GH4169高溫合金

GH4169

GH4169合金在-253～700℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能，以及良好的加工性能、焊接性能良好。能夠制造各種形狀復(fù)雜的零部件，在宇航、核能、石油工業(yè)及擠壓模具中，在上述溫度范圍內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。

概述

該合金的另一特點(diǎn)是合金組織對熱加工工藝特別敏感，掌握合金中相析出和溶解規(guī)律及組織與工藝、性能的相互關(guān)系，可針對不同的使用要求制定合理、可行的工藝規(guī)程，就能獲得可滿足不同強(qiáng)度級別和使用要求的各種零件。供應(yīng)的品種有鍛件、鍛棒、軋棒、冷軋棒、圓餅、環(huán)件、板、帶、絲、管等。可制成盤、環(huán)、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板材結(jié)構(gòu)件、機(jī)匣等零部件在航空上長期使用。

1.1 GH4169 材料牌號

GH4169(GH169）

1.2 GH4169 相近牌號

Inconel718（美國），NC19FeNb(法國）

1.3 GH4169 材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

GB/T14992-2005 《高溫合金》

1.4 GH4169 化學(xué)成分

該合金的化學(xué)成分分為3類：標(biāo)準(zhǔn)成分、優(yōu)質(zhì)成分、高純成分，件表1-1。優(yōu)質(zhì)成分的在標(biāo)準(zhǔn)成分的基礎(chǔ)上降碳增鈮，從而減少碳化鈮的數(shù)量，減少疲勞源和增強(qiáng)強(qiáng)化相的數(shù)量，提高抗疲勞的含量，提高材料的純度和綜合性能。

核能應(yīng)用的GH4169合金，需控制硼的含量（其他元素成分不變），具體含量有工序雙方協(xié)商確定。當(dāng)ω（B）≤0.002%時(shí)，為與宇航工業(yè)用的GH4169合金加以區(qū)別，合號為GH4169A。

表1-1

1.5 GH4169 熱處理制度

合金具有不同的熱處理制度，以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和數(shù)量，從而獲得不同級別的力學(xué)性能。合金熱處理制度分3類：

Ⅰ：(1010~1065)℃±10℃，1h，油冷、空冷或水冷+720℃±5℃，8h，以50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。

經(jīng)此制度處理的材料晶粒粗化，晶界和晶內(nèi)均無δ相，存在缺口敏感性，但對提高沖擊性能和抵抗低溫氫脆有利。

Ⅱ：(950~980)℃±10℃，1h，油冷、空冷或水冷+720℃±5℃，8h，以50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。

Ⅲ：720℃±5℃，8h，以50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。

經(jīng)此制度處理后，材料中的δ相較少，能提高材料的強(qiáng)度和沖擊性能。該制度也稱為直接時(shí)效熱處理制度。

1.6 GH4169 品種規(guī)格與狀態(tài)

可供應(yīng)模鍛件（盤、盤整體鍛件）、餅、環(huán)、棒（鍛棒、軋棒、冷拉棒）、板、絲、帶、管、不同形狀和尺寸的緊固件、彈性元件等。交貨狀態(tài)有供需雙方商定。絲材以商定的交貨狀態(tài)成盤裝交貨。

1.7 GH4169 熔煉與鑄造工藝

合金的冶煉工藝分為3類：真空感應(yīng)電渣重熔；真空感應(yīng)加真空電弧重熔；真空感應(yīng)加電渣重熔加真空電弧重熔。可根據(jù)零件的使用要求，選擇所需的冶煉工藝，滿足應(yīng)用要求。

1.8 GH4169 應(yīng)用概況與特殊要求

制造航空和航天發(fā)動(dòng)機(jī)中各種靜止件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，如盤、環(huán)件、機(jī)匣、軸、葉片、緊固件、彈性元件、燃?xì)鈱?dǎo)管、密封元件等和焊接結(jié)構(gòu)件；制造何能工業(yè)應(yīng)用的各種彈性元件和格架；制造石油和化工領(lǐng)域應(yīng)用的零件及其他零件。

近年來，在對該合金研究不斷深化和對該合金應(yīng)用不斷擴(kuò)大的基礎(chǔ)上，為提高質(zhì)量和降低成本，發(fā)展了很多工藝：真空電弧重熔時(shí)采用氦氣冷卻工藝，有效的減輕鈮偏析；采用噴射成形工藝生產(chǎn)環(huán)件，降低成本和縮短生產(chǎn)周期；采用超塑成形工藝，擴(kuò)大產(chǎn)品的生產(chǎn)范圍。

功能考核

用該合金制造的渦輪盤、甩油盤、整體轉(zhuǎn)子、軸、緊固件等零件已按照發(fā)動(dòng)機(jī)所用的型號規(guī)范，在發(fā)動(dòng)機(jī)零、部件試驗(yàn)中通過了超轉(zhuǎn)、破裂、低循環(huán)疲勞試驗(yàn)；通過了高空臺試車個(gè)長期（壽命）試車及試飛發(fā)射的考核，達(dá)到了設(shè)計(jì)和應(yīng)用的要求。

