鎳基合金GH4145化學成分物理效能
採用
光
滑缺
口
組合試樣
，
進行 高溫持久 強 度試驗
，
考核持久 強 度和缺 口 敏感性 兩個指 標
，
並採用 了變載 的方 法
，
既 節約 了 能源
，
又 縮短 了試 驗周 期 。 對二 百 多根試 樣 的 持 久壽命做 了統計 分析
，
論證 了 它們 的 對數服從正 態分佈 。
GH4145/SQ
合金大量用於製造引進型 汽輪機的高溫螺栓、密封環、汽封彈簧片等零 件。
STC
於
1983
年
11
月向上鋼五廠提出共 同研製引進
30
萬千瓦汽輪機螺栓鋼
GH4145，
並於
1984
年
9
月正式投入了棒材 的試製工作，經過
3
年的努力，取代了
R26
合金螺栓材料。按
GH4145
訂貨技術規範， 要求每爐材料都要進行短時持久強度試驗。 如果按正常的試驗方法，每根試樣一般需要
1000-10000
小時，現在採用光滑一缺口組 合試樣，並改變了以往常規持久試驗強度預 測概念，採用
570C
溫度、
604MPa
應力條件， 壽命大於
108
小時後，每隔
12
小時增加應力
34。3MPa，
第七次加荷至試驗機的最大承受 力
29400N，
直至試樣斷裂。迄今為止，我們 已做了三百多根試樣的快速持久試驗，並對 其中任取的二百多根試樣的壽命的分佈規律 進行統計分析。繪圖後，發現它們的斷裂時 表 間一般是有差別的，但這種離散具有一定規 律性
，
並服從對數正態分佈，本文就上述工作 進行分析研究與探討。
2
材料概況
GH4145
合金是以鋁鈦鴕強化的棵基合 金，在
INCNELX-750
基礎上進行改進，添 加了微量元素而研製成的。該合金提高了持 久塑性，降低了缺口敏感性，具有較高的高溫 效能、高抗應力鬆弛性、抗應力腐蝕性、低熱 膨脹係數等優點，從而取代了引進的大型火 電機組中作為螺栓材料使用的
R26
合金，用 於
300MW
汽輪機高溫緊韌體
；
而且
，
在提高 汽輪機高溫緊韌體工作可靠性、節省戰略資 源鑽、節約外匯以及降低生產成本方面都比
R26
合金略勝一籌。
GH4145
簡介：
GH4145合金主要是以γ“［Ni3（Al、Ti、Nb）］相進行時效強化的鎳基高溫合金，在980℃以下具有良好的耐腐蝕和耐氧化效能，800℃以下具有高的強度，540℃以下具有好的耐鬆弛效能，同時還具有良好的成形效能和焊接效能。該合金主要用於製造發動機在800℃以下工作並要求強度高的耐鬆弛的平面彈簧和螺旋彈簧。還可用於製造氣輪機渦輪葉片等零件。
材料牌號
GH4145（GH145）
相近牌號
Inconel X-750（美國），NiCr15Fe7TiAl（德國），NC15FeTNbA（法國），NCF750（日本）
GH4145
化學成分
：
金相組織結構
：
合金標準熱處理狀態的組織由γ基體、Ti（C、N）、Nb（C、N）、M23C6碳化物和γ‘［Ni3（Al、Ti、Nb）］相組成，γ’含量大約為14。5%，是合金的主要強化相。
工藝效能與要求
1。合金的鍛造溫度在1220～950℃之間均易成形。該合金在劇烈成形工序後就進行固溶處理。
2。該合金的晶粒度平均尺寸與鍛件的變形程度、終鍛溫度密切相關。
3。合金具有好的焊接效能，可進行各種焊接。焊接後進行時效處理可獲得近似完全熱處理狀態的強度。
4。零件熱處理就在無硫的中性或還原性氣氛中進行，以免發生硫化。
熱處理制度
板、帶、管材供應狀態的固溶熱處理制度980℃±15℃，空冷。材料及零件的中間熱處理制度，可分別選擇下列工藝進行熱處理。
退火：955～1010℃，水冷。
焊接件焊接前退火：980℃，1h。
焊接件消除應力退火：900℃，保溼2h。
消除應力退火：885℃±15℃，24h，空冷。
合金採用電弧爐加真空自耗重熔、真空感應加電渣、電渣加真空自耗重熔或真空感應加真空自耗重熔。
應用概況與特殊要求
該合金主要用於製造發動機工作溫度在540℃以下的耐腐蝕的平面波形彈簧、周向螺旋彈簧、螺旋壓簧、彈簧卡圈和密封圈等零件。
2。
技術條件
（1）
化學成份
（
表
1）
（
2
）
冶煉方法
：
真空感應
+
電渣
（
3
）
熱處理規範：
1100
1140C
10C2A
空冷
+ 845
±
10C24/1
詩
705 10C20A
空冷
⑷金相組織：奧氏體基體
”
相（
Ni3Al
