GH4169 高温合金综合指南

目录

什么是 GH4169 钢？

GH4169 材料的主要特点

GH4169 等效等级

GH4169 化学成分

钢级 GH4169 的机械性能

钢级 GH4169 的物理性能

GH4169 高温合金的应用

GH4169 （Inconel 718， N07718） 高温合金性能要求

GH4169 热处理设备

GH4169 （Inconel 718， N07718） 高温合金加工

GH4169 高温合金的产品规格和供货情况

热处理对 GH4169 合金组织和硬度的影响1. 测试材料和测试方法2. 测试结果和分析2.1 不同固溶工艺对组织的影响2.2 不同固溶工艺对硬度的影响2.3 不同老化过程对组织的影响2.4 不同时效过程对硬度的影响3. 总结

什么是 GH4169 钢？

GH4169 钢由体心四方结构 γ“ 和面心立方晶体结构 γ' 组成。 高温合金 通过相沉淀强化的材料在 -253 ~ 700 °C 的温度范围内表现出优异的整体性能。 650°C以下的强度在变形高温合金中名列前茅，具有良好的抗疲劳性、耐辐射性、抗氧化性和耐腐蚀性，具有良好的加工性、焊接性和长期结构稳定性。 它可以在航空航天、核能和石油工业中生产具有各种复杂几何形状的部件。 在上述温度范围内得到广泛应用。

这种合金的另一个特点是其微观结构特别容易受到热加工过程的影响。 通过掌握合金中相沉淀和溶解的定律，以及微观组织、工艺和性能之间的相互关系，可以针对不同的使用要求制定合理可行的工艺规程，从而产生满足不同强度水平的各种零件。 和使用要求。 供应的品种包括锻件、锻造棒材、轧制棒材、冷轧棒材、圆盘、环、板、带、线材、管盘、环、刀片、轴、紧固件和弹性件、板材结构件、外壳、 以及航空领域长期使用的其他部件。

GH4169 材料的主要特点

GH4169 高温合金具有以下优点：

高温稳定性强：GH4169合金即使在高温环境下也具有良好的稳定性和抗氧化性，不易出现软化、氧化等现象。

耐腐蚀性强：GH4169合金耐各种腐蚀性介质的侵蚀，具有优良的耐腐蚀性能。

高强度和韧性：GH4169合金具有高强度和韧性，不易变形和断裂，具有良好的机械性能。

与钢相似的热膨胀系数：GH4169 合金具有与钢相似的热膨胀系数，这使得它在使用过程中不易受到应力集中和变形。

GH4169 等效等级

中国

国标

GH4169
（GH169）

国际生物中心

H41690

美洲

商业级

铬镍铁合金 718

UNS 公司

编号 N07718

SAE

XEV-1

AMS 系列

5596
5662

德国

DIN/DIN 系列

镍铬19钼钼

W-编号

2.4668

法国

NF EN/NF

ATG C1
NC19FeNb

英国

商业级

铬镍铁合金 718

GH4169 化学成分

GH4169 化学成分（质量分数） （wt.%）

元素

最小 （≥）

麦克斯。 （≤）

C

–

0.03

铬

17

21

莫

2.8

3.3

镍

50

55

铝

0.2

0.6

铌

4.75

5.5

铁

–

剩下

四

–

0.35

锰

–

0.35

P

–

0.015

S

–

0.015

B

–

0.006

钢级GH4169 的机械性能

屈服强度 R第 0.2 页 （百万帕）

抗张强度 Rm （百万帕）

冲击 KV （J）

伸长率 A （%）

骨折面积 Z 缩小 （%）

热处理

H.B.W.

974 （≧）

112 （≧）

44

42

44

溶液和老化，退火，Auding，Q+T等。

324

钢级 GH4169 的物理性能

财产

253 （≧）

密度：kg/dm3

657 （≧）

温度：T °C/F

21

比热 J/kgK

43

导热系数 W/mK

43

电阻：μΩ·cm

溶液和老化，退火，Auding，Q+T等。

温度 °C/°F

126

蠕变应变极限 （10000h） （RP1,0）N/毫米2

363

蠕变断裂强度 （10000h） （R）P1,0）N/毫米2

253

GH4169 高温合金的应用

GH4169高温合金具有强度高、韧性高、耐腐蚀性好、高温稳定性好等特点，广泛应用于航空、航天、石油、化工等领域。 在航空航天领域，GH4169 主要用于制造涡轮叶片和燃烧室等高温部件。 在石化领域，GH4169 通常用于制造反应器、蒸汽发生器和加氢器。 此外，GH4169 还可用于制造汽车排气系统、核电站反应堆等。

