GH4141

务实创新 诚信经营

GH4141 高温合金

1 范围

本规范规定了 GH4141（国际代号 UNS NO7041、别名 René41）Ni-Cr-Co 基沉淀强化型变形高温合金的生产全流程要求、产品分类、技术参数、检验规则、标志包装及应用指引，是产品生产、检验、交付的统一技术依据。
本规范适用于航空航天、能源电力、石油化工等领域用 GH4141 变形产品（锻件、棒材、板材、丝材、环形件、3D 打印原料等）的生产制造，覆盖从原材料熔炼到成品交付的全链条，适用于 - 200℃至 850℃宽温域环境下，承受高强度、抗蠕变、耐氧化及热腐蚀要求的核心热端部件（750℃以下高温强度较 GH4169 提升 25% 以上）。

2 规范性引用文件

标准编号
标准名称
适用范围
GB/T 14992-2008
高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
牌号定义
GJB 1952A-2004
航空用高温合金冷轧薄板规范
冷轧薄板产品
GJB 2456-1995
航空用高温合金真空自耗重熔钢锭规范
熔炼工艺要求
GJB 3165-1998
航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范
航空承力棒材
Q/GYB 05023
航天用 GH4141 合金锻件技术条件
航天级锻件
Q/GYB 05038
GH4141 合金热轧棒材技术规范
热轧棒材
Q/GYB 05046
GH4141 合金焊接丝材技术条件
焊接用丝材
AMS 5837
沉淀硬化镍合金板 / 带 / 丝材规范（国外参考）
航空级板 / 带 / 丝材
ASTM B996/B996M-18
高温合金锻件标准
锻件通用要求
HB/Z 140
高温合金热处理工艺导则
热处理工艺参考

3 产品分类与牌号

3.1 材料牌号与特性

  • 中国牌号：GH4141
  • 国际对应牌号：UNS NO7041、René41（美国）
  • 合金类型：Ni-Cr-Co 基沉淀强化型变形高温合金
  • 核心强化机制：
    1. 析出强化：ω(Al+Ti) 协同作用，形成 γ' 相（Ni₃(Al,Ti)），体积分数达 55%-65%，为主导强化相，尺寸 50-200nm 呈立方体状均匀分布；
    1. 固溶强化：Co、Mo、W 多元素协同，提升高温抗蠕变能力与热稳定性，抑制 TCP 有害相析出；
    1. 晶界强化：微量 B 净化并强化晶界，抑制高温下晶界滑移，降低热裂纹敏感性。

3.2 产品形态与规格

产品类型
常用规格范围
供应状态
锻件（盘 / 环 / 叶片毛坯）
最大投影面积 1.8m²，按需定制
固溶处理、粗加工 / 精加工、等温锻造态
棒材
热轧棒 Φ20~Φ400mm，长度≤5m；锻制棒 Φ400~Φ600mm
黑皮、退火 + 磨光、固溶 + 时效
板材
冷轧板厚度 1~15mm，热轧板厚度 15~60mm
固溶 + 酸洗 + 矫直 + 切边、喷砂处理
丝材
圆丝 Φ0.2~Φ12mm
冷拉、中间退火、成盘供应（焊接 / 3D 打印用）
环形件
直径≤3m，按需定制
辗环成型 + 局部热处理
3D 打印粉末
粒径 15~53μm
气雾化制粉，真空包装

4 技术要求

4.1 化学成分（质量百分比，%）

元素
含量范围
功能说明
Ni
余量（约 55.0~60.0%）
奥氏体基体核心元素，保证宽温域稳定性
Cr
19.0~22.0
形成 Cr₂O₃致密氧化膜，提升高温抗氧化与耐硫化腐蚀性
Co
12.0~15.0
提升 γ' 相溶解温度，增强高温稳定性与固溶强化效果
Mo
9.0~11.0
固溶强化核心元素，抑制 μ 相（Mo₆Co₇）等有害相析出
W
5.0~6.0
协同 Mo 提升抗蠕变能力，抑制高温变形
Al
1.5~2.2
形成 γ' 相关键元素，主导析出强化
Ti
2.8~3.3
与 Al 协同形成 γ' 相，优化强化相体积分数与分布
C
≤0.08
控制碳化物（TiC、WC）分布，减少晶界脆化
B
0.005~0.015
强化晶界，抑制高温晶界滑移与裂纹扩展
Fe
≤2.0
残余元素，严格控制含量
Si
≤0.5
脱氧残余元素，避免过量损害热塑性
Mn
≤0.3
改善热加工性能，严控含量
P
≤0.015
有害杂质，避免晶界脆化
S
≤0.015
有害杂质，严控以提升韧性与抗裂性
Cu
≤0.30
残余杂质，防止腐蚀失效

