GH4169高溫合金是以體心四方的γ"和面心立方的γ′相沉澱強化的鎳基高溫合金。
基本介紹
- 中文名：GH4169高溫合金
- 屬性：合金
- 類別：高溫合金
- 相關名詞：高溫合金
概況,熱處理制度,特殊要求,合金組織結構,處理工藝,
概況
GH4169高溫合金在-253～700℃溫度範圍內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首位,並具有良好的抗疲勞、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定性，能夠製造各種形狀複雜的零部件，在宇航、核能、石油工業中，在上述溫度範圍內獲得了極為廣泛的套用。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律及組織與工藝、性能間的相互關係，可針對不同的使用要求制定合理、可行的工藝規程，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、環件、板、帶、絲、管等。可製成盤、環、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板材結構件、機匣等零部件在航空上長期使用。
GH4169 材料牌號 GH4169(GH169)
GH4169 相近牌號 Inconel 718(美國),NC19FeNb(法 國)
GH4169 材料的技術標準
GJB 2612-1996 《焊接用高溫合金冷拉絲材規範》
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範》
GJB 1952 《航空用高溫合金冷軋薄板規範》
GJB 1953 《航空發動機轉動件用高溫合金熱軋棒材規範》
GJB 2612 《焊接用高溫合金冷拉絲材規範》
GJB 3317 《航空用高溫合金熱軋板材規範》
GJB 2297 《航空用高溫合金冷拔（軋）無縫管規範》
GJB 3020 《航空用高溫合金環坯規範》
GJB 3167 《冷鐓用高溫合金冷拉絲材規範》
GJB 3318 《航空用高溫合金冷軋帶材規範》
GJB 2611 《航空用高溫合金冷拉棒材規範》
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 《高溫合金坯件毛坏》
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》
GH4169 化學成分
該合金的化學成分分為3類：標準成分、優質成分、高純成分。優質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量，減少疲勞源和增加強化相的數量，提高抗疲勞性能和材料強度。同
時減少有害雜質和氣體含量。高純成分是在優質標準基礎上降低硫和有害雜質的含量，提高材料純度
和綜合性能。
核能套用的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商確定。
當ω（B）≤0.002%時，為與宇航工業用的GH4169合金加以區別，合金牌號為GH4169A。
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。
經此制度處理的材料晶粒粗化，晶界和晶內均無δ相，存在缺口敏感性，但對提高衝擊性能和抵
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。
經此制度處理的材料有δ相，有利於消除缺口敏感性，是最常用的熱處理制度，也稱為標準熱處
理制度。
Ⅲ：720℃±5℃，8h,以50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。
經此制度處理後，材料中的δ相較少，能提高材料的強度和衝擊性能。該制度也稱為直接時效熱
處理制度。
GH4169 品種規格和供應狀態
可以供應模鍛件（盤、整體鍛件）、餅、環、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、交貨狀態由供需雙方商定。絲材以商定的交貨狀態成盤狀交貨
。
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。可根據零件的使用要求，選擇所需的冶煉工藝，滿足套用要求。
特殊要求
製造航空和航天發動機中的各種靜止件和轉動件，如盤、環件、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構件；製造核能工業套用的各種彈性元件和格架；製造石油和