GH4169 （Inconel 718， N07718） 高温合金性能要求

由于 GH4169 合金的铌含量高，合金中的铌偏析成分与冶金过程直接相关。 电渣重熔和真空电弧熔炼的熔化速率和电极棒的质量状态直接影响材料的质量。 它具有快速的溶解速度，容易形成富含铌的黑点。 缓慢的熔化速度会导致形成带有少量铌的白点。 如果表面质量差，电极棒内部有裂纹，则容易发生白癜风。 因此，提高电极棒质量、控制熔化速率、提高钢锭凝固速率是冶炼过程中的重要因素。 为避免钢锭中元素过度偏析，目前使用的钢锭直径不超过 508 毫米。 在均质过程中，必须确保钢锭中的 L 相完全溶解。 钢锭的两级均质和中间坯的二次均质的时间是根据钢锭和中间坯的直径确定的。 均质过程的控制与材料中铌的偏析直接相关。 目前生产中使用的 1160 °C、20 小时 + 1180 °C、44 小时的均质过程不足以去除钢锭中心的偏析。 因此，建议使用以程：

1150°C-1160°C、20h-30h+1180°C-1190°C、110h-130h;

1160°C， +24°C 1200 小时， 70 小时。

经过均质化处理的合金具有良好的热加工性能。 钢锭开口的加热温度不应超过1120°C。 锻件的锻造工艺必须结合锻件的应用和应用要求与生产工厂的条件来确定。 开坯生产锻件时，应根据军用零件所需的微观组织和性能来确定中间退火温度和最终温度。 一般来说，最好将锻造的终端温度控制在 930°C~950°C。

锻造类别

一般战争

高强度

直接老化

初级锻造

加热温度/°C

1065-1090

1040-1065

995-1025

初级锻造

变形量/%

–

–

> 50

二次锻造

加热温度/°C

1040-1065

1010-1040

970-995

二次锻造

变形量/%

–

30-50

> 50

粒度和等级

基本粒度

4-6

8

10

粒度和等级

单独的大颗粒

原谅

≥2

≥2

此热处理系统适用于 GH4169

GH4169 高温合金具有多种旨在控制晶粒尺寸和控制δ的热处理系统。 外观、分布和数量用于获得不同级别的机械性能。 GH4169高温合金的热处理系统分为XNUMX类。

（1） （1010-1065） °C± 10°C，1 小时，油冷、风冷或水冷 +720°C±5°C，8 小时，在 50°C/h 的炉中冷却至 620°C±5°C，风冷 8 小时。 该系统加工的材料粒度较粗，没有相δ晶界或晶内缺陷。 虽然它对缺口敏感，但它有利于改善冲击性能和低温氢脆。

（2） （950-980） °C± 10°C，1 小时，油冷、风冷或水冷 +720°C±5°C，8 小时，在 50°C/h 的炉中冷却至 620°C±5°C，风冷 8 小时。 该系统中加工的材料包含有助于消除间隙敏感性的δ相，是最常用的热处理系统，也称为标准热处理系统。

（3） 在 720°C±5°C 的炉中以 8°C/h 的速度冷却 50 小时，并在 620°C±5°C 的温度下风冷 8 小时。 当通过该系统处理时，与其他材料相比，材料δ的信息可以提高材料的强度和冲击性能。 该系统也称为直接时效热处理系统。

GH4169 （Inconel 718， N07718） 高温合金加工

GH4169高温合金的热加工：GH4169合金的适宜热加工温度为1120~900°C，冷却方式可以是水淬或其他淬火方法。 为保证最佳性能，热加工后必须及时进行退火。 在热加工过程中，必须将材料加热到加工温度的上限。 为了保证加工过程中的塑性，变形达到 960% 时的最终加工温度不应低于 20°C。

GH4169 高温合金的冷加工：冷加工应在固溶处理后进行。 GH4169的加工硬化率高于奥氏体不锈钢，因此应相应地调整加工设备，并在冷加工过程中提供中间退火工艺。

加工 GH4169高温合金的加工：GH4169的加工应在固溶处理后进行，同时考虑到材料的加工硬化性能。 与奥氏体不锈钢不同，GH4169 适用于低表面切削速度。

焊接 GH4169高温合金的特点：沉淀硬化GH4169合金非常适合焊接，焊后不易开裂。 这种材料的主要优点是可焊、易于加工和强度高。 GH4169 适用于电弧焊、等离子焊等。 焊接前，材料表面应清洁，无油污、粉末痕迹等，有光泽的金属应在焊缝周围 25mm 范围内抛光。 推荐焊接材料：焊条：ENiCrFe-3，焊丝：ERNiCr-3。

GH4169 高温合金的产品规格和供货情况

产品分类： 可制造各种规格。 GH4169 无缝管、GH4169 钢板、GH4169 圆钢、GH4169 锻造、GH4169 法兰、GH4169 环、GH4169 焊管、GH4169 钢带、GH4169 焊丝，并支持 GH4169 焊接材料。

