常州市百煉特鋼有限公司

一,、GH4169 概述

GH4169合金是以體心四方的γ"和面心立方的γ′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*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,，就能獲得可滿足不同強(qiáng)度級(jí)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,?？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(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),NC19FeNb(法 國)

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》

GB/T14992 《高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號(hào)》

HB 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：標(biāo)準(zhǔn)成分,、優(yōu)質(zhì)成分、高純成分,，見表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)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)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(hào)為GH4169A,。

表1-1[1] %

類別

C

Cr

Ni

Co

Mo

Al

Ti

Fe

標(biāo)準(zhǔn)

≤0.08

17.0~21.0

50.0~55.0

≤1.0

2.80~3.30

0.30~0.70

0.75~1.15

余

優(yōu)質(zhì)

0.02~0.06

17.0~21.0

50.0~55.0

≤1.0

2.80~3.30

0.30~0.70

0.75~1.15

余

高純

0.02~0.06

17.0~21.0

50.0~55.0

≤1.0

2.80~3.30

0.30~0.70

0.75~1.15

余

類別

Nb

B

Mg

Mn

Si

P

S

Cu

Ca

不大于

標(biāo)準(zhǔn)

4.75~5.50

0.006

0.01

0.35

0.35

0.015

0.015

0.30

0.01

優(yōu)質(zhì)

5.00~5.50

0.006

0.01

0.35

0.35

0.015

0.015

0.30

0.01

高純

5.00~5.50

0.006

0.005

0.35

0.35

0.015

0.002

0.30

0.005

續(xù)表1-1 %

類別	Bi	Sn	Pb	Ag	Se	Te	Tl	N	O
	不大于
標(biāo)準(zhǔn)	---	---	0.0005	---	0.0003	---	---	---	---
優(yōu)質(zhì)	0.001	0.005	0.001	0.001	0.0003	---	---	0.01	0.01
高純	0.00003	0.005	0.001	0.001	0.0003	0.00005	0.0001	0.01	0.005

                                     

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(jí)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(duì)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。

經(jīng)此制度處理的材料有δ相,，有利于消除缺口敏感性,，是**常用的熱處理制度，也稱為標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度,。

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)格和供應(yīng)狀態(tài) 可以供應(yīng)模鍛件（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)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(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)中的各種靜止件和轉(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,，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 GH4169 熱性能

2.1.1 GH4169 熔化溫度范圍  1260～1320℃。

2.1.2 GH4169 熱導(dǎo)率  見表2-1,。

表2-1[2]

θ/℃	11	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
λ/（W/（m·℃））	13.4	14.7	15.9	17.8	18.3	19.6	21.2	22.8	23.6	7.6	30.4

2.1.3 GH4169 比熱容 見表2-2,。

2.1.4 GH4169線膨脹系數(shù) 見表2-3；

2.2 GH4169密度  ρ=8.24g/cm3,。

2.3 GH4169電性能  

表2-2[2]

θ/℃	300	400	500	600	700	800	900	1000
c/（J/（kg·℃））	481.4	493.9	514.8	539.0	573.4	615.4	657.2	707.4

表2-3[2]

θ/℃	20～100	20～200	20～300	20～400	20～500	20～600	20～700	20～800	20～900	20～1000
α/10-6℃-1	11.8	13.0	13.5	14.1	14.4	14.8	15.4	17.0	18.4	18.7

2.4 GH4169磁性能  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

θ/℃	600	700	800	900	1000
氧化速率/(g/(m2·h))	0.0176	0.0277	0.0351	0.0961	0.1620

 

 

三,、GH4169力學(xué)性能

 

 優(yōu)質(zhì)棒材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見表3-1,。

表3-1[1]

注：熱處理制度：Ⅱ。

 

 

 

四,、GH4169工藝性能與要求

 

4.1 成型性能

4.1.1 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(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,。

均勻化工藝必須確保鋼錠中的L相熔解。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℃,，20h±1180℃,，44h的均勻化工藝,，尚不足以消除鋼錠中心的偏析，因此建議采用以下均勻化工藝：

1. 1150～1160℃,，20～30h＋1180～1190℃,，110～130h；

2. 1160℃,，24h＋1200℃,，70h[20]。

4.1.2 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930～950℃之間為宜,。

毛細(xì)管 / 可伐合金加工件
可伐合金毛細(xì)管（4J29、4J50,、4J42,、4J36）、無氧銅毛細(xì)管,、純鎳毛細(xì)管
軟磁合金：1J50,、1J79、1J85,、1J22
高溫合金：GH4169,、GH2132、GH4145,、Inconel 718,、GH3030、GH3044,、GH3039
精密合金：4J36,、4J29、4J33,、4J32,、4J42、4J50,、4J34
熱噴涂絲：鎳鋁合金絲Ni9**l5,、Inconel 625、ERNiCrMo-3、Cr43Ni55Ti,、45ct、ERNiCrMo-4耐腐蝕合金：Incoloy800,、Inconel x750,、Inconel 600、Inconel 625,、蒙乃爾合金,、哈氏合金
鎳銅合金：蒙乃爾400，蒙乃爾K500 等
管材：可伐合金管,、膨脹合金管,、高溫合金管、耐腐蝕合金管
主營:帶材,、板材,、毛細(xì)管、棒材,、管材,、微型絲

 張小偉：13775512571