GH4169的性能要求

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。

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

(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

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。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

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：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。

GH4169合金在-253～650℃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、焊接性能良好。能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业及挤压模具中，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

Inconel718（美国），NC19FeNb(法国）

1.3 GH4169 材料的技术标准

GJB 2612-1996 《焊接用高温合金冷拉丝材规范》

HB 6702-1993 《WZ8系列用GH4169合金棒材》

Q/6S 1034-1992 《高温紧固件用GH4169合金棒材》

Q/3B 548-1996 《GH4169合金锻件》

Q/3B 548-1996 《GH4169合金锻件》

Q/3B 4048-1993 《YZGH4169合金棒材》

Q/3B 4050-1993 《GH4169合金板材》

Q/3B 4051-1993 《GH4169合金丝材》

GB/T14992-2005 《高温合金》

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，件表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，减少疲劳源和增强强化相的数量，提高抗疲劳的含量，提高材料的纯度和综合性能。

核能应用的GH4169合金，需控制硼的含量（其他元素成分不变），具体含量有工序双方协商确定。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。

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，存在缺口敏感性，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。

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。

gh4169材料的性能具有以下特性

●易加工性

●在700℃时具有高的抗拉强度、疲劳强度、抗蠕变强度和断裂强度

●在1000℃时具有高抗氧化性

●在低温下具有稳定的化学性能

●良好的焊接性能

GH4169合金是含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金，在650℃以下时具有高强度、良好的韧性以及在高低温环境均具有耐腐蚀性。供货状态可以是固溶处理或沉淀硬化态。

应用领域

由于在700℃时具有高温强度和优秀的耐腐蚀性能、易加工性，可广泛应用于各种高要求的场合。●汽轮机●液体燃料火箭

●低温工程

●酸性环境

●核工程

相近牌号

GH4169、GH169（中国）、NC19FeNb（法国）、NiCr19Fe19Nb5Mo3（德国）、NA 51（英国）Inconel718、UNS NO7718(美国） NiCr19Nb5Mo3(ISO)

物理性能密度

密度ρ=8.24g/cm3

熔化温度范围

熔化温度范围1260～1320℃

加工和热处理

GH4169合金在机械加工领域属难加工材料。

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，Inconel718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。

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℃。

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。

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。

打磨

在Inconel718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。

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。

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。

3.1 GH4169性能
3.1.1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程度直接相关。
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。
5.1.2 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5-1
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 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。 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。
GH4169 推荐使用的焊接材料：
GTAW/GMAW
Nicrofer S 5219
W.-Nr. 2.4667
SG-NiCr19NbMoTi
AWS A 5.14 ERNiFeCr-2
BS 2901 Part 5: NA 51

GH4169沉淀强化镍基高温合金,镍基合金材料

GH4169特性及应用领域概述（勃西曼特钢摘录）：

该合金在-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、焊接性能良好。能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业及挤压模具中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。

GH4169相近牌号：

GH169、Inconel 718、UNS NO7718(美国)、NC19FeNb(法国)、W.Nr.2.4668(德国)

GH4169其他军标标准：

GJB 2611A 航空用高温合金冷拉棒材规范

GJB 2612 焊接用高温合金冷拉丝材规范

GJB3318A 航空用高温合金冷轧带材规范

GJB 3527 弹簧用高温合金冷拉丝材规范

GJB 5280 航空发动机用高温合金盘形锻件规范

GJB 5301 航空发动机用高温合金环形件规范

GJB 712A 航天用GH4169高温合金锻制圆饼规范

HB/Z 140 航空用高温合金热处理工艺

Q/5B 4040优质GH4169合金锻件

Q/3B 4048 (Q/5B 4029、抚高新13、协上五高22、C3S280)优质GH4169合金棒材

Q/3B 4056 (Q/5B 4009、抚高新11、协上五高24)高强GH4169合金压气机盘锻件

Q/3B 4054 (RJTO-10、抚高新10、协上五高23)直接时效GH4169合金压气机盘、涡轮盘锻件

Q/3B 4050 (Q/5B 4037、抚高新9、协上五高32) GH4169合金厚板、薄板和带材

Q/3B 4052 GH4169 合金毛细管材

GH4169热处理制度：

摘自HB/Z 140、GJB 712A、GJB 5301、Q/3B 4052 和Q/3B 4054,分标准热处理和直接时效处理两种。

标准热处理

a)盘形锻件、环形件,(950~980)℃+10℃X1h/OQ(或AC、或 WQ)+720℃土10℃X8h/FC(50℃士10℃/h)→620℃+10℃X8h/AC, HB 461~341;

b)航天用锻制圆饼,(950~1010)℃士10℃X1h/AC+720℃+10℃ X8h/FC(50℃/h)→620℃+10℃X8h/AC(或 FC);

c)丝材,955℃士10℃ × 1h/AC+720℃ 士10℃ ×8h/FC(50℃ 士10℃/h)→620℃士5℃X(7~8) h/ AC ，HRC≥ 32

d)棒材和锻件,(950~980)℃士10℃X1h/AC+720℃+5℃ X 8h/FC(50℃士10℃/h)→620℃士5℃X8h / AC, HB ≥346;

e)板材、焊接件:

制度I:(940~960)℃/AC+(710~730)℃X(8~8.5)h/FC(50℃士10℃/h)→(615~620)℃X(8~8.5)h/AC,其中固溶保温时间: δ (d)≤3mm, (25~30) min; δ(d)3mm~5mm, (30~35) min;

制度I:中间退火,(940~960)℃X(15~20)min/AC;

f)管材,955℃士10℃ X30min/AC(或风冷)+720℃士10℃X8h/FC(50℃土10℃/h)→620℃士10℃,使总保温时间不少于18h,空冷或风冷。

直接时效处理

盘形锻件直接时效制度:720℃土10℃X8h/FC(50℃士10℃/h)→620℃士10℃X8h/AC。

GH4169 金相组织结构：

该合金标准热处理状态的组织由γ基体γ'、γ'、δ、NbC相组成。

GH4169工艺性能与要求：

1、因GH4169合金中铌含量高,合金中的铌偏析程度与冶金工艺直接有关。
2、为避免钢锭中的元素偏析过重，采用的钢锭直径不大于508mm。
3、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℃。
4、该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。
5、合金具有满意的焊接性能，可用氩弧焊、电子束焊、缝焊、点焊等方法进行焊接。

GH4169主要规格:

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直条、GH4169丝材及配套焊材、GH4169圆饼、GH4169扁钢、GH4169六角棒、GH4169大小头、GH4169弯头、GH4169三通、GH4169加工件、GH4169螺栓螺母、GH4169紧固件。