4.2 物理性能（标准热处理后）

性能指标
数值范围
测试条件
密度（ρ）
8.42g/cm³
室温（20℃）
熔化温度范围
1340~1390℃
-
热导率（λ）
14.3W/(m·K)
200℃
23.6W/(m·K)
800℃
比热容（c）
450J/(kg·K)
室温
760J/(kg·K)
800℃
线膨胀系数（α）
13.8×10⁻⁶/℃
20~800℃
电阻率（ρ）
1.35μΩ·m
室温（20℃）
弹性模量（E）
215GPa
室温
175GPa
750℃
磁性能
近乎无磁（磁导率 1.002）
固溶态，1kOe 磁场

4.3 力学性能（典型值）

性能指标
室温
600℃
750℃
850℃
测试条件
抗拉强度（Rm）
≥1450MPa
≥1100MPa
≥850MPa
≥650MPa
标准热处理制度
屈服强度（Rp0.2）
≥1180MPa
≥850MPa
≥720MPa
≥500MPa
标准热处理制度
断后伸长率（A）
≥12%
≥15%
≥18%
≥25%
标准热处理制度
断面收缩率（Z）
≥15%
≥20%
≥25%
≥30%
标准热处理制度
持久强度
-
-
≥300MPa
≥150MPa
1000h 保温
持久寿命
-
-
≥500h
≥100h
750℃/300MPa；850℃/180MPa
稳态蠕变速率
-
-
≤1×10⁻⁸s⁻¹
-
750℃/300MPa（ASTM E139）
冲击韧性（αk）
≥50J
-
-
-
-200℃（深冷环境）

4.4 特殊性能要求

  • 抗氧化性：1000℃时氧化速率≤0.05g/(m²・h)，长期服役氧化膜致密无剥落；
  • 耐腐蚀性：耐高温硫化物、钒盐热腐蚀，3.5% NaCl 溶液中年腐蚀速率≤0.02mm，抗 H₂渗透与氢脆，耐 Cl⁻应力腐蚀；
  • 组织稳定性：标准热处理后为 γ 基体 + 弥散 γ' 相 + MC 型碳化物，850℃以下长期时效无有害相析出，γ' 相无明显粗化；
  • 工艺适应性：具备良好热加工塑性、冷加工性能及焊接性能，支持等温超塑性锻造与 3D 打印成形；
  • 宽温域适应性：-200℃至 850℃范围内保持稳定力学性能，无脆性转变，适用于深冷与高温交替环境。

5 生产工艺要求

5.1 熔炼工艺

工艺类型
适用产品
核心要求
真空感应熔炼 + 电渣重熔（VIM+ESR）
通用级产品
保证成分均匀性，降低气体与杂质含量
真空感应熔炼 + 真空自耗重熔（VIM+VAR）
航空航天级关键部件
极致纯净度，消除偏析，提升致密度
气雾化制粉
3D 打印原料
粉末球形度≥98%，氧含量≤300ppm

5.2 热加工工艺

加工类型
加热温度
终加工温度
关键控制
锻造（常规）
1150~1180℃
≥950℃
单次变形量≤40%，破碎铸态组织，避免晶粒粗化
等温超塑性锻造
1050~1100℃
≥980℃
应变速率≤0.001s⁻¹，提升成形精度与性能均匀性
热轧
1120~1160℃
≥920℃
控制轧制速度≤2.5m/s，保证板形平整，冷却均匀
开坯
1160~1190℃
≥980℃
均匀化处理（1180℃×6h），消除铸造偏析

5.3 冷加工工艺

  • 冷轧（板 / 带材）：道次变形量≤20%，累计变形量超 40% 需中间退火（1080℃×1h），表面粗糙度 Ra≤0.4μm；
  • 冷拉（棒 / 丝材）：采用硬质合金模具，拉拔速度≤3m/min，中间固溶处理温度 1100~1120℃；
  • 3D 打印成形：激光功率 180~220W，扫描速度 800~1200mm/s，层厚 20~50μm，成形后需热处理消除内应力。

5.4 热处理制度（核心工艺）

产品类型
工艺参数
保温时间
冷却方式
性能特点
通用级板 / 棒 / 管材
1180~1200℃（固溶）+ 840℃×4h（一次时效）+ 760℃×16h（二次时效）
固溶 4h，一次时效 4h，二次时效 16h
空冷（AC）
强度与塑性均衡，抗蠕变性能优异
航空发动机锻件
1200℃（固溶）+ 850℃×4h（一次时效）+ 780℃×18h（二次时效）
固溶 4h，一次时效 4h，二次时效 18h
空冷（AC）
高温强度峰值，γ' 相弥散分布
焊接件
1190℃（固溶）+ 840℃×3h（一次时效）+ 760℃×12h（二次时效）
固溶 4h，一次时效 3h，二次时效 12h
空冷（AC）
降低焊接残余应力，保证接头强度（达母材 90% 以上）
3D 打印件
1150℃（固溶）+ 840℃×4h（一次时效）+ 760℃×16h（二次时效）
固溶 4h，一次时效 4h，二次时效 16h
空冷（AC）
消除打印缺陷，提升组织致密度

