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GH220GH4220（GH220）沉淀硬化型變形高溫合金
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γ’沉淀強化相，ω（γ’）可達40%以上。同時加入鈷、鉻、鎢和鉬元素進行固溶強化，并加入微量鈰、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(chǎn)品有轉(zhuǎn)動部件用熱軋棒材、模鍛渦輪葉片等。
合金已用于制作航空發(fā)動機的Ⅰ級渦輪工作葉片。批產(chǎn)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形態(tài)，使之形成彎曲的晶界。使晶界與晶內(nèi)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。
元素 C Cr Ni CO W Mo Al TI Fe V B Ce Mg Mn Si S P Cu Pb① As① Sn① Sb① Bi①
ZUI小 9.00 14.00 5.00 5.00 3.90 2.20 0.250
ZUI大 0.08 12.00 余 15.00 6.50 7.00 4.80 2.90 3.00 0.800 0.020 0.020 0.010 0.50 0.35 0.009 0.015 0.070 0.001 0.0025 0.0012 0.0025 0.0001

GJB1953A規(guī)定檢驗的雜質(zhì)元素
熱處理制度
摘自HB/Z140和文獻【9】，轉(zhuǎn)動件用熱軋棒材：
A標準熱處理制度：1220℃±10℃×4h/AC﹢1050℃±10℃×4h/AC﹢950℃±10℃×2h/AC;
B彎晶熱處理制度：1220℃×4h（3~7）min→1100℃/AC﹢1050℃×4h/AC﹢950℃×2h/AC.

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威勵集團資料參考：

熱處理工藝改進

我國普通的中小型粉末冶金模具制造企業(yè)一般是購置退火狀態(tài)的Cr12型鋼材，進行調(diào)質(zhì)處理（淬火+回火），隨后進行機械加工。但是因為Cr12型鋼是屬于高碳、高鉻的萊氏體鋼，內(nèi)部會分布大量的硬度較高的碳化物，如果碳化物分布不均勻，可能會導(dǎo)致模具在使用過程出現(xiàn)裂紋，拉毛甚至?xí)霈F(xiàn)模具變形導(dǎo)致失效的情況。所以，在模具的熱處理過程中，改善碳化物分布非常重要。

1．淬火

Cr12鋼含有極高量的C(2%-2.3%)和Cr(1 1%_1 3%)，淬火后的組織是馬氏體+殘余奧氏體+粒狀碳化物?，F(xiàn)在模具加工普遍使用的淬火介質(zhì)是油，加熱溫度是950-980。C，淬火后硬度為61-64HRC。適當?shù)奶岣叽慊饻囟?，奧氏體中的碳、鉻濃度提高，鋼的淬透性變好，淬火后產(chǎn)生的馬氏體的數(shù)量增多，材料的硬度提高。但在模具精加工或者工作過程中，表面硬度過高會引起開裂，一般精加工前模具表面硬度在58-60HRC為佳。所以可采用1060度油冷和在520度下保溫3小時，二次回火，高淬、高回的工藝，在保誣硬度的同時可消除內(nèi)應(yīng)力。另外，采取快速加熱淬火工藝，可在Cr12粉末冶金模具鋼表面10-30 mm快速加熱至980度，這樣工件芯部溫度低于淬火溫度，經(jīng)過油淬低溫回火后，表面可以得到均勻細致的馬氏體組織，硬度達62-64HRC，具有良好的耐磨性，芯部基體硬度為58-62HRC略微低于表面硬度，保證了一定的強韌性，壽命顯著提高，壓制毛坯4-5萬件。如果快速淬火后對模具進行表面鍍鉻處理，鍍層厚度控制在0.02 mm左右，反復(fù)一至三次電鍍后，壽命可達到8萬件以上。

Cr12MoV通常普遍用于制造精度要求較高、形狀較為復(fù)雜、載荷比較重的模具。但是一般的淬火處理（1000-1020度油冷）后，模具在使用過程中很容易出現(xiàn)磨損、脆裂等現(xiàn)象。對Cr12MoV冷鐓模具鋼進行復(fù)合強韌化處理，在400-500度下預(yù)熱30-50 min，可防止材料由于鍛造加熱時溫度過高導(dǎo)致內(nèi)外受熱不均，或者是溫度差過大造成的局部過燒。改變傳統(tǒng)的高溫淬火+低溫回火工藝，采用高溫淬火+高溫回火后進行硫、碳、氮三元共滲的方法，在模具表面形成含S、C、N化合物層和C、N擴散層，測得表面硬度為980-1000 HV，基體硬度57-59 HRC，得剄的模具具有外硬內(nèi)韌、高耐磨、抗擦傷咬死、抗疲勞腐蝕等優(yōu)點，模具的壽命提高3-4倍。適當?shù)慕档凸矟B溫度及淬火溫度，工件變形量小，適用于對尺寸精度要求較高的工具、模具及高耐磨件。

