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GH4169牌號 高溫合金加工參數

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點擊次數:2577 更新時間:2016年03月11日17:18:01 打印此頁 關閉

GH4169合金在-253~700℃溫度范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,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、焊接性能良好。能夠制造各種形狀復雜的零部件,在宇航、核能、石油工業及擠壓模具中,在上述溫度范圍內獲得了極為廣泛的應用。

 
 

1 GH4169 概述

  

GH4169帶材樣件

該合金的另一特點是合金組織對熱加工工藝特別敏感,掌握合金中向析出和溶解規律及組織與工藝、性能的相互關系,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??芍瞥杀P、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。[1]

1.1 GH4169 材料牌號

GH4169(GH169)

1.2 GH4169 相近牌號

Inconel718(美國),NC19FeNb(法國)

1.3 GH4169 材料的技術標準

GJB 2612-1996 《焊接用高溫合金冷拉絲材規范》
 
HB 6702-1993 《WZ8系列用GH4169合金棒材》
 
Q/6S 1034-1992 《高溫緊固件用GH4169合金棒材》
 
Q/3B 548-1996 《GH4169合金鍛件》
 
Q/3B 548-1996 《GH4169合金鍛件》
 
Q/3B 4048-1993 《YZGH4169合金棒材》
 
Q/3B 4050-1993 《GH4169合金板材》
 
Q/3B 4051-1993 《GH4169合金絲材》
 
GB/T14992-2005 《高溫合金》

1.4 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,件表1-1。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,減少疲勞源和增強強化相的數量,提高抗疲勞的含量,提高材料的純度和綜合性能。
 
核能應用的GH4169合金,需控制硼的含量(其他元素成分不變),具體含量有工序雙方協商確定。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。
 
表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
優質 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
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
類別 Nb B Mg Mn Si P S Cu Ca

 

 
不大于 不大于 不大于 不大于 不大于 不大于 不大于 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
優質 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 0.015 0.30 0.005
類別 Bi Sn Pb Ag Se Te Tl N O

 
不大于 不大于 不大于 不大于 不大于 不大于 不大于 不大于 不大于
標準 --- --- 0.0005 --- 0.0003 --- --- --- ---
優質 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 品種規格與狀態

可供應模鍛件(盤、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。交貨狀態有供需雙方商定。絲材以商定的交貨狀態成盤裝交貨。

1.7 GH4169 熔煉與鑄造工藝

合金的冶煉工藝分為3類:真空感應電渣重熔;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??筛鶕慵氖褂靡?,選擇所需的冶煉工藝,滿足應用要求。

1.8 GH4169 應用概況與特殊要求

制造航空和航天發動機中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;制造何能工業應用的各種彈性元件和格架;制造石油和化工領域應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用不斷擴大的基礎上,為提高質量和降低成本,發展了很多工藝:真空電弧重熔時采用氦氣冷卻工藝,有效的減輕鈮偏析;采用噴射成形工藝生產環件,降低成本和縮短生產周期;采用超塑成形工藝,擴大產品的生產范圍。
 

2 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 導熱率 見表2-1
 
表2-1
 
θ/℃ 11 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
λ/(W/(m·C)) 13.4 14.7 15.7 17.8 18.3 19.6 21.2 22.8 23.6 27.6 30.4
2.1.3 GH4169 比熱容 見表2-2。
 
表2-2
 
θ/℃ 300 400 500 600 700 800 900 1000
c/(J/(kg·C)) 481.4 493.9 514.8 539.0 573.4 615.3 657.2 707.4
2.1.4 GH4169 線膨脹系數 見表2-3。
 
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/10-6C-1 11.8 13.0 13.5 14.1 14.4 14.8 15.4 17.0 18.4 18.7

2.2 GH4169 密度

ρ=8.24g/cm3

2.3 GH4169 電性能

2.4 GH4169 磁能型

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/(m3·h)) 0.0176 0.0277 0.0351 0.0961 0.1620
 

3 GH4169 工藝性能與要求

3.1 GH4169性能
 
3.1.1 因GH4169合金中鈮含量高,合金中的鈮偏析成都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,已形成富鈮的黑斑;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鈮的偏析成都直接相關。
 
目前生產中采用的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。
 
5.1.2 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應用要求,結合生產廠的條件而定。開坯和生產鍛件時,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和性能來確定,一般情況下,鍛造的終端溫度控制在930℃~950℃之間為宜。個類鍛件的鍛造溫度和變形程度見表5-1
 
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 晶粒度/級

 
加熱溫度/℃ 變形量/% 加熱溫度/℃ 變形量/% 基本晶粒 個別大晶粒
普通 1065~1090 --- 1040~1065 --- 4~6 允許
高強 1040~1065 --- 1010~1040 30~50 8 ≥2
直接時效 995~1025 >50 970~995 >50 10 ≥2

GH4169 預熱

工件在加熱之前和加熱過程中都必須進行表面清理,保持表面清潔。若加熱環境含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬,GH4169合金將變脆。雜質來源于做標記的油漆、粉筆、潤滑油、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,應避免爐氣成分在氧化性和還原性中波動。

GH4169 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,熱加工后應及時退火以保證得到最佳的性能。熱加工時材料應加熱到加工溫度的上限,為了保證加工時的塑性,變形量達到20%時的終加工溫度不應低于960℃。

GH4169 冷加工

冷加工應在固溶處理后進行,GH4169的加工硬化率大于奧氏體不銹鋼,因此加工設備應作相應調整,并且在冷加工過程中應有中間退火過程。

GH4169 熱處理

不同的固溶處理和時效處理工藝會得到不同的材料性能。由于γ”相的擴散速率較低,所以通過長時間的時效處理能使GH4169合金獲得最佳的機械性能。

GH4169 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行鹽浴預處理。

GH4169 機加工

GH4169的機加工需在固溶處理后進行,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。

GH4169焊接

沉淀硬化型的GH4169合金很適合于焊接,無焊后開裂傾向。適焊性、易加工性、高強度是這種材料的幾大優點。
 
GH4169適合于電弧焊、等離子焊等。在焊接前,材料表面要潔凈、無油污、無粉筆記號等,焊縫周圍25mm 范圍內要打磨露出光亮的金屬。
 
GH4169 推薦使用的焊接材料:
 
GTAW/GMAW
 
Nicrofer S 5219
 
W.-Nr. 2.4667
 
SG-NiCr19NbMoTi
 
AWS A 5.14 ERNiFeCr-2
 
BS 2901 Part 5: NA 51
 

4 GH4169 功能考核試驗

用該合金制造的渦輪盤、甩油盤、整體轉子、軸、緊固件等零件已按照發動機所用的型號規范,在發動機零、部件試驗中通過了超轉、破裂、低循環疲勞試驗;通過了高空臺試車個長期(壽命)試車及試飛發射的考核,達到了設計和應用的要求。
 

5 GH4169 使用建議

推薦使用,使用中必須避免出現超過材料承受性能的應力集中。
 
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