GH4169 镍基变形高温合金
中国牌号:GH4169/GH169、GH169 (GH4169)
美国牌号:Inconel 718/UNS NO7718
法国牌号:NC19FeNb
一、GH4169 概述
GH4169合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金,在-253~700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位,并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性,能够制造各种形状复杂的零部件,在宇航、核能、石油工业中,在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。
该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感,掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系,可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程,就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。
1.1 GH4169 材料牌号 GH4169(GH169)
1.2 GH4169 相近牌号 Inconel 718(美国),NC19FeNb(法 国)
1.3 GH4169 材料的技术标准
1.4 GH4169 化学成分 该合金的化学成分分为3类:标准成分、优质成分、高纯成分,见表1-1。优质成分的在标准成分的基础上降碳增铌,从而减少碳化铌的数量,减少疲劳源和增加强化相的数量,提高抗疲劳性能和材料强度。同时减少有害杂质和气体含量。高纯成分是在优质标准基础上降低硫和有害杂质的含量,提高材料纯度和综合性能。
核能应用的GH4169合金,需控制硼含量(其他元素成分不变),具体含量由供需双方协商确定。当ω(B)≤0.002%时,为与宇航工业用的GH4169合金加以区别,合 号为GH4169A。
表1-1%
类别 C Cr Ni Co Mo Al Ti Fe
标准 ≤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
优质 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
高纯 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
类别 Nb B Mg Mn Si P S Cu Ca
不大于
标准 4.75~5.50 0.006 0.01 0.35 0.35 0.015 0.015 0.30 0.01
优质 5.00~5.50 0.006 0.01 0.35 0.35 0.015 0.015 0.30 0.01
高纯 5.00~5.50 0.006 0.005 0.35 0.35 0.015 0.002 0.30 0.005
类别 Bi Sn Pb Ag Se Te Tl N O
不大于
标准 --- --- 0.0005 --- 0.0003 --- --- --- ---
优质 0.001 0.005 0.001 0.001 0.0003 --- --- 0.01 0.01
高纯 0.00003 0.005 0.001 0.001 0.0003 0.00005 0.0001 0.01 0.005
1.5 GH4169 热处理制度 合金具有不同的热处理制度,以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和数量,从而获得不同级别的力学性能。合金热处理制度分3类:
Ⅰ:(1010~1065)℃±10℃,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h,以50℃/h 炉冷至620℃±5℃,8h,空冷。
经此制度处理的材料晶粒粗化,晶界和晶内均无δ相,存在缺口敏感性,但对提高冲击性能和抵抗低温氢脆有利。
Ⅱ:(950~980)℃±10℃,1h,油冷、空冷或水冷+720℃±5℃,8h,以50℃/h 炉冷至620℃±5℃,8h,空冷。
经此制度处理的材料有δ相,有利于消除缺口敏感性,是 常用的热处理制度,也称为标准热处理制度。
Ⅲ:720℃±5℃,8h,以50℃/h炉冷至620℃±5℃,8h,空冷。
经此制度处理后,材料中的δ相较少,能提高材料的强度和冲击性能。该制度也称为直接时效热处理制度。
1.6 GH4169 品种规格和供应状态 可以供应模锻件(盘、整体锻件)、饼、环、棒(锻棒、轧棒、冷拉棒)、板、丝、带、管、不同形状和尺寸的紧固件、弹性元件等、交货状态由供需双方商定。丝材以商定的交货状态成盘状交货。
1.7 GH4169 熔炼和铸造工艺 合金的冶炼工艺分为3类:真空感应加电渣重熔;真空感应加真空电弧重熔;真空感应加电渣重熔加真空电弧重熔。可根据零件的使用要求,选择所需的冶炼工艺,满足应用要求。
1.8 GH4169 应用概况与特殊要求 制造航空和航天发动机中的各种静止件和转动件,如盘、环件、机匣、轴、叶片、紧固件、弹性元件、燃气导管、密封元件等和焊接结构件;制造核能工业应用的各种弹性元件和格架;制造石油和化工领域应用的零件及其他零件。
近年来,在对该合金研究不断深化和对该合金应用不断扩大的基础上,为提高质量和降低成本,发展了很多新工艺:真空电弧重熔是采用氦气冷却工艺,有效减轻铌偏析;采用喷射成型工艺,生产环件,降低生产成本和缩短生产周期;采用超塑成型工艺,扩大产品的生产范围。
二、GH4169 物理及化学性能
2.1 GH4169 热性能
2.1.1 GH4169 熔化温度范围 1260~1320℃。
2.1.2 GH4169 热导率 见表2-1。
表2-1
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 比热容 见表2-2。
2.1.4 GH4169线膨胀系数 见表2-3;
2.2 GH4169密度 ρ=8.24g/cm3。
2.3 GH4169电性能
表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
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 合金无磁性。
2.5 GH4169化学性能
2.5.1 GH4169抗氧化性能 在空气介质中试验100h后的氧化速率见表 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
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