Inconel 718鍛件性能 gh4169高溫合金棒熱處理參數

Inconel 718（GH4169）高溫合金熱處理工藝

INCONEL 718合金(IN718)自從20世紀60年代初在美國的INCO Huntington Alloys(現為Special Metals Co.)被發明并應用于渦輪零部件制造后,已成為航空發動機應用較為廣泛的鎳基高溫合金材料。現代飛機發動機上超過30%(質量分數)的關鍵零部件由718合金制成。本文回顧了718合金在航空發動機上的應用歷史,對該合金的基本力學性能、高溫穩定性,以及目前國外應用的鑄、鍛制造工藝現狀做了綜述。對國外正在研究的新型IN718衍生替代合金的發展現狀進行了介紹。

Inconel718鎳基高溫合金是目前使用較廣合金其中之一。 GH4169 合金性能佳的使用溫度范圍為-253 °C~650 °C，此時不僅強度和塑性非常高，屈服強度和持久度也很高，同時抗輻射、耐腐蝕，焊接性能也很優異，因此 GH4169 合金廣泛應用于核能、石油以及航空航天等領域。這使得這款合金自推出開始，就受到各界的關注，目前其產量可達鎳基高溫合金總產量的 50%左右。

INCONEL718合金是含鈮、鉬的沉淀硬化型鎳鐵基高溫合金，其微觀結構為奧氏體組織，具有優良的綜合性能，是應用為的高溫合金之一。用金相顯微鏡及X線衍射技術研究了Inconel 718合金中δ相在不同溫度下的溶解行為.結果發現:在980 ℃、1 000 ℃、1 020 ℃保溫過程中,合金中δ相的含量逐漸降低,且形狀由長針狀變為短棒狀或顆粒狀;1 020 ℃保溫2 h后δ相可*溶入基體;980 ℃、1 000 ℃保溫時,δ相的平衡含量分別約為3 %及0.6 %;保溫開始階段,δ相的溶解速度較快并近似為常數.隨著保溫時間的延長,溶解速度逐漸降低,980 ℃保溫30 min及1 000 ℃保溫2 h后,δ相的溶解速度趨于零詳細信息:

GH4169、GH169（中國）

NC19FeNb（法國）

NiCr19Fe19Nb5、Mo3（德國）

NA 51（英國）

Inconel718、UNS NO7718(美國）

NiCr19Nb5Mo3(ISO)

熔化溫度范圍1260～1320℃

Inconel718的機加工需在固溶處理后進行，要考慮到材料的加工硬化性，與奧氏體不銹鋼不同的是， Inconel718適合采用低表面切削速度。

焊接

沉淀硬化型的Inconel718合金很適合于焊接，無焊后開裂傾向。適焊性、易加工性、高強度是這種材料的幾大優點。

Inconel718適合于電弧焊、等離子焊等。在焊接前，材料表面要潔凈、無油污、無粉筆記號等，焊縫周圍25mm 范圍內要打磨露出光亮的金屬。高溫合金簡介

一、高溫合金是使用溫度超過600℃的合金，它在高溫下具有較高力學性能、抗氧化和抗熱腐蝕性能2。高溫合金按基體成分可分為三大類：(1)鐵基高溫合金。該合金主要以鐵為主，含有大量的Ni、Cr及其它元素，也稱為Fe-NiCr基合金。(2)鎳基高溫合金。該合金主要以Ni為主，一般含有10-25%的C,也稱為NiCr 基合金。（(3）鉆基高溫合金。該合金主要成分為Co,也稱為Co-Ni-Cr基合金。其中鎳基高溫合金發展快，使用也廣，鐵基高溫合金次之。按強化方式分為固溶強化合金和析出強化合金(或稱時效沉淀強化合金)等。按生產工藝分為變形合金（GHD、鑄造合金(K)、粉未末冶金合金和機械合金化合金。

高溫合金性能主要取決于合金成分和它的組織結構，如難熔金屬元素Mo、W以及Co起到固溶強化作用，Al、Ti、Nb等γ相形成元素起到析出強化作用。一般認為，強化效果應該計算W+Mo和y'相形成元素的總量，而Co和Cr居于次要地位，合金的持久強度隨著合金元素總量的增加而提高。

高溫合金組織中，特別重要的是析出相的類型、結構、形狀、大小、數量和其分布情況，它們直接影響了高溫合金的性能。如y'相和"相是高溫合金中主要的強化相。另外，碳化物也是高溫合金中重要的強化相，常見的碳化物有

MC、M2C4、M,C、MAC等，所有這些碳化物的大小、形狀、數量及其分布都可以通過熱處理進行調節和控制。

正因為高溫合金是一種能承受復雜應力并在相當嚴苛的環境下進行高溫工作的合金，它已經成為現代航空燃氣渦輪、艦船燃氣輪機、地面渦輪和火箭發動機的重要材料，如壓氣機盤、壓氣機葉片、渦輪導向葉片、渦輪工作葉片、渦輪

GH4169沉淀強化鎳基高溫合金

二、化學成分：

碳C:≤0.08

鉻Cr：17.0～21.0

鎳Ni：50~55

鈷Co：≤1.00

鉬Mo：≤2.8~3.30

鋁Al：0.20～0.8

鈦Ti：0.65～1.15

鈮Nb：4.75～5.50

硼B：≤0.006

錳Mn：≤0.35

硅Si：≤0.35

硫S：≤0.015

銅Cu：≤0.30

磷P：≤0.015

鐵Fe 余量

物理性能：

密度g/cm3（8.24）

熔點℃（1260~1320）

熱導率λ/(W/m℃)( 14.7(100℃))