交货状态：

无缝管：固溶体+酸性白色，长度可调;

板材：固溶、酸洗、切边。

焊管：固溶酸白+RT%检验;

锻件：退火 + 抛光。

棒材经过锻造和轧制，表面经过抛光或车削。

带材在冷轧、软化、固体溶解和除垢后发货。

丝质材料以固溶酸洁净皿或直条的形式交付，固溶体直条以精细抛光的状态交付。

热处理对 GH4169 合金组织和硬度的影响

GH4169 合金（Inconel 718 alloy）是 1960 年代开发的一种镍铁基高温合金。 该合金属于 Ni-Cr-Fe 基的沉淀硬化型变形，是一种高温合金，长期使用可达 253~650 °C，短期使用可达 800 °C。 GH4169合金在650°C以下具有高强度，具有较高的抗疲劳性、耐辐射性、抗氧化性和耐腐蚀性，具有良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性。 适用于航空、航天、核能和石油化工等行业的活塞环、叶片轴、紧固件、弹性元件、板结构件、弹匣等的生产，主要产品为热轧棒材和锻造棒材。 冷拔棒材、板材和带材、环等

GH4169合金是针对高温合金镍族变形的体心立方晶γ''和面心立方晶γ''，亚稳共晶格γ''相是主要的强化相。 Ni3Nb的化学式，γ'不仅是辅助增强相，而且是亚稳共晶相，Ni3Al的化学式，正交非共晶格δ（Ni3Nb）相是γ''相平衡稳定相。 高温合金的固溶强化和沉淀强化主要有4169种，GH4169合金的热处理强化模式也主要由固溶处理和时效处理两部分组成。 对于 GH4169 合金，δ相含量和形貌对合金的晶粒尺寸和力学性能有显着影响。 不同的热处理工艺具有不同的体积分数、晶粒形态和 GH4169 合金相的不一致程度，这直接影响合金的蠕变行为和机械性能。 根据 GH4169 合金的不同性能要求，需要调整不同的热处理工艺。 在本文中，我们研究了固溶处理和时效处理对 GHXNUMX 合金结构和硬度的影响，作为 GHXNUMX 合金热处理工艺开发的参考。

1. 测试材料和测试方法

用于测试的 GH4169 合金的化学成分如表 1 所示。 它符合 GB/T 14992-2005 《高温合金和金属间化合物的分类和等级 高温材料》的要求。 凝固处理采用 GH4169 合金热轧带钢，时效处理采用 GH4169 合金锻造坯料。 微观结构如图 1 所示。 热轧带钢的结构看作是纤维状晶粒、细晶粒，并表现出一定程度的变形特性，而锻造坯料颗粒的结构则比较粗糙。

表 1 GH4169 合金的化学成分（质量分数，%）

合金元素

实际测量

GB/T 14992-2005

C

0.052

≤0.08

镍

52.1

50.0 - 55.0

铬

18.88

17.0 - 21.0

莫

3.07

2.8 - 3.3

铌

5.27

4.75 - 5.50

铝

0.58

0.20 - 0.80

钛

1.1

0.65 - 1.15

四

0.035

≤0.35

锰

0.015

≤0.35

铁

津贴

津贴

图 1 GH4169 合金的原始微观结构

（a） 热轧带材。 （b） 锻造坯料

15 mm×20 mm× 2 mm 的试件通过线切割加工，在电阻炉中固化，并进行时效处理。 固溶温度为 900、950、1000、1050、1100°C，保持时间分别为 15、30、45 和 60 分钟。 保持时间结束后，将试样从炉中取出并冷却至室温。 对在 0.5 h × 1050°C 处理的合金固溶体进行了五种不同的时效处理。 （1） 800°C×8h，风冷。 （2） 1050°C×0.5h，风冷。 （3） 800°C×8h，风冷。 （4）720°C×8h，炉冷+720°C×16h，风冷。 （5） 720°C×8h，风冷。

热处理试样在用树脂冷固化后进行机械抛光和抛光。 按GB/T 13298-2015《金属显微组织检验方法》进行化学蚀刻处理后，用光学显微镜观察和分析显微组织。 蚀刻剂为 100 mL 盐酸 + 100 mL 无水乙醇 + 5 g。 氯化铜。 根据GB/T 4340.1-2009《金属材料的维氏硬度 第1部分：试验方法》，在载荷为5 kg的情况下，对每个试样使用数字维氏硬度计在3个点处测量试样的硬度，并取平均值。

2. 测试结果和分析

2.1 不同固溶工艺对组织的影响

图 2 显示了 GH4169 合金热轧带钢在各种固溶工艺后的微观组织。 由此可见，GH4169合金在1050°C以下的固溶处理中，颗粒组织后在固溶体中没有明显变化，1050分钟后固溶体开始出现小的再结晶晶粒，这是由于固溶温度和固溶时间的原因。 随着它的增加，晶粒变得越来越粗和大，在 30°C 的固溶体中，1100 分钟后出现细小的再结晶晶粒，在固溶体中，15 分钟后晶粒明显生长。

