GH4169鎳基變形高溫合金資料

1、GH4169 鎳基變形高溫合金資料中國牌號：GH4169/GH169美國牌號：Inconel 718/UNS NO7718法國牌號：NC19FeNb一、 GH4169 概述GH4169 合金是以體心四方的 丫 "和面心立方的y '相沉 淀強化的鎳基高溫合金， 在-253700 C溫度范圍內(nèi)具有良好 的綜合性能,650 C以下的屈服強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、焊接性能和長期組織穩(wěn)定性，能夠制造各種 形狀復雜的零部件，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用。該合金的另一特點是合金組織對熱加

2、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度級別和使用要求的各種零件。供應 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、環(huán)、葉片、軸、緊固件和彈性元件、 板材結(jié)構(gòu)件、機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 Inconel 718（ 美國）,NC19FeNb（法 國）1.3 GH4169材料的技術(shù)標準1.4 GH4169化學成分 該合金的化學成分分為 3類：標準成分、優(yōu)質(zhì)成分、高純成分

3、，見表1-1。優(yōu)質(zhì)成分的在標準成分的基礎上降碳增鈮，從而減少碳化鈮的數(shù)量，減少 疲勞源和增加強化相的數(shù)量，提高抗疲勞性能和材料強度。 同時減少有害雜質(zhì)和氣體含量。高純成分是在優(yōu)質(zhì)標準基礎 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3 （ B） < 0.002%時，為與宇航工業(yè)用的 GH4169合金加以區(qū)別，合金牌號為 GH4169A表1-1 %類別CCrNiC oMoAlTiFe標準0.0817.021.050.055.01.02.803.300.300.700.751.15余優(yōu)0.021

4、7.050.02.800.300.75余質(zhì)0.0621.055.01.03.300.701.15高0.0217.050.02.800.300.751余純0.0621.055.03.300.701.150類BMgMSiPSCuCaNb別n不大于標4.750.30.30.00.0060.010.0150.0150.30準5.50551優(yōu)5.000.30.30.00.0060.0150.0150.30質(zhì)5.500.01551高5.000.000.30.30.00.0060.0150.0020.30純5.5055505類BiSnPbAgSeTeTlNO別不大于標0.000.00準0503優(yōu)0.000.

5、000.000.000.00.001-0.01質(zhì)511031高0.0000.000.000.000.000.0000.000.00.00純03511030501151.5 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 3相形貌、分布和數(shù)量，從而獲得不同級別 的力學性能。合金熱處理制度分 3類：I: （10101065） C±0C, 1h,油冷、空冷或水冷+720C±5C, 8h,以 50C /h 爐冷至 620C±5C, 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3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。n：

6、（950980）C ±10C, 1h,油冷、空冷或水冷 +720C ±5C, 8h,以 50 C /h 爐冷至 620C ±5C, 8h,空冷。經(jīng)此制度處理的材料有3相，有利于消除缺口敏感性，是最常用的熱處理制度，也稱為標準熱處理制度。川：720 C± 5C, 8h,以 50 C /h 爐冷至 620 C± 5 C, 8h , 空冷。經(jīng)此制度處理后，材料中的3相較少，能提高材料的強度和沖擊性能。該制度也稱為直接時效熱處理制度。1.6 GH4169品種規(guī)格和供應狀態(tài) 可以供應模鍛件（盤、 整體鍛件）、餅、環(huán)、棒（鍛棒、軋棒、冷拉棒）、板、絲、帶、

7、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)成盤狀交貨。1.7 GH4169熔煉和鑄造工藝 合金的冶煉工藝分為 3類：真空感應加電渣重熔；真空感應加真空電弧重熔；真空 感應加電渣重熔加真空電弧重熔?？筛鶕?jù)零件的使用要求， 選擇所需的冶煉工藝，滿足應用要求。1.8 GH4169應用概況與特殊要求 制造航空和航天發(fā)動機 中的各種靜止件和轉(zhuǎn)動件，如盤、環(huán)件、機匣、軸、葉片、 緊固件、彈性元件、燃氣導管、密封元件等和焊接結(jié)構(gòu)件； 制造核能工業(yè)應用的各種彈性元件和格架；制造石油和化工 領(lǐng)域應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用不斷 擴

8、大的基礎上，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，擴大產(chǎn)品的生產(chǎn)范圍。二、GH4169物理及化學性能2.1 GH4169 熱性能2.1.1 GH4169熔化溫度范圍 12601320C。2.1.2 GH4169熱導率 見表2-1。表 2-12e E111002003004005006007008009001000入/(W/1314151718192122237.30(m- °C.4.7.9.8.3.6.2.8.66.4)2.1.3 GH4169 比熱容

9、見表2-2。2.1.4 GH4169線膨脹系數(shù) 見表2-3;2.2 GH4169密度p=24 g/cm3。2.3 GH4169電性能表 2-22ec3004005006007008009001000c/ ( J/(kg c)481.4493.9514.8539.0573.4615.4657.2707.4表 2-32ec201002020020300204002050020600207002080020900201000a /10C -111.813.013.514.114.414.815.417.018.418.72.4 GH4169 磁性能 合金無磁性。2.5 GH4169 化學性能2.5.

