高溫合金GH4169

1、常州市天志金屬材料有限公司一、gh4169 概述gh4169 合金是以體心四方的 和面心立方的 相沉淀強(qiáng)化的鎳基高溫合金，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、焊接性能和長(zhǎng)期 組織穩(wěn)定性，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)中，在上述溫度范圍內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。該合金的另一特點(diǎn)是合金組織對(duì)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、性能間的相互關(guān)系，可針對(duì)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(mǎn)足不同強(qiáng)度級(jí)別和使用要求的各種

2、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?？芍瞥杀P(pán)、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(zhǎng)期 使用。1.1 gh4169 材料牌號(hào) gh4169(gh169)1.2 gh4169 相近牌號(hào) inconel 718(美國(guó)),nc19fenb(法 國(guó))1.3 gh4169 材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)gjb 2612-1996 焊接用高溫合金冷拉絲材規(guī)范hb 6702-1993 wz8 系列用 gh4169 合金棒材gjb 3165 航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材規(guī)范gjb 1952 航空用高溫合金冷軋薄板規(guī)范gjb 1953 航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)件用

3、高溫合金熱軋棒材規(guī)范gjb 2612 焊接用高溫合金冷拉絲材規(guī)范gjb 3317 航空用高溫合金熱軋板材規(guī)范gjb 2297 航空用高溫合金冷拔（軋）無(wú)縫管規(guī)范gjb 3020 航空用高溫合金環(huán)坯規(guī)范gjb 3167 冷鐓用高溫合金冷拉絲材規(guī)范gjb 3318 航空用高溫合金冷軋帶材規(guī)范gjb 2611 航空用高溫合金冷拉棒材規(guī)范yb/t5247 焊接用高溫合金冷拉絲yb/t5249 冷鐓用高溫合金冷拉絲yb/t5245 普通承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材gb/t14993 轉(zhuǎn)動(dòng)部件用高溫合金熱軋棒材gb/t14994 高溫合金冷拉棒材gb/t14995 高溫合金熱軋板gb/t14996 高溫

4、合金冷軋薄板gb/t14997 高溫合金鍛制圓餅gb/t14998 高溫合金坯件毛壞gg /t14992 高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類(lèi)和牌號(hào)gg 5199 航空用高溫合金冷軋薄板hb 5198 航空葉片用變形高溫合金棒材hb 5189 航空葉片用變形高溫合金棒材hb 6072 wz8 系列用 gh4169 合金棒材1.4 gh4169 化學(xué)成分 該合金的化學(xué)成分分為 3 類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)成分、優(yōu)質(zhì)成分、高純成分，見(jiàn)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，減少疲勞源和增加強(qiáng)化相的數(shù)量，提高抗疲勞性能和材料強(qiáng)度。同時(shí)減少有害雜質(zhì)和氣體含量。高 純成分是在優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

5、基礎(chǔ)上降低硫和有害雜質(zhì)的含量，提高材料純度和綜合性能。核能應(yīng)用的 gh4169 合金，需控制硼含量（其他元素成分不變），具體含量由供需雙方協(xié)商確定。當(dāng) （b）0.002%時(shí)，為與宇航 工業(yè)用的 gh4169 合金加以區(qū)別，合金牌號(hào)為 gh4169a。表 1-11 %類(lèi)別c crni co mo al ti fe標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)高純0.08 17.021.00.020.06 17.021.00.020.06 17.021.050.055.0 1.0 2.803.30 0.300.70 0.751.15 50.055.0 1.0 2.803.30 0.300.70 0.751.15 50.055.0 1.

