GH4742钢锭GH4742合金GH4742成分GH4742性能

随着燃气轮机功率不断增加,其核心部件高温合金涡轮盘的尺寸也随之增大"2，国内某型号舰艇用燃气轮机Ⅰ级动力涡轮盘尺寸达到800mm，选用材料为GH4742合金。为了满足GH4742合金大型涡轮盘研制生产的需要，国内进行了大尺寸铸锭的冶炼，生产了直径为p508mm的自耗锭。GH4742合金是一种高合金化高温合金,其中w(Al) 、w(Ti)和w((Nb)的质量分数超过了7.5%，微区成分偏析严重,相组成复杂，铸锭的热加工性能差。受设备条件的限制,国内只能在快锻机上自由锻开坯。为了使CH4742合金大锭型顺利开坯，获得组织及性能合格的棒材,必须对铸锭进行均匀化处理。本文作者对合金大锭型的显微组织及均勾化处理制度进行了研究，以确定合适的均匀化工艺。

试验用料采用真空感应炉熔炼＋真空自耗炉重熔双联工艺冶炼，钢锭直径为本508mm，取自钢锭锭冠处，其主要元素含量（质量分数,%）为:

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。

均勾化工艺试验选用1120℃、1135℃、1150℃和1180℃，保温时间选用8h、16h、32h 和48h。用金相法、扫描电镜和能谱分析法研究铸锭均勾化前后的显微组织以及元素偏析改善情况，采用拉伸试验获得铸锭均勾化前后塑性值，来评定均匀化处理的效果。

图1为GH4742合金$508mm自耗锭的组织，从图中可见,铸态组织为柱状树枝晶（图1a)，金相法测量枝晶的平均间距约为 80 ~ 100um。枝晶于和枝晶间有大量y相析出,并存在着不均勾分布的大y'相(图1c)、Y'Iy共晶组织(图1d)、少量锏化物（图1e)以及骨架状碳化物(图1f)。y'相是在凝固过程中析出，属于一次y相,大y'相的不均匀分布对合金后续的热加工及组织、性能的影响很大。铸锭中碳化物数量多，尺寸大，呈骨架状分布在枝晶间，能谱分析碳化物为( Nb、Ti)C。碳化物的在变形过程中容易产生应力集中，并成为裂纹源。

用能谱测定了选定的枝干和枝晶间主元素的含量，取样位置见图16，结果见表1。可见铸锭中Al、Ti、Nb、Mo元素分布非常不均匀，偏析严重，尤其是 Nb元素，最高与低浓度比高达4.5。

合金在1150℃以上均匀化处理易出现致命缺陷,而在1135℃以下均匀化，元素偏析依然严重,大'相不能*溶入基体，达不到均匀化的目的。因此一段式均匀化制度不适用于GH4742合金大锭型，借鉴GH4169合金均匀化制度，采用了两段式均匀化处理制度，具体为:1135℃ x48h +1170℃ x 8h。图4为经过两段式均匀化处理后GH4742合金的组织。从图中可以看出,大y'相*溶入基体中，碳化物球化且数量明显减少，晶界完整。能谱分析，合金中元素偏析基本消除（见表2)。

GH4742合金均匀化处理前后的高温拉伸性能如图5所示,均匀化处理使得CH4742合金组织均匀，塑性提高，扩大了热加工窗口，获得了满意的效果。钢厂在GH4742合金大尺寸锭型开坯前均使用了两段式均匀化制度，在快锻机上成功实现开坯,棒材组织性能均满足指标要求。

(1) CH4742合金大锭型的铸态组织中，枝晶偏析严重，一次大'相不均匀分布，并存在着共晶组织、骨架状碳化物、块状锏化物。

(2)采用新的熔炼设备和工艺，能够减轻大锭型的偏析倾向,减小枝晶间距,为后续的均匀化处理、锻造开坯奠定基础。

(3）采用一段式均匀化处理工艺，温度高于1150℃，易出现使铸锭无法锻造的缺陷;温度低于1135℃，均匀化效果不明显。

(4)两段式均匀化处理制度:1135℃ x 48h +1170℃x8h，可以消除枝晶偏析，使组织均勾，提高了铸锭的热塑性，扩大了热加工窗口。