10、1 GH4169抗氧化性能 在空氣介質(zhì)中試驗100h后的氧化速率見表 2-4表2-4e E6007008009001000氧化速率/(g/(m2 h)0.01760.02770.03510.09610.1620三、GH4169力學性能GH4169優(yōu)質(zhì)棒材技術(shù)標準規(guī)定的性能見表3-1規(guī)格d/mm取樣 方 向e/C拉伸性能不小于HBS持久性能OP0.2/MPa免/MPaS/%屮/%a /MPat/h%< 125縱向S S °10308601280100012121515346690255126200橫向呂 S °10308601240965668869025> 20

11、0橫201020123068表3-11四、GH4169組織結(jié)構(gòu)4.1 GH4169相變溫度 丫 "相是該合金的主要強化相，其最高穩(wěn)定溫度是 650C,開始固熔溫度為 840870C，完全 固熔溫度是950 C, 丫 相也是該合金的強化相，但數(shù)量少 于Y "相，其析出溫度是 600 C,完全熔解溫度是 840 C； 8 相的開始析出溫度是 700C,析出峰溫度是 940C, 980C開 始熔解，完全熔解溫度是1020 C。4.2 GH4169 時間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 見圖4-1GH4169合金組織結(jié)構(gòu)431 GH4169合金標準熱處理狀態(tài)的組織由丫基體、丫、y "

12、、& NbC相組成。y "（Ni 3Nb）相是主要強化相， 為體心四方有序結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)定相，呈圓盤狀在基體中彌散共 格析出，在長期時效或長期應用期間， 有向3相轉(zhuǎn)變的趨勢， 使強度下降。y ' （Ni 3（Al、Ti）相的數(shù)量次于y "相，呈球 狀彌散析出，對合金起一部分強化作用。 3相主要在晶界析 出，其形貌與鍛造期間的終鍛溫度有關(guān)，終鍛溫度在900 C,形成針狀，在晶界和晶內(nèi)析出；終鍛溫度達930 C, 3相呈顆粒狀，均勻分布；終鍛溫度達950 C, 3相呈短棒狀，分布于晶界為主；終鍛溫度達 980 C,在晶界析出少量針狀3相，鍛件出現(xiàn)持久缺口敏感性。 終

13、鍛溫度達到1020C或更高， 鍛件中無 3相析出， 晶粒隨之粗化， 鍛件有持久缺口敏感性。 鍛造過程中， 3相在晶界析出，能起到釘扎作用，阻礙晶粒 粗化。4.3.2 GH4169L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，鑄錠中 L 相固溶溫度和均勻化時間的關(guān)系見圖 4-2。4.3.3 GH4169 晶粒度4.3.3.1 GH4169合金在高溫固熔（保溫 2h）時的晶粒長 大傾向見圖 4-3 。433.2 GH4169 棒材（原始晶粒 99.5級）經(jīng)不同溫度加熱并以不同變形量鍛造變形后，再經(jīng)過標準熱處理（固溶溫度965 C, 1h），其晶粒度的變

14、化見表 4-1 o4.3.3.3 GH4169鍛件技術(shù)標準規(guī)定，普通鍛件平均晶粒度為4級，允許個別2級，高強鍛件平均晶粒度為8級，允許個別2級；直接時效鍛件平均晶粒度應為10級或更細。4.3.4 GH4169 直接時效的鍛件在600700 C長期時效500h后，析出相數(shù)量的變化見表4-2 o鍛造 加 執(zhí)八、 溫以下變形程度的晶粒度/級15%25%35%55%65%80%鍛造 加 執(zhí)八、溫以下變形程度的晶粒度/級15%25%35%55%65%80%度/C度/C8910109(789109810507)6888800899910 110877898891011 130797010101010987