6、0 2.803.30 0.300.70 0.751.15余余余類(lèi)別nbb不大于mg mnsi p s cu ca標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)高純4. 755.50 0.0065. 005.50 0.0065.005.50 0.0060.01 0.350.01 0.350.0050.350.350.350.350.0150.0150.0150.0150.0150.0020.30 0.010.30 0.010.30 0.005續(xù)表 1-1 %類(lèi)別標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)高純bi不大于-0.0010.00003sn-0.0050.005pb0.00050.0010.001ag-0.0010.001se0.00030.00030.000

7、3te-0.00005tl-0.0001n-0.010.01o-0.010.0051.5 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 相形貌、分布和數(shù)量，從而獲得不同級(jí)別的力學(xué)性能。 合金熱處理制度分 3 類(lèi)： (10101065) 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(wú) 相，存在缺口敏感性，但對(duì)提高沖擊性能和抵抗低溫氫脆有利。： (950980) 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

8、材料有 相，有利于消除缺口敏感性，是最常用的熱處理制度，也稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度。： 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 相較少，能提高材料的強(qiáng)度和沖擊性能。該制度也稱(chēng)為直接時(shí)效熱處理制度。1.6 gh4169 品種規(guī)格和供應(yīng)狀態(tài) 可以供應(yīng)模鍛件（盤(pán)、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)由供需雙方商定。絲材以商定的交貨狀態(tài)成盤(pán)狀交貨。1.7 gh4169 熔煉和鑄造工藝 合金的冶煉工藝分為 3 類(lèi)：真空感應(yīng)加電渣重熔；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

9、弧重熔。可根據(jù)零件的使用要求，選擇所需的冶煉工藝，滿(mǎn)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)中的各種靜止件和轉(zhuǎn)動(dòng)件，如盤(pán)、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；制造核能工業(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(lái)，在對(duì)該合金研究不斷深化和對(duì)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)展了很多新工藝：真空電弧重熔 是采用氦氣冷卻工藝，有效減輕鈮偏析；采用噴射成型工藝，生產(chǎn)環(huán)件，降低生產(chǎn)成本和縮短生產(chǎn)周期；采用超塑成型工藝，擴(kuò)大產(chǎn) 品的生產(chǎn)范圍。二、gh4169 物理及化學(xué)性能2.1 g

10、h4169 熱性能2.1.1 gh4169 熔化溫度范圍 12601320。 2.1.2 gh4169 熱導(dǎo)率 見(jiàn)表 2-1。表 2-12/（w/（m ）1113.410014.720015.930017.840018.350019.660021.270022.880023.69007.6100030.42.1.3 gh4169 比熱容 見(jiàn)表 2-2。 2.1.4 gh4169 線膨脹系數(shù) 見(jiàn)表 2-3 ； 2.2 gh4169 密度 =8.24g/cm3。 2.3 gh4169 電性能表 2-22/ 300 c/（j/（kg ） 481.4400493.9500514.8600539.070

11、0573.4800615.4900657.21000707.4表 2-32/2010020200 2030020 4002050020 60020 7002080020900201000/10 -6-1 11.813.0 13.5 14.1 14.4 14.8 15.4 17.0 18.4 18.72.4 gh4169 磁性能 合金無(wú)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(jiàn)表 2-4 。 表 2-4/氧化速率/(g/(m2h)6000.01767000.02778000.03519000.096110000.1620三

12、、gh4169 力學(xué)性能優(yōu)質(zhì)棒材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表 3-1 。 表 3-11規(guī)格d/mm取樣方 拉伸性能 不小于 /向 p0.2/mpa b/mpa5/% /%hbs持久性能/mpa t/h5/%125126200200縱向橫向橫向20650206502065010308601030860102080012801000124096512309001212666615158888346-690-690-690-25-25-25-5-注：熱處理制度：。四、gh4169 組織結(jié)構(gòu)4.1 相變溫度 相是該合金的主要強(qiáng)化相，其最高穩(wěn)定溫度是 650，開(kāi)始固熔溫度為 840870，完全固熔溫度是 95

