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上海宝屿 —— 宝武集团上海宝钢特殊钢公司合作单位,特种合金制造专家!

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    GH4169
    中国牌号:GH4169/GH169高温合金
    美国牌号:Inconel 718/UNS NO7718
    法国牌号:NC19FeNb

    一、GH4169(inconel718,N07718)高温合金概述:

    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特别敏感,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、GH4169材料牌号:GH4169(GH169)
    2、GH4169相近牌号:Inconel 718(美国),NC19FeNb(法 国)
    3、GH4169材料的技术标准:
    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,合金牌号为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
    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
    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
    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
    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:
    (1)、(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,存在缺口敏感性,但对提高冲击性能和抵抗低温氢脆有利。
    (2)、(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,有利于消除缺口敏感性,是最常用的热处理制度,也称为标准热处理制度。
    (3)、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。
    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。
    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。
    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(inconel718,N07718)高温合金物理及化学性能:
    1、GH4169 热性能:

    (1)、GH4169 熔化温度范围  1260~1320℃。
    (2)、GH4169 热导率:见表2-1
    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 比热容 见表2-2。
    (4)、 GH4169线膨胀系数 见表2-3;
    2、GH4169密度:ρ=8.24g/cm3
    3、GH4169电性能:见表2-2
    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
     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:合金无磁性。
    5、GH4169化学性能:
    6、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
    三、GH4169(inconel718,N07718)高温合金性能要求:
    1、因GH4169合金中铌含量高,合金中的铌偏析成份都与冶金工艺直接相关。电渣重熔和真空电弧熔炼的熔炼速度和电极棒的质量状态直接影响材质的优劣。熔速快,易形成富铌的黑斑;熔速慢,会形成贫铌的白斑;电极棒表面质量差和电极棒内部有裂纹,均易导致白斑的形成,所以,提高电极棒质量和控制熔速及提高钢锭的凝固速率是冶炼工艺的关键因素。为避免钢锭中的元素偏析过重,至今采用的钢锭直径不大于508mm。品均化工艺必须确保钢锭中的L相完全溶解。钢锭两阶段均匀化和中间坯二次均匀化处理的时间,根据钢锭和中间坯的直径而定。均匀化工艺的控制与材料中铌的偏析成都直接相关。目前生产中采用的1160℃,20h+1180℃,44h的均匀化工艺,尚不足以消除钢锭中心的偏析,因此建议采用以下工艺:
    (1)、1150℃~1160℃,20h~30h+1180℃~1190℃,110h~130h;
    (2)、1160℃,24h+1200℃,70h。
    2、经均匀化处理的合金具有良好的热加工性能。钢锭的开坯加热温度不得超过1120℃。锻件的锻造工艺应根据锻件使用状况和应用要求,结合生产厂的条件而定。开坯和生产锻件时,中间退火温度和终端温度必须跟军零件所需要的组织状态和性能来确定,一般情况下,锻造的终端温度控制在930℃~950℃之间为宜。个类锻件的锻造温度和变形程度见表3-1
    表3-1
    锻件类别 第一次锻造 第一次锻造 第二次锻造 第二次锻造 晶粒度/级 晶粒度/级
      加热温度/℃ 变形量/% 加热温度/℃ 变形量/% 基本晶粒 个别大晶粒
    普通 1065~1090 --- 1040~1065 --- 4~6 允许
    高强 1040~1065 --- 1010~1040 30~50 8 ≥2
    直接时效 995~1025 >50 970~995 >50 10 ≥2
    四、GH4169(inconel718,N07718)高温合金加工:
    1、预热:工件在加热之前和加热过程中都必须进行表面清理,保持表面清洁。若加热环境含有硫、磷、铅或其他低熔点金属,GH4169合金将变脆。杂质来源于做标记的油漆、粉笔、润滑油、水、燃料等。燃料的硫含量要低,如液化气和天然气的杂质含量要低于0.1%,城市煤气的硫含量要低于0.25g/m3,石油气的硫含量低于0.5%是理想的。
    加热的电炉最好要具有较精确的控温能力,炉气必须为中性或弱碱性,应避免炉气成分在氧化性和还原性中波动。
    2、热加工:GH4169合金合适的热加工温度为1120-900℃,冷却方式可以是水淬或其他快速冷却方式,热加工后应及时退火以保证得到最佳的性能。热加工时材料应加热到加工温度的上限,为了保证加工时的塑性,变形量达到20%时的终加工温度不应低于960℃。
    3、冷加工:冷加工应在固溶处理后进行,GH4169的加工硬化率大于奥氏体不锈钢,因此加工设备应作相应调整,并且在冷加工过程中应有中间退火过程。
    4、热加工: 
    (1)、热处理:
    不同的固溶处理和时效处理工艺会得到不同的材料性能。由于γ”相的扩散速率较低,所以通过长时间的时效处理能使GH4169合金获得最佳的机械性能。
    (2)、打磨:
    在GH4169工件焊缝附近的氧化物要比不锈钢的更难以去除,需要用细砂带打磨,在硝酸和氢氟酸的混合酸中酸洗之前,也要用砂纸去除氧化物或进行盐浴预处理。
    (3)、机加工:
    GH4169的机加工需在固溶处理后进行,要考虑到材料的加工硬化性,与奥氏体不锈钢不同的是, GH4169适合采用低表面切削速度。
    (4)、焊接:
    沉淀硬化型的GH4169合金很适合于焊接,无焊后开裂倾向。适焊性、易加工性、高强度是这种材料的几大优点。GH4169适合于电弧焊、等离子焊等。在焊接前,材料表面要洁净、无油污、无粉笔记号等,焊缝周围25mm 范围内要打磨露出光亮的金属。
    5、推荐使用的焊接材料: 焊条:ENiCrFe-3,焊丝:ERNiCr-3
    四、GH4169(inconel718,N07718)高温合金品种规格与供应状态:
    1、品种分类:上海宝屿特种合金可生产各种规格的GH4169无缝管、GH4169钢板、GH4169圆钢、GH4169锻件、GH4169法兰、GH4169圆环、GH4169焊管、GH4169钢带、GH4169丝材及配套GH4169焊材。
    2、交货状态:无缝管:固溶+酸白,长度可定尺;板材:固溶、酸洗、切边;焊管:固溶酸白+RT%探伤,锻件:退火+车光;棒材以锻轧状态、表面磨光或车光;带材经冷轧、固溶软态、去氧化皮交货;丝材以固溶酸洗盘状或直条状、固溶直条细磨光状态交货。

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