物化性能

2.1 GH4169 熱性能

2.1.1 GH4169 熔化溫度范圍1260~1320℃

2.1.2 GH4169 導(dǎo)熱率見表2-1

表2-1

2.1.3 GH4169 比熱容見表2-2。

表2-2

2.1.4 GH4169 線膨脹系數(shù)見表2-3。

表2-3

2.2 GH4169 密度

ρ=8.24g/cm3

2.3 GH4169 電性能

2.4 GH4169 磁能型

合金無磁性

2.5 GH4169 化學(xué)性能

2.5.1 GH4169 抗氧化性能在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h后的氧化速率見表2-4

表2-4

使用建議

推薦使用，使用中必須避免出現(xiàn)超過材料承受性能的應(yīng)力集中。

性能要求

3.1 GH4169性能

3.1.1因GH4169合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析成份都與冶金工藝直接相關(guān)。電渣重熔和真空電弧熔煉的熔煉速度和電極棒的質(zhì)量狀態(tài)直接影響材質(zhì)的優(yōu)劣。熔速快，易形成富鈮的黑斑；熔速慢，會(huì)形成貧鈮的白斑；電極棒表面質(zhì)量差和電極棒內(nèi)部有裂紋，均易導(dǎo)致白斑的形成，所以，提高電極棒質(zhì)量和控制熔速及提高鋼錠的凝固速率是冶煉工藝的關(guān)鍵因素。為避免鋼錠中的元素偏析過重，至今采用的鋼錠直徑不大于508mm。品均化工藝必須確保鋼錠中的L相完全溶解。鋼錠兩階段均勻化和中間坯二次均勻化處理的時(shí)間，根據(jù)鋼錠和中間坯的直徑而定。均勻化工藝的控制與材料中鈮的偏析成都直接相關(guān)。

目前生產(chǎn)中采用的1160℃，20h+1180℃，44h的均勻化工藝，尚不足以消除鋼錠中心的偏析，

因此建議采用以下工藝：

1.1150℃~1160℃，20h~30h+1180℃~1190℃，110h~130h；

2.1160℃，24h+1200℃，70h。

5.1.2 經(jīng)均勻化處理的合金具有良好的熱加工性能。鋼錠的開坯加熱溫度不得超過1120℃。鍛件的鍛造工藝應(yīng)根據(jù)鍛件使用狀況和應(yīng)用要求，結(jié)合生產(chǎn)廠的條件而定。開坯和生產(chǎn)鍛件時(shí)，中間退火溫度和終端溫度必須跟軍零件所需要的組織狀態(tài)和性能來確定，一般情況下，鍛造的終端溫度控制在930℃~950℃之間為宜。個(gè)類鍛件的鍛造溫度和變形程度見表5-1

表3-1

GH4169 預(yù)熱

工件在加熱之前和加熱過程中都必須進(jìn)行表面清理，保持表面清潔。若加熱環(huán)境含有硫、磷、鉛或其他低熔點(diǎn)金屬，GH4169合金將變脆。雜質(zhì)來源于做標(biāo)記的油漆、粉筆、潤滑油、水、燃料等。燃料的硫含量要低，如液化氣和天然氣的雜質(zhì)含量要低于0.1%，城市煤氣的硫含量要低于0.25g/m3，石油氣的硫含量低于0.5%是理想的。

加熱的電爐要具有較精確的控溫能力，爐氣必須為中性或弱堿性，應(yīng)避免爐氣成分在氧化性和還原性中波動(dòng)。

GH4169 熱加工

GH4169合金合適的熱加工溫度為1120-900℃，冷卻方式可以是水淬或其他快速冷卻方式，熱加工后應(yīng)及時(shí)退火以保證得到佳的性能。熱加工時(shí)材料應(yīng)加熱到加工溫度的上限，為了保證加工時(shí)的塑性，變形量達(dá)到20%時(shí)的終加工溫度不應(yīng)低于960℃。

GH4169 冷加工

冷加工應(yīng)在固溶處理后進(jìn)行，GH4169的加工硬化率大于奧氏體不銹鋼，因此加工設(shè)備應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整，并且在冷加工過程中應(yīng)有中間退火過程。

GH4169 熱處理

不同的固溶處理和時(shí)效處理工藝會(huì)得到不同的材料性能。由于γ”相的擴(kuò)散速率較低，所以通過長時(shí)間的時(shí)效處理能使GH4169合金獲得佳的機(jī)械性能。

GH4169 打磨

在GH4169工件焊縫附近的氧化物要比不銹鋼的更難以去除，需要用細(xì)砂帶打磨，在硝酸和氫氟酸的混合酸中酸洗之前，也要用砂紙去除氧化物或進(jìn)行鹽浴預(yù)處理。

GH4169 機(jī)加工

GH4169的機(jī)加工需在固溶處理后進(jìn)行，要考慮到材料的加工硬化性，與奧氏體不銹鋼不同的是， GH4169適合采用低表面切削速度。

GH4169焊接

沉淀硬化型的GH4169合金很適合于焊接，無焊后開裂傾向。適焊性、易加工性、高強(qiáng)度是這種材料的幾大優(yōu)點(diǎn)。

GH4169適合于電弧焊、等離子焊等。在焊接前，材料表面要潔凈、無油污、無粉筆記號等，焊縫周圍25mm 范圍內(nèi)要打磨露出光亮的金屬。

GH4169 推薦使用的焊接材料：

GTAW/GMAW

Nicrofer S 5219

W.-Nr. 2.4667

SG-NiCr19NbMoTi

AWS A 5.14 ERNiFeCr-2

BS 2901 Part 5: NA 51