13、0，相也 是該合金的強(qiáng)化相，但數(shù)量少于 相，其析出溫度是 600，完全熔解溫度是 840； 相的開(kāi)始析出溫度是 700，析出峰溫度是 940， 980開(kāi)始熔解，完全熔解溫度是 1020。4.2 時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 見(jiàn)圖 4-1 。4.3 合金組織結(jié)構(gòu)4.3.1 合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)的組織由 基體、 、nbc 相組成。(ni3nb) 相是主要強(qiáng)化相，為體心四方有序結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)定相， 呈圓盤(pán)狀在基體中彌散共格析出，在長(zhǎng)期時(shí)效或長(zhǎng)期應(yīng)用期間，有向 相轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，使強(qiáng)度下降。(ni3(al 、ti)相的數(shù)量次于 相，呈球狀彌散析出，對(duì)合金起一部分強(qiáng)化作用。 相主要在晶界析出，其形貌與鍛造期間的終鍛溫

14、度有關(guān)，終鍛溫度在 900，形 成針狀，在晶界和晶內(nèi)析出；終鍛溫度達(dá) 930， 相呈顆粒狀，均勻分布；終鍛溫度達(dá) 950， 相呈短棒狀，分布于晶界為主； 終鍛溫度達(dá) 980，在晶界析出少量針狀 相，鍛件出現(xiàn)持久缺口敏感性。終鍛溫度達(dá)到 1020或更高，鍛件中無(wú) 相析出，晶粒 隨之粗化，鍛件有持久缺口敏感性。鍛造過(guò)程中， 相在晶界析出，能起到釘扎作用，阻礙晶粒粗化。4.3.2 l 相是變形 gh4169 合金中不允許存在的相，該相富鈮，存在于鑄錠枝晶間，降低鑄錠初熔點(diǎn)，鑄錠中 l 相固溶溫度和均勻化 時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖 4-2 。4.3.3 晶粒度4.3.3.1 合金在高溫固熔（保溫 2h ）時(shí)的晶

15、粒長(zhǎng)大傾向見(jiàn)圖 4-3。4.3.3.2 棒材（原始晶粒 99.5 級(jí)）經(jīng)不同溫度加熱并以不同變形量鍛造變形后，再經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)熱處理（固溶溫度 965，1h），其晶 粒度的變化見(jiàn)表 4-1 。4.3.3.3 鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通鍛件平均晶粒度為 4 級(jí)，允許個(gè)別 2 級(jí)，高強(qiáng)鍛件平均晶粒度為 8 級(jí)，允許個(gè)別 2 級(jí)；直接時(shí)效鍛 件平均晶粒度應(yīng)為 10 級(jí)或更細(xì)。4.3.4 直接時(shí)效的鍛件在 600 700長(zhǎng)期時(shí)效 500h 后，析出相數(shù)量的變化見(jiàn)表 4-2。表 4-119以下變形程度的晶粒度/級(jí)鍛造加熱溫度/ 15% 25% 35% 55% 65% 80%鍛造加熱溫度/以下變形程度的晶粒度/級(jí)1

16、5% 25% 35% 55% 65% 80%1050 6 7 8 89 98 9(7) 1000 8 989 10 10 9 101030 7 889 87 89 89 980 8 910 10 910 10 11 111020 7表 4-211時(shí)效規(guī)范/直接時(shí)效狀態(tài)78 7 89 9 9析出相數(shù)量/%t/h -ni3nbmc6.45-ni3nb，-ni3(al，ti，nb) 19.216006507005005005006. 307. 4810.3120.6218.6815.18五、gh4169 工藝性能與要求5.1 成型性能5.1.1 因 gh4169 合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析程度與

17、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(guò)重， 至今采用的鋼錠直徑不大于 508mm 。均勻化工藝必須確保鋼錠中的 l 相完全熔解。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的鈮偏析程度直接相關(guān)。目前生產(chǎn)中采用的 1160，20h1180，44h 的均勻化工藝，尚不足以消除鋼錠中心的偏析，因此建議采用以下均勻化工藝： 1. 1150 1160， 2030h 1180 1190，110 130h；2. 1160， 24h1200， 70h20 。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(kāi)坯加熱溫