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GH4169/GH169/Inconel 718 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，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，合金号为GH4169A。
表1-1[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，有利于消除缺口感性，是最常用的热处理制度，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[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[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 |