6 检验规则

6.1 检验项目

  1. 化学成分分析：采用光谱分析法逐炉检测，关键元素（Al、Ti、Co、Mo、W）需用化学分析法验证，3D 打印粉末需额外检测氧含量；
  1. 力学性能测试：室温拉伸、高温持久、蠕变试验、深冷冲击测试，每批次抽样≥3 件，覆盖不同规格；
  1. 金相组织检查：光学显微镜 + 透射电镜（TEM）观察，γ' 相体积分数≥55%，晶粒尺寸控制在 3~7 级，无异常相（如 μ 相）；
  1. 尺寸与表面质量：逐件检查，尺寸公差符合对应产品标准，表面无裂纹、夹杂、起皮等缺陷，3D 打印件需检测孔隙率（≤0.5%）；
  1. 无损检测：
    • 内部缺陷：超声波探伤（灵敏度 φ0.8mm 平底孔）；
    • 表面缺陷：渗透检测（PT）或磁粉检测（MT），无肉眼可见裂纹；
    • 航空级核心部件：额外增加涡流检测 + 射线检测（RT），裂纹深度≤30μm。

6.2 抽样与判定

  • 化学成分：每炉抽样 1 次，不合格则该炉产品判定为不合格；
  • 力学性能：抽样试验不合格时，允许加倍抽样复检，仍不合格则批次报废；
  • 无损检测：发现缺陷需标记返修，返修后重新检测，无法修复则剔除；
  • 尺寸偏差：超差产品允许返工，返工后仍不达标则判定为不合格；
  • 3D 打印件：孔隙率超标需重新打印，力学性能不达标则整批报废。

7 标志、包装与贮存

7.1 标志

每件产品需标识：材料牌号（GH4141/UNS NO7041）、规格、炉批号、热处理状态、执行标准、生产厂家、生产日期，航空航天级产品需标注 “航空专用” 及质量等级，3D 打印粉末需标注粒径范围与氧含量。

7.2 包装

  • 板 / 带材：防潮牛皮纸 + 塑料薄膜 + 镀锌铁皮包装，避免表面划伤；
  • 棒 / 丝材：棒材捆扎（涂防锈油），丝材成盘后真空包装；
  • 3D 打印粉末：真空铝箔袋包装，每袋重量 1~5kg，附防潮指示卡；
  • 航空级核心部件：真空 + 充氮包装，附防潮指示卡、批次追溯标签及质量等级证书。

7.3 贮存

  • 存放于干燥、通风、无腐蚀性气体库房，温度 5~30℃，相对湿度≤60%；
  • 避免与酸碱、盐类物质接触，堆放高度≤1.2m，防止产品变形；
  • 3D 打印粉末需在 - 10~25℃密封贮存，避免吸潮氧化，贮存期≤6 个月；
  • 常规产品贮存期≤12 个月，定期检查包装完整性，发现锈蚀及时处理；
  • 航空级产品需单独存放，建立专项贮存台账。

8 应用概况

  • 航空航天：先进航空发动机高压涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、燃烧室火焰筒，火箭发动机再生冷却喷管、环形件，普惠 PW1000G 发动机 3D 打印涡轮叶片；
  • 能源电力：超超临界燃煤机组主蒸汽阀门（650℃/35MPa），第四代核反应堆堆内构件，燃气轮机热端部件；
  • 石油化工：加氢反应器热壁衬里，深海油气田采油树阀门（耐 Cl⁻应力腐蚀），高温高压换热器；
  • 其他：汽车发动机涡轮叶片、进气门，高温炉窑辐射管，精密仪器高温承力件（无磁特性适配）。

9 附录

9.1 注意事项

  1. 焊接优先采用电子束焊或窄间隙 TIG 焊，预热温度 300~350℃，焊后需进行完整时效处理，可采用激光冲击强化提升焊缝疲劳性能；
  1. 热加工需避免在 750~900℃γ' 相析出峰区长时停留，防止加工硬化与裂纹产生；
  1. 800℃以上长期服役的部件，需定期检测 γ' 相尺寸与分布，避免 μ 相析出导致性能衰减，可采用 Al-Si 渗层防护；
  1. 冷加工推荐使用金刚石涂层刀具，可提升加工效率 40%，降低刀具损耗；
  1. 3D 打印成形后需去除支撑结构，再进行热处理，避免残余应力导致变形开裂。

9.2 质量证明书

供货时随附完整质量证明书，包含：化学成分检测报告、力学性能测试数据、热处理工艺曲线、无损检测结果、炉批号追溯信息、产品合格标识，航空级产品需附加金相组织检测报告与质量等级评定证书，3D 打印粉末需提供粒径分布与氧含量检测报告。

产品优势

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加工平台

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物流包装

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