 GH4169
中國(guó)牌號(hào)：GH4169/GH169高溫合金
美國(guó)牌號(hào)：Inconel 718/UNS NO7718
法國(guó)牌號(hào)：NC19FeNb
一、GH4169（inconel718，N07718）高溫合金概述：
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。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(jī)匣等零部件在航空上長(zhǎng)期使用。
1、GH4169材料牌號(hào)：GH4169(GH169)
2、GH4169相近牌號(hào)：Inconel 718(美國(guó)),NC19FeNb(法 國(guó))
3、GH4169材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：
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，合金牌號(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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
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：
(1)、(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(wú)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。
(2)、(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，是最常用的熱處理制度，也稱為標(biāo)準(zhǔn)熱處理制度。
(3)、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。
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。
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?？筛鶕?jù)零件的使用要求，選擇所需的冶煉工藝，滿足應(yīng)用要求。
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(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（inconel718，N07718）高溫合金物理及化學(xué)性能：
1、GH4169 熱性能：
(1)、GH4169 熔化溫度范圍 1260～1320℃。
(2)、GH4169 熱導(dǎo)率：見表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 |
(3)、 GH4169 比熱容 見表2-2。
(4)、 GH4169線膨脹系數(shù) 見表2-3；
2、GH4169密度：ρ=8.24g/cm3。
3、GH4169電性能：見表2-2
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 |
4、GH4169磁性能：合金無(wú)磁性。
5、GH4169化學(xué)性能：
6、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（inconel718，N07718）高溫合金性能要求：
1、因GH4169合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析成份都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(guò)重，至今采用的鋼錠直徑不大于508mm。品均化工藝必須確保鋼錠中的L相完全溶解。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鈮的偏析成都直接相關(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，因此建議采用以下工藝：
(1)、1150℃~1160℃，20h~30h+1180℃~1190℃，110h~130h；
(2)、1160℃，24h+1200℃，70h。
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(guò)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)廠的條件而定。開坯和生產(chǎn)鍛件時(shí)，中間退火溫度和終端溫度必須跟軍零件所需要的組織狀態(tài)和性能來(lái)確定，一般情況下，鍛造的終端溫度控制在930℃~950℃之間為宜。個(gè)類鍛件的鍛造溫度和變形程度見表3-1
表3-1
|
鍛件類別 |
第一次鍛造 |
第一次鍛造 |
第二次鍛造 |
第二次鍛造 |
晶粒度/級(jí) |
晶粒度/級(jí) |
|
|
加熱溫度/℃ |
變形量/% |
加熱溫度/℃ |
變形量/% |
基本晶粒 |
個(gè)別大晶粒 |
|
普通 |
1065~1090 |
--- |
1040~1065 |
--- |
4~6 |
允許 |
|
高強(qiáng) |
1040~1065 |
--- |
1010~1040 |
30~50 |
8 |
≥2 |
|
直接時(shí)效 |
995~1025 |
>50 |
970~995 |
>50 |
10 |
≥2 |
四、GH4169（inconel718，N07718）高溫合金加工：
1、預(yù)熱：工件在加熱之前和加熱過(guò)程中都必須進(jìn)行表面清理，保持表面清潔。若加熱環(huán)境含有硫、磷、鉛或其他低熔點(diǎn)金屬，GH4169合金將變脆。雜質(zhì)來(lái)源于做標(biāo)記的油漆、粉筆、潤(rùn)滑油、水、燃料等。燃料的硫含量要低，如液化氣和天然氣的雜質(zhì)含量要低于0.1%，城市煤氣的硫含量要低于0.25g/m3，石油氣的硫含量低于0.5%是理想的。
加熱的電爐最好要具有較精確的控溫能力，爐氣必須為中性或弱堿性，應(yīng)避免爐氣成分在氧化性和還原性中波動(dòng)。
2、熱加工：GH4169合金合適的熱加工溫度為1120-900℃，冷卻方式可以是水淬或其他快速冷卻方式，熱加工后應(yīng)及時(shí)退火以保證得到最佳的性能。熱加工時(shí)材料應(yīng)加熱到加工溫度的上限，為了保證加工時(shí)的塑性，變形量達(dá)到20%時(shí)的終加工溫度不應(yīng)低于960℃。
3、冷加工：冷加工應(yīng)在固溶處理后進(jìn)行，GH4169的加工硬化率大于奧氏體不銹鋼，因此加工設(shè)備應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整，并且在冷加工過(guò)程中應(yīng)有中間退火過(guò)程。
4、熱加工：
(1)、熱處理：
不同的固溶處理和時(shí)效處理工藝會(huì)得到不同的材料性能。由于γ”相的擴(kuò)散速率較低，所以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)效處理能使GH4169合金獲得最佳的機(jī)械性能。
(2)、打磨：
在GH4169工件焊縫附近的氧化物要比不銹鋼的更難以去除，需要用細(xì)砂帶打磨，在硝酸和氫氟酸的混合酸中酸洗之前，也要用砂紙去除氧化物或進(jìn)行鹽浴預(yù)處理。
(3)、機(jī)加工：
GH4169的機(jī)加工需在固溶處理后進(jìn)行，要考慮到材料的加工硬化性，與奧氏體不銹鋼不同的是， GH4169適合采用低表面切削速度。
(4)、焊接：
沉淀硬化型的GH4169合金很適合于焊接，無(wú)焊后開裂傾向。適焊性、易加工性、高強(qiáng)度是這種材料的幾大優(yōu)點(diǎn)。GH4169適合于電弧焊、等離子焊等。在焊接前，材料表面要潔凈、無(wú)油污、無(wú)粉筆記號(hào)等，焊縫周圍25mm 范圍內(nèi)要打磨露出光亮的金屬。
5、推薦使用的焊接材料： 焊條：ENiCrFe-3，焊絲：ERNiCr-3
四、GH4169（inconel718，N07718）高溫合金品種規(guī)格與供應(yīng)狀態(tài)：
1、品種分類：特種合金可生產(chǎn)各種規(guī)格的GH4169無(wú)縫管、GH4169鋼板、GH4169圓鋼、GH4169鍛件、GH4169法蘭、GH4169圓環(huán)、GH4169焊管、GH4169鋼帶、GH4169絲材及配套GH4169焊材。
2、交貨狀態(tài)：無(wú)縫管：固溶+酸白，長(zhǎng)度可定尺；板材：固溶、酸洗、切邊；焊管：固溶酸白+RT%探傷，鍛件：退火+車光；棒材以鍛軋狀態(tài)、表面磨光或車光；帶材經(jīng)冷軋、固溶軟態(tài)、去氧化皮交貨；絲材以固溶酸洗盤狀或直條狀、固溶直條細(xì)磨光狀態(tài)交貨。 |
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