15、891120999表 4-2 11時效規(guī)范析出相數(shù)量/%e ct/h8-Ni 3Nb +MCY-Ni3Nb,yWAI , Ti,Nb)直接時效狀態(tài)6.4519.216005006.3020.626505007.4818.6870050010.3115.18五、GH4169工藝性能與要求5.1 GH4169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，均易導致白斑的形成，所以，提高 電極棒質(zhì)量和

16、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。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 1160C, 20h± 1180 C, 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. 11501160C, 2030h + 11801190C, 110130h;2. 1160 C, 24h1200C, 70h20 。5.1.2 經(jīng)均勻化處理

17、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 1 1 20 C 。鍛件的鍛造工藝應根據(jù)鍛 件使用狀況和應用要求,結(jié)合生產(chǎn)廠的生產(chǎn)條件而定。開坯 和生產(chǎn)鍛件是,中間退火溫度和終鍛溫度必須根據(jù)零件所要 求的組織狀態(tài)和性能來確定,一般情況下,鍛造的終鍛溫度控制在930950 C之間為宜。各類鍛件的鍛造溫度和變形程度見表5-1鍛造類別第一次鍛造第二次鍛造第三次鍛造加熱溫度/C變形量/%加熱溫度/c變形量/%加熱溫度/ c變形量/%1065 1040 普通1090106546允許咼強1040 1010 30 508> 2直接1065>501040>5010> 2時效

18、99597010259955-1175.1.3 GH4169與板材冷成形有關(guān)的性能見表5-25.1.4 GH4169鍛件的變形程度、終鍛溫度和晶粒尺寸之間的關(guān)系見圖5-1。5.1.5 GH4169 合金動態(tài)再結(jié)晶見圖 5-2。5.1.6 GH4169發(fā)動機葉片模鍛件由頂鍛和終鍛二道工序 模鍛而成，不同的鍛造加熱溫度對葉片綜合性能的影響見表 5-3，以1020C頂鍛和終鍛的葉片組織性能為最佳。GH4169合金在高溫下的變形抗力曲線見圖5-35.2 GH4169焊接性能 合金具有滿意的焊接性能，可用氬 弧焊、電子束焊、縫焊、點焊等方法進行焊接。對直接時效狀態(tài)的零部件，推薦采用慣性摩擦焊以保持其強化

19、效果，選用合適的摩擦焊工藝參數(shù)，在保留細晶組織的 同時，焊縫邊緣及熱影響區(qū)還可以保留強化相y和Y "以及3相，因此對接頭性能無明顯影響，對直接時效的鍛件， 可在鍛造狀態(tài)進行摩擦焊，焊后再進行直接時效處理（制度 川），可獲得持久強度很高的焊接接頭21。表5-2熔煉工-藝板厚/mm狀態(tài)杯突深度/mm反復彎曲次數(shù)極限深沖系數(shù)真空感應加電渣1.5950 C固溶11.517.51.96表 5-319鍛造加熱溫度20 C拉伸性能650 C拉伸性能650 C/C690M20終鍛100098010001020d°0.2/$/d°0.2/告/MPa MPa /p>

20、51422252.51040 201100.51035 231150 .523.2MPa MPa %.244.751.542.711151130112511218 22957955920.8 .222 29.4.517 21.2.518 25.6.5Pa持久性能t/%h4 5.8 25 112 .255.75412.8頂鍛105010201020109655.3 GH4169零件熱處理工藝航空零件的熱處理通常按1.5條規(guī)定的、川兩種制度，即標準熱處理 制度和直接時效熱處理制度進行。再有技術(shù)依據(jù)的條件下， 也可采用其他制度熱處理。按標準制度熱處理時，固溶處理 可在950980C范圍內(nèi)，在選定的溫

21、度土10C下進行。5.4 GH4169表面處理工藝 必要時可對零件表面局面進行 噴丸強化、孔擠壓強化或螺紋滾壓強化工序，使零件在交變 載荷條件下工作的壽命成倍增長。對要求噴涂耐磨封嚴涂層的零件，可采用等離子噴涂或爆炸噴涂工藝，以爆炸噴涂為佳，爆炸噴涂涂層與基體結(jié)合強 度高，涂層致密、硬度高、孔隙率低，耐磨性好。5.5 GH4169切削加工與磨削性能 合金可滿意地進行切削 加工。機械加工時必須確保圓弧達到設計要求和平滑過渡，不允許在機械加工、裝配或運輸中出現(xiàn)尖角、坑與劃傷缺口，因為在這些缺陷出，可形成過量的應力集中，在使用中會導致 嚴重事故的發(fā)生。六、GH4169（GH169）低溫抗拉及屈服性能（含熱處理