用溫度以及在高溫條件下具備優異的力學性能。所以，該材料成為制造在 ９５０ ℃以下工作的航空發動機渦輪工作葉片、緊固件等零部件的優先選用材料。 以航空發動機用 ＧＨ４２２０ 合金螺栓為例，其技術要求為：９５０ ℃高溫抗拉強度≥４９０ ＭＰａ； 應力持久性能保持 ４０ ｈ 不斷（９４０ ℃ 加載 ２１５ ＭＰａ） ；室溫抗拉強度≥１０００ ＭＰａ。

但是，在 ＧＨ４２２０ 合金螺栓的生產過程中， 因存在合金在冶煉過程中爐批次間的成分含量波動， 合金元素偏析，雜質元素的數量、種類、大小、形狀不同， 以及合金熱變形工藝等因素的不同， 導致螺栓按標準熱處理制度進行熱處理后，室溫抗拉強度、高溫抗拉強度和應力持久性能往往不能滿足螺栓技術條件的要求。

對 ＧＨ４２２０ 高溫合金的組織演變至關重要的熱處理工藝被研究者廣泛關注， 相比于標準熱處理制度后獲得的平直晶界形態， 研究者發現可以通過熱處

理獲得 ＧＨ４２２０ 合金的彎曲晶界， 并且對合金的性能有較大的改善作用。 本文以 ＧＨ４２２０ 合金螺栓為研究對象，在保持 ＧＨ４２２０ 合金的標準熱處理制度即固溶和時效的溫度、時間參數不變的情況下，在生產實際中，反復摸索，通過調整 １２２０ ℃固溶處理冷卻階段的冷方式， 將 標準熱 處理制 度 的 空 冷 改 為 緩 慢 冷 卻（２４ ｍｉｎ冷卻至 １１００ ℃ 保溫 １ ｍｉｎ，之后空冷） ，將晶界形態由平直晶界變為彎曲晶界， 從而提高 ＧＨ４２２０ 合金螺栓的力學性能。

試驗材料

本次試驗原材料按照 ＧＪＢ １９５３Ａ—２００８《航空發動機轉動件用高溫合金熱軋棒材規范》 執行， ＧＨ４２２０合金化學成分見表 １。

GH4220是Ni-Co-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度900℃～950℃。合金中加入較多的鋁、鈦元素形成y ‘沉淀強化相，w(y)可達到40%以上。同時加入鉆、鉻、鎢和鉬元素進行固溶強化，并加入微量缽、硼和鎂元素進行晶界強化。合金具有較高的高溫強度和高溫塑性，綜合性能良好。適于制造工作溫度在900℃～950℃的燃氣渦輪工作葉片。主要產品有轉動部件用熱軋棒材、模鍛渦輪葉片。

合金用于制作航空發動機的1級渦輪工作葉片，批產和使用情況良好。

合金通過特殊的彎晶熱處理工藝，達到控制晶界上第二相的析出種類及其形態，使之形成彎曲的晶界。使晶界與晶內強度匹配性好，降低了晶界脆性，從而顯著地提高合金的高溫塑性和持久強度

材料牌號

GH4220(GH220)。

相近牌號

31220BⅡ、XH51BMTIOKP-BⅡ(俄)。

材料技術標準

熔煉工藝

采用真空感應爐+真空電弧重熔、或真空感應爐+電渣重熔熔煉工藝。

化學成分

熔化溫度范圍

1330℃～1360℃[8]。

密度

2.8p=8.36g/cm

磁性能

合金無磁性。