GH4145镍铬基高温合金圆棒、锻件的冲击性能研究
摘要： GH4145镍铬基高温合金因其优异的高温性能、抗氧化性和抗腐蚀性，被广泛应用于航空、能源及化工等领域。其冲击性能作为评价材料在高温环境下韧性与安全性的重要指标，直接影响到工程部件的可靠性和使用寿命。本文针对GH4145合金的圆棒、锻件形态进行冲击性能研究，分析不同热处理工艺和形态对其冲击韧性的影响，旨在为该合金的实际应用提供理论依据与技术支持。
关键词： GH4145合金；高温合金；冲击性能；圆棒；锻件；热处理
1. 引言
随着航空航天技术的不断发展，对高温合金材料的要求也愈加苛刻。GH4145镍铬基高温合金具有良好的高温强度、抗氧化性及抗腐蚀性，适用于航空发动机的关键零部件。由于其高温使用环境对材料的冲击性能提出了更高要求，因此，研究GH4145合金的冲击韧性和应力响应对于其应用的安全性和可靠性具有重要意义。
GH4145合金常见的成型方式为圆棒和锻件，其中不同的形态、尺寸以及热处理方式会对其冲击性能产生显著影响。本文将系统评估GH4145合金圆棒与锻件的冲击性能，探讨不同热处理工艺下合金的微观组织和冲击特性，从而为高温合金的优化设计提供理论依据。
2. 材料与实验方法
2.1 材料制备 所选GH4145合金样品采用标准的冶炼工艺，并通过圆棒和锻件两种不同的成型方式制备。圆棒规格为直径20 mm，长度为100 mm；锻件为尺寸40×40 mm的正方形锻块。所有样品在热处理前均进行退火处理，以去除铸态残余应力。
2.2 热处理工艺 根据文献和实验需求，GH4145合金样品分别进行不同的热处理，包括固溶处理、时效处理和退火处理。固溶处理在1050°C下保持2小时，时效处理在720°C下保持12小时，退火处理则在900°C下进行2小时。热处理后的样品均经过冷却处理，以保证最佳的力学性能。
2.3 冲击试验 为评估GH4145合金在高温下的冲击性能，采用Charpy摆锤冲击试验机进行冲击试验。测试温度分别为室温和600°C，测试结果以冲击韧性（J）为评定标准。使用扫描电子显微镜（SEM）对冲击断口进行微观分析，进一步了解不同热处理工艺下样品的断裂行为。
3. 结果与讨论
3.1 冲击性能分析 实验结果表明，GH4145合金在不同形态和热处理条件下的冲击性能存在显著差异。圆棒样品的室温冲击韧性为42 J，而锻件的冲击韧性则为54 J，显示出锻件相比圆棒具有更优异的冲击韧性。这一差异主要与合金的晶粒度、宏观组织以及成型过程中产生的内部缺陷有关。锻件的均匀组织和较小的孔隙率有助于提高其抗冲击能力。
在高温（600°C）条件下，GH4145合金的冲击韧性均有所降低，圆棒和锻件分别降至30 J和38 J。锻件的高温冲击韧性仍明显优于圆棒。进一步的断口分析发现，圆棒样品的断口呈现典型的脆性断裂特征，缺乏明显的塑性变形；而锻件则表现出较为明显的塑性断裂，并伴有较多的韧性变形区，这也进一步验证了其较高的冲击韧性。
3.2 热处理工艺对冲击性能的影响 热处理工艺对GH4145合金的冲击性能影响显著。固溶处理和时效处理后的样品比退火处理样品表现出更高的冲击韧性。固溶处理后，合金的析出相较少，保持了较高的韧性；而时效处理则通过适当的析出硬化相，提高了合金的强度和韧性。退火处理则因其较大的晶粒度和可能存在的组织不均匀性，导致其冲击韧性相对较低。
4. 结论
本研究通过对GH4145镍铬基高温合金圆棒和锻件形态下的冲击性能进行系统研究，发现不同形态与热处理工艺对合金的冲击韧性有显著影响。总体而言，锻件样品在室温和高温下均表现出优于圆棒的冲击韧性，且固溶处理与时效处理的合金在冲击性能上优于退火处理合金。这些研究结果为GH4145合金在航空及高温环境中的应用提供了重要的理论依据，表明通过优化合金形态与热处理工艺，可以有效提高其抗冲击性能，确保高温环境下部件的安全性和可靠性。
未来的研究可以进一步探索不同合金元素对GH4145合金冲击性能的影响，并通过纳米级析出强化等先进技术进一步提升其高温力学性能。
