??????gh4169無(wú)縫管

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(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,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?？芍瞥杀P、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。    

1.1 GH4169 材料牌號(hào)  GH4169(GH169)

1.2 GH4169 相近牌號(hào)  Inconel 718(美國(guó)),NC19FeNb(法 國(guó))

1.3 GH4169 材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)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(dòng)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(hào)》

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(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(jiàn)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

續(xù)表1-1 %

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

gh4169無(wú)縫管                                     

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(jí)別的力學(xué)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(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。

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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度和沖擊性能。該制度也稱為直接時(shí)效熱處理制度。

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。

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。

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 物理及化學(xué)性能

 GH4169 熱性能

 GH4169 熔化溫度范圍  1260～1320℃。

GH4169 熱導(dǎo)率  見(jiàn)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(jiàn)表2-2。

2.1.4 GH4169線膨脹系數(shù) 見(jiàn)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(wú)磁性。

2.5 GH4169化學(xué)性能

2.5.1 GH4169抗氧化性能 在空氣介質(zhì)中試驗(yàn)100h后的氧化速率見(jiàn)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(xué)性能 

 優(yōu)質(zhì)棒材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能見(jiàn)表3-1。

表3-1[1]

規(guī)格 d/mm	取樣方向	θ/℃	拉伸性能   不小于				HBS	持久性能
			σP0.2/MPa	σb/MPa	δ5/%	ψ/%		σ/MPa	t/h	δ5/%
≤125	縱向	20 650	1030 860	1280 1000	12 12	15 15	≥346 ---	--- 690	--- ≥25	--- ≥5
126~200	橫向	20 650	1030 860	1240 965	6 6	8 8	--- ---	--- 690	--- ≥25	--- ---
＞200	橫向	20 650	1020 800	1230 900	6 6	8 8	--- ---	--- 690	--- ≥25	--- ---

注：熱處理制度：Ⅱ。

四、GH4169組織結(jié)構(gòu)

相變溫度 γ"相是該合金的主要強(qiáng)化相，其高穩(wěn)定溫度是650℃，開(kāi)始固熔溫度為840～870℃，全固熔溫度是950℃，γ′相也是該合金的強(qiáng)化相，但數(shù)量少于γ"相，其析出溫度是600℃，全熔解溫度是840℃；δ相的開(kāi)始析出溫度是700℃，析出峰溫度是940℃，980℃開(kāi)始熔解，全熔解溫度是1020℃。

 時(shí)間-溫度-組織轉(zhuǎn)變曲線 見(jiàn)圖4-1。

合金組織結(jié)構(gòu)

合金標(biāo)準(zhǔn)熱處理狀態(tài)的組織由γ基體、γ′、γ"、δ、NbC相組成。γ"(Ni3Nb)相是主要強(qiáng)化相，為體心四方有序結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)定相，呈圓盤狀在基體中彌散共格析出，在長(zhǎng)期時(shí)效或長(zhǎng)期應(yīng)用期間，有向δ相轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，使強(qiáng)度下降。γ′(Ni3(Al、Ti))相的數(shù)量次于γ"相，呈球狀彌散析出，對(duì)合金起一部分強(qiáng)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(guān)，終鍛溫度在900℃，形成針狀，在晶界和晶內(nèi)析出；終鍛溫度達(dá)930℃，δ相呈顆粒狀，均勻分布；終鍛溫度達(dá)950℃，δ相呈短棒狀，分布于晶界為主；終鍛溫度達(dá)980℃，在晶界析出少量針狀δ相，鍛件出現(xiàn)持久缺口敏感性。終鍛溫度達(dá)到1020℃或更高，鍛件中無(wú)δ相析出，晶粒隨之粗化，鍛件有持久缺口敏感性。鍛造過(guò)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，存在于鑄錠枝晶間，降低鑄錠初熔點(diǎn)，鑄錠中L相固溶溫度和均勻化時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖4-2。

晶粒度

合金在高溫固熔（保溫2h）時(shí)的晶粒長(zhǎng)大傾向見(jiàn)圖4-3。

棒材（原始晶粒9～9.5級(jí)）經(jīng)不同溫度加熱并以不同變形量鍛造變形后，再經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)熱處理（固溶溫度965℃，1h），其晶粒度的變化見(jiàn)表4-1。

鍛件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通鍛件平均晶粒度為4級(jí)，允許個(gè)別2級(jí)，高強(qiáng)鍛件平均晶粒度為8級(jí)，允許個(gè)別2級(jí)；直接時(shí)效鍛件平均晶粒度應(yīng)為10級(jí)或更細(xì)。

直接時(shí)效的鍛件在600～700℃長(zhǎng)期時(shí)效500h后，析出相數(shù)量的變化見(jiàn)表4-2。

表4-1[19]

鍛造加熱溫度/℃	以下變形程度的晶粒度/級(jí)						鍛造加熱溫度/℃	以下變形程度的晶粒度/級(jí)
	15%	25%	35%	55%	65%	80%		15%	25%	35%	55%	65%	80%
1050 1030 1020	6 7 7	7 8 7～8	8 8～9 7	8～9 8～7 8～9	9～8 8～9 9	9(7) 8～9 9	1000 980	8 8	9 9～10	8～9 10	10 9～10	10～9 10～11	10 11

表4-2[11]

時(shí)效規(guī)范		析出相數(shù)量/%
θ/℃	t/h	δ-Ni3Nb＋MC	γ"-Ni3Nb， γ′-Ni3(Al，Ti，Nb)
直接時(shí)效狀態(tài)		6.45	19.21
600 650 700	500 500 500	6.30 7.48 10.31	20.62 18.68 15.18

 五、GH4169工藝性能與要求

成型性能

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(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。

均勻化工藝必須確保鋼錠中的L相全熔解。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]。

5.1.2 經(jīng)均勻化處理的合金具有良好的熱加工性能，鋼錠的開(kāi)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)廠的生產(chǎn)條件而定。開(kāi)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(lái)確定，一般情況下，鍛造的終鍛溫度控制在930～950℃之間為宜。各類鍛件的鍛造溫度和變形程度見(jiàn)表5-1。

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