和
Ni3Ti
）以及
MC
和
M23G
型碳化物。
（5）
持久強度（表
2
）
3
試驗條件的確定
1。
試驗機
：RL - 3/4
型持久試驗機或
RD2-3
型蠕變持久試驗機。
2。
試樣：採用光滑缺口組合試樣，考核 其缺口敏感性和永續性能，並且節約試材。
試驗方法：試驗在規定應力
604MPa
和規定溫度
570X
：下持續
108
小時後，每隔
12
小時增加應力
34。3MPa，
採用直徑為
6。45mm
的
3。
試樣時，
△
P =NS = 34。3
7t/4
（
6。45
）
2 ell21N
考慮試驗機最大載荷為
29400N，
故第七 次加荷至
29400N
直到試樣斷裂。
試驗週期：
108
小時（
4。5
天）
+
變載 加荷（
4
天）
=8。5
天可做完一根試樣。
4
持久強度參考值
5
等溫變載下持久強度斷裂時 間的分佈規律
GH4145
合金持久試驗的原材料，採用 相同的熱處理規範
，
試樣尺寸相同，均採用光 滑
-
缺口持久試樣，溫度控制：波動
W
±
3C，
梯度＜
3X2，
負荷精度＜
1%
，在
570C
、
604MPa
試驗條件下，任取
205
個變載持久 壽命（以下簡稱持久壽命）資料。
趣茹自又哄態母體
，
験
判假醐可靠度。
1。
正態機率紙檢驗
對
205
個持久壽命資料減去
180
小時 （因每根試樣壽命均大於
180
小時）後逐一取 對數，並按數值大小適當分組。表
4
中各列 分別是它們的陣列（
X
）、區間（
T
）與落在各區 間範圍內的頻數（
N
）、累計頻數（
M
）、累計頻 率（
P
）。圖
1
為頻數波形圖。考慮到試驗機 試驗時外界條件的影響和材質處理等諸方面 的因素，刪除前面
2
個數組的資料，得到表
5
和圖
2；
並以表
5
資料中區間（
T1
）的下限值 為橫座標，以累計頻率（
P1
）為縱座標，在正 態機率紙上描點
，
得到圖
3
。用機率紙檢驗
，
如果呈直線則不拒絕原假設，由圖
3
可見，不 能否定對數母體的正態性假設。
2。X2-
檢驗
如果假設
H
。：持久壽命的對數服從正態 分佈。根據皮爾遜定理：當子樣數
足夠大 時，不管母體是什麼分佈，統計量
D
=
弋
=（N* - nPkY/nPk
一定服從
X2（m - 1）
分佈
（
其中”，：子樣分組數；
N*
落在第
K
組 的子樣數
；R
：子樣落在第
K
組內的機率。
K =l，2，3，4，——）o
根據
X2
分佈，在給定顯著 水平
a
下，有相應的臨界值，而當
D
< Da
時，假設成立；當
Dn>Da
時，可以拒絕原 假設
H
。。經計算：
D
”
= 8。1046，
取顯著水平
a = 0。1，Db = 10。6o
顯然，有
D
< Da，
因 此，不能拒絕原假設
H
。。持久壽命的對數服 從正態分佈。
3。X-
檢驗假設
H
。：持久壽命的對數服從正態分 布。根據柯爾莫哥洛夫定理：當子樣數
n
足夠 大時，統計量
An = ~J~n
Dn
=~J~n ， Sup I F（z） - Sn（j
：
） I
-00 < x < 00
服從人
-
分佈。 其中
n
——子樣數
F（J7）
假設分佈
S
“
（x）
——經驗分佈可取為
k/n（k
：按子樣數值大 小排列的次第數，可取
l，2，3，4——-n）
Dn = Sup I F（x） - Sn（x） I
在工的所有取值範圍內假設分佈與經驗分佈
之差的上界
根據人
-
分佈，在給定顯著水平
a
下
，
有 相應的臨界值
“
，當從
< Ao
時無理由拒絕
H
。，當島
2
從時可以拒絕原假設
H
。。經計算
An = 1。0929，
在顯著水平
a = 0。1
下相應的 臨界值為
Ao = 1。2240
顯然
An <
如，所以沒 有理由拒絕原假設
H
。。持久壽命的對數服從 正態分佈。
以上三種檢驗方法均得出持久壽命的對
。
數服從正態分佈。
4
結論
1。
該高溫合金材料經過一定時間的恆 溫、恆應力的持久強度試驗後，可採用變載的 方法來考核持久強度試驗的塑性指標，這樣 既可以縮短試驗週期，又可節能。
2。
對缺口比較敏感的材料，可用缺口
-
光滑持久組合試樣，考核缺口敏感性和持久 效能。
透過對
GH4145
合金試驗資料的統 計分析，認為其高溫變載持久壽命服從對數 正態分佈。