δ– 该相对晶粒的生长有显著的抑制作用。 GH4169 合金δ– 在 982~1037°C 发生往复溶解，在 1020°C 以上完全溶解。 GH4169 合金小于 δ– 相溶温度固溶处理。 如果δ相多，则抑制晶粒的生长，减缓晶粒的生长。 在δ相中，在固溶体上方的完全熔化温度以上，合金为单相奥氏体结构，颗粒随温度升高而迅速生长。 根据图 2，可以看出 GH4169 合金热轧带钢的晶粒组织在 1050°C 左右的临界温度下发生显着变化。 颗粒快速生长的温度超过δ相完全溶解的温度，因此 δ 相的颗粒生长抑制消失，颗粒生长。 因此，为了获得细晶粒组织，防止晶粒过度粗大，固体熔化温度不宜超过1050°C，保温时间不宜超过30分钟。

图 2 GH4169 合金在不同固溶过程中的微观结构

（a） 900°C，15 分钟。 （b） 900°C，30 分钟。 （c） 900°C，60 分钟。 （d） 1000°C，15 分钟。 （e） 1000°C，30 分钟。 （f） 1000°C，60 分钟。 （g） 1050°C，15 分钟 （H） 1050°C，30 分钟。 （i） 1050°C，60 分钟。 （j） 1100°C，15 分钟 （K） 1100°C，30 分钟 （L） 1100°C，60 分钟

2.2 不同固溶工艺对硬度的影响

图 3 显示了 GH4169 合金热轧带钢在各种固溶工艺后的硬度。 由此可见，固溶处理后GH4169合金的硬度与固溶温度和固溶时间密切相关。 在 900~1000°C 的固溶体中，硬度随固溶温度的升高而略有下降，但固溶时间的增加对硬度影响不大。 1050°C时，固溶体45分钟的硬度迅速下降，硬溶体60分钟的硬度略有下降。 在 1100°C 固溶体时，硬度大大降低，即使在 1050°C 固溶体时，固溶体的硬度冲击也以同样的方式增加。

图 3 GH4169 合金在不同固溶工艺下的硬度

2.3 不同老化过程对组织的影响

图 4 显示了 GH4169 合金锻造坯料在固溶× 1050°C 0.5 小时并通过不同工艺进行时效处理后的显微组织。 即使经过各种工艺的老化处理，也可以看到微观结构没有明显的变化。

2.4 不同时效过程对硬度的影响

增强相 γ' 在 600 ~ 820 °C 时沉淀并在 840 °C 以上溶解，而 γ“ 相在 595 ~ 870 °C 时沉淀并在 870 °C 以上溶解，δ相在 780 ~ 980 °C 时沉淀。 表 2 显示了 GH4169 合金在不同时效处理下的硬度，可以看出 GH4169 合金时效后的硬度明显高于固溶后，时效温度和时效时间会影响硬度。 在 800 °C 和 720 °C 下时效处理 8 小时后的硬度较高，两者之间没有太大差异，表明合金在时效处理后沉淀了增强相，但并不充分。 硬度在 720 °C 16 小时时效后达到最大值，这与 720 °C 8 小时老化 + 620 °C 8 小时后的硬度相似。 在 620 °C 下老化处理 8 h 显著降低了硬度。 这表明在此温度下，增强相的沉淀非常低。 这表明 GH4169 合金必须在 720 °C 下时效 8 小时以上，才能完全析出增强相。

表 2 GH4169 合金在各种时效处理后的硬度。

衰老的过程

硬度/HV5

测量

意味 着

固溶态 （1050.0h × 5°C）

187、186、185

186

800°C×8小时

414、417、422

417.7

720°C×8小时

415、417、418

416.7

720°C×16小时

440、441、444

441.7

720°C×8h+620°C×8h

440、441、442

441

620°C×8小时

265、268、269

267.3

图 4 GH4169 合金在各种时效过程中的显微组织

3. 总结

1）GH4169合金在900-1000°C固溶体中，不同的固溶温度和颗粒结构下的固溶时间没有明显差异。 硬度随着固溶温度的升高而降低，但固溶时间对硬度没有明显影响。 当固溶体温度超过1050°C时，随着固溶体温度和固溶时间的增加，再结晶晶粒开始迅速生长，硬度迅速下降。

（2）在0.5 °C固溶1050小时后，时效温度和时效时间对GH4169合金的晶粒组织影响不大，但对强化相的析出影响很大，表现为硬度差异大。 合金的硬度在 720°C 下老化 16 小时后达到最大值。