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(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

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)動機轉(zhuǎn)動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》

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，見表1-1。優(yōu)質(zhì)成分的在標準成分的基礎(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(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ω（B）≤0.002%時，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] %

類別

C

Cr

Ni

Co

Mo

Al

Ti

Fe

標準

≤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

標準

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
標準	---	---	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，從而獲得不同級別的力學性能。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。

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，也稱為標準熱處理制度。

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(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(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  1260～1320℃。

2.1.2 GH4169 熱導率  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化學性能

2.5.1 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2-4

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力學性能

 

 優(yōu)質(zhì)棒材技術(shù)標準規(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。

毛細管 / 可伐合金加工件
可伐合金毛細管（4J29、4J50、4J42、4J36）、無氧銅毛細管、純鎳毛細管
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、毛細管、棒材、管材、微型絲

 張小偉：13775512571