其他方法包括：鹽浴爐加熱；使用代替油的合成淬火劑或水溶性淬火劑淬火等。

對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求較高的模具，為避免產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞斷裂，可采用復(fù)合等溫淬火工藝，例如5CrMnMo鍛模，與常規(guī)的淬火處理相比，經(jīng)過復(fù)合等溫淬火后模具的使用壽命可以提高1倍。同時，采用真空熱處理技術(shù)，可顯著減少熱處理過程中雜質(zhì)氣氛對材料的影響，有效避免材料表面氧化脫碳，減少淬火變形，使材料硬度韌度分布均勻。模具材料在經(jīng)過適當?shù)恼婵諢崽幚砗笫褂脡勖芴岣?0%以上。

2．回火

模具鋼回火溫度好根據(jù)淬火后殘余奧氏體的量來決定，用來調(diào)整控制模具的尺寸精度，如果測量淬火后模具尺寸增大，可采用340-430度的加壓回火；如果尺寸減小，可采用420-520度回火。熱處理后需要滲氮處理的模具，淬火后回火溫度選為570-580度，保證在滲氮處理時模具的變形量較小。

在模具熱處理之前，增加一道去應(yīng)力回火的工序，一般采用350-400度，6-12h出爐空冷，或者650～700 度，2-4h，爐冷到500度出爐的熱處理工藝，可以減小模具在熱處理時的變形量，保證模具的尺寸精度。不但可以有效地消除偏析碳化物網(wǎng)帶，還可以消除粗加工后殘余的應(yīng)力，從而改善組織，降低材料硬度，以利于后期的精加工，提高了模具的制造精度和性，減少由于淬火開裂和畸變導(dǎo)致的模具失效等情況的發(fā)生。

另外，模具鋼淬火之后可以進行深冷處理，在氮溫度（-196度）介質(zhì)中進行深冷處理，馬氏體析出大量細小分散的碳化物，有效提高材料的韌性，延長模具使用壽命，模具的變形量小，尺寸穩(wěn)定性高。例如，M16螺帽沖模經(jīng)過-196度深冷處理和400度回火后，沖擊韌性提高，壽命比常規(guī)熱處理模具提高9-10倍。

模具表面處理

粉末冶金模具使用的環(huán)境具有特殊惟，需要具有較大的承受載荷的能力，較高的度，模具的表面硬度要求較高，且心部的韌性要好。模具表面強化處理可提高模具表面硬度、改善表面組織性能，是提高模具性能和延長使用壽命的重要途徑。

1．PVD

PVD是一種重要的提高模具壽命的措施，是用物理的方法把氮化物、碳化物、高熔點金屬、TiN化合物等氣化成原子、分子或者離子直接沉積在模具基體表面，在表面形成一層高熔點、高硬度、高耐磨、抗腐蝕抗氧化能力很強的膜層?？梢詮V泛應(yīng)用于各類磨損、咬合、腐蝕、粘著、融合等而引起失效的工具、模具。其中，因磨損引起的失效的產(chǎn)品涂層后可提高壽命2-10倍以上。PVD技術(shù)進行模具表面處理時基體的受熱溫度較低，模具的變形較小，可以在各種模具材料上沉積致密、光滑、高精度的TiN、TiC鍍層。工業(yè)上應(yīng)用已經(jīng)證明，粉末冶金模具通過PVD或者CVD處理的如TiN或者TiCN沉淀陶瓷，有延長模具壽命的作用，壽命增加約10倍。

2．CVD

CVD法是用化學(xué)方法使反應(yīng)氣體在基體表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成覆層的方法。CVD法涂層的反應(yīng)溫度高，在基體與涂層之間容易形成擴散層，結(jié)合力好，并且容易實現(xiàn)設(shè)備的大型化，生產(chǎn)擴大化，實現(xiàn)模具大量的生產(chǎn)。例如，利用中溫CVD法、等離子體激發(fā)化學(xué)氣相沉積(PCVD)在Cr12MoV鋼和9SiCr鋼模具上用CVD的沉積得到昀TiN化合物都是比較細密均勻的，鍍層厚度大于3恤m，經(jīng)生產(chǎn)試驗驗證，模具的壽命可以提高10倍左右。

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