化工領域套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套用不斷擴大的基礎上，為提高質量和降低成本，
發展了很多新工藝：真空電弧重熔是採用氦氣冷卻工藝，有效減輕鈮偏析；採用噴射成型工藝，生產
環件，降低生產成本和縮短生產周期；採用超塑成型工藝，擴大產品的生產範圍。
GH4169 熔化溫度範圍 1260～1320℃。
GH4169密度 ρ=8.24g/cm3。
GH4169磁性能 合金無磁性。
GH4169相變溫度
γ"相是該合金的主要強化相，其最高穩定溫度是650℃，開始固熔溫度為840～870℃，完全固熔
溫度是950℃，γ′相也是該合金的強化相，但數量少於γ"相，其析出溫度是600℃，完全熔解溫度是
840℃；δ相的開始析出溫度是700℃，析出峰溫度是940℃，980℃開始熔解，完全熔解溫度是1020℃
。
合金組織結構
合金標準熱處理狀態的組織由γ基體、γ′、γ"、δ、NbC相組成。γ"(Ni3Nb)相是主要強化相
，為體心四方有序結構的亞穩定相，呈圓盤狀在基體中彌散共格析出，在長期時效或長期套用期間，
有向δ相轉變的趨勢，使強度下降。γ′(Ni3(Al、Ti))相的數量次於γ"相，呈球狀彌散析出，對合
金起一部分強化作用。δ相主要在晶界析出，其形貌與鍛造期間的終鍛溫度有關，終鍛溫度在900℃，
形成針狀，在晶界和晶內析出；終鍛溫度達930℃，δ相呈顆粒狀，均勻分布；終鍛溫度達950℃，δ
相呈短棒狀，分布於晶界為主；終鍛溫度達980℃，在晶界析出少量針狀δ相，鍛件出現持久缺口敏感
性。終鍛溫度達到1020℃或更高，鍛件中無δ相析出，晶粒隨之粗化，鍛件有持久缺口敏感性。鍛造
過程中，δ相在晶界析出，能起到釘扎作用，阻礙晶粒粗化。
L相是變形GH4169合金中不允許存在的相，該相富鈮，存在於鑄錠枝晶間，降低鑄錠初熔點，鑄錠
中L相固溶溫度和均勻化時間的關係見圖4-2。
GH4169工藝性能與要求
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。電渣重熔和真空電弧熔煉
的熔煉速度和電極棒的質量狀態直接影響材質的優劣。熔速快，易形成富鈮的黑斑；熔速慢，會形成
貧鈮的白斑；電極棒表面質量差和電極棒內部有裂紋，均易導致白斑的形成，所以，提高電極棒質量
和控制熔速及提高鋼錠的凝固速率是冶煉工藝的關鍵因素。為避免鋼錠中的元素偏析過重，至今採用
的鋼錠直徑不大於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。
目前生產中採用的1160℃，20h±1180℃，44h的均勻化工藝，尚不足以消除鋼錠中心的偏析，因
此建議採用以下均勻化工藝：
1. 1150～1160℃，20～30h+1180～1190℃，110～130h；
2. 1160℃，24h+1200℃，70h[20]。
經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
工藝應根據鍛件使用狀況和套用要求，結合生產廠的生產條件而定。開坯和生產鍛件是，中間退火溫
度和終鍛溫度必須根據零件所要求的組織狀態和性能來確定，一般情況下，鍛造的終鍛溫度控制在930
～950℃之間為宜。
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。
對直接時效狀態的零部件，推薦採用慣性摩擦焊以保持其強化效果，選用合適的摩擦焊工藝參數
，在保留細晶組織的同時，焊縫邊緣及熱影響區還可以保留強化相γ′和γ"以及δ相，因此對接頭性
能無明顯影響，對直接時效的鍛件，可在鍛造狀態進行摩擦焊，焊後再進行直接時效處理（制度Ⅲ）
，可獲得持久強度很高的焊接接頭[21]。
處理工藝
航空零件的熱處理通常按1.5條規定的Ⅱ、Ⅲ兩種制度，即標準熱處理制度和直接時效熱處理制度
進行。再有技術依據的條件下，也可採用其他制度熱處理。按標準制度熱處理時，固溶處理可在950～
980℃範圍內，在選定的溫度±10℃下進行。
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。
對要求噴塗耐磨封嚴塗層的零件，可採用等離子噴塗或爆炸噴塗工藝，以爆炸噴塗為佳，爆炸噴
塗塗層與基體結合強度高，塗層緻密、硬度高、孔隙率低，耐磨性好。
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生。