比熱容J/kg℃（435）

彈性模量GPa（199,9）

剪切模量GPa（77,2）

電阻率μΩm （----）

泊松比（0.3）

線膨脹系數a/10-6℃-1 （11.8(20~100℃)）。

熱處理方式（固溶處理）

抗拉強度σb/MPa（965）

屈服強度σp0.2/MPa （550）

延伸率σ5 /%（30）

布氏硬度 HBS（≥363）

合金的另一個特點是合金組織對熱加工工藝特別敏感，掌握合金中的相互沉淀和溶解規律、組織和工藝以及性能之間的關系。可根據不同的使用要求制定合理可行的工藝程序，獲得各種可滿足不同強度水平和使用要求的零件。供應的品種包括鍛件、鍛造棒、軋制棒、冷軋棒、圓形蛋糕、圓形蛋糕、圓形零件、板、皮帶、絲綢、管道等。可制成板、環、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板結構件、機箱等部件。

技術標準

GJB2612-1996《高溫合金冷拉絲焊接規范》

《WZ8系列GH4169合金棒材》HB6702-1993

Q/6S1034-1992GH4169高溫緊固件合金棒材

GH4169合金鍛件Q/3B548-1996

GH4169合金鍛件Q/3B548-1996

YZGH4169合金棒材Q/3B4048-1993

GH4169合金板材Q/3B4050-1993

GH4169合金絲材Q/3B4051-1993

GB/T1492-2005《高溫合金》

GH4169熱處理制度

合金具有不同的熱處理系統，以控制晶粒度、形狀、分布和數量，從而獲得不同層次的機械性能。合金熱處理系統分為三類：

I:(1010~1065)℃±10℃、1h、油冷、空冷或水冷+720℃±5℃、8h，50℃/h爐冷至620℃±5℃、8h、空冷。該系統處理的材料晶粒粗化，晶體邊界和晶體內無δ相，缺口敏感性強，但有利于提高沖擊性能抗低溫氫脆性。

2:(950~980)℃±10℃，1h，油冷，空冷或水冷+720℃±5℃，50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。

三:720℃±5℃，8h，50℃/h爐冷至620℃±5℃，8h，空冷。該系統處理后，材料中的δ相對較少，可以提高材料的強度和沖擊性能。該系統也被稱為直接及時熱處理系統。

GH4169規格與狀態

模鍛件(盤、盤整鍛件)、蛋糕、環、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。交貨狀態由供需雙方約定。絲綢在約定的交貨狀態下盤裝交貨。

GH4169工藝

合金冶煉工藝分為三類：真空感應爐渣重熔；真空感應與真空電弧重熔；真空感應爐渣重熔與真空電弧重熔。所需的冶煉工藝可根據零件的使用要求進行選擇，以滿足應用要求。

應用和要求制造盤、環、箱、軸、葉片、緊固件、彈性元件、氣體導管、密封元件、焊接結構部件等各種靜態部件和旋轉部件；制造核能工業應用的各種彈性元件和框架；制造石油和化工應用的部件和其他部件。近年來，在深化合金研究和擴大合金應用的基礎上，為了提高質量和降低成本，開發了許多工藝：氦冷卻工藝，有效減少鈮分析，降低成本，縮短生產周期，擴大產品生產范圍。

功能考核

渦輪盤、拋油盤、整體轉子、軸、緊固件等部件已按照發動機型號規范通過超轉、破裂、低循環疲勞試驗通過長期（壽命）試驗和試飛發射評估，滿足設計和應用要求。

GH4169性能。

由于GH4169合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析成分與冶金工藝直接相關。電渣重熔和真空電弧熔化的熔化速度和電極棒的質量狀態直接影響材料的質量。熔化速度快，容易形成富鈮黑斑；熔化速度慢，會形成可憐的鈮白斑；電極棒表面質量差，電極棒內裂紋，容易導致白斑形成。因此，冶煉過程的關鍵因素是提高電極棒的質量，控制熔化速度，提高鋼錠的凝固速率。為避免鋼錠中元素偏析過多，鋼錠直徑不大于508mm。產品均勻化過程必須確保鋼錠中的L相*溶解。根據鋼錠和中間坯的直徑，鋼錠兩階段均勻化和中間坯的二次均勻化處理時間。均勻化過程的控制與材料中鈮的偏析程度直接相關。1160℃、20h+1180℃、44h均勻化過程不足以消除鋼錠中心的偏析，建議采用以下工藝：

1.1150℃~1160℃，20h~30h+1180℃~1190℃，110h~130h；2.1160℃，24h+1200℃，70h。均勻處理的合金具有良好的熱加工性能。鋼錠的開坯加熱溫度不得超過1120℃。鍛件的鍛造工藝應根據鍛件的使用情況和應用要求，結合制造商的條件來確定。開坯和生產鍛件時，必須根據軍件所需的組織狀態和性能確定中間退火溫度和終端溫度。一般來說，鍛造的終端溫度應控制在930℃~950℃之間。

GH4169預熱

工件必須在加熱前和加熱過程中清潔表面，以保持表面清潔。如果加熱環境中含有硫、磷、鉛或其他低熔點金屬，GH4169合金將變脆。雜質來自標記漆、粉筆、潤滑油、水、燃料等。燃料硫含量低，如液化氣、天然氣雜質含量低于0.1%，城市氣體硫含量低于0.25g/m3，石油氣硫含量低于0.5%。加熱的電爐應具有更準確的溫度控制能力。爐氣必須中性或弱堿性，以避免爐氣成分在氧化和還原中波動。

GH4169熱加工

GH4169合金的適宜熱加工溫度為1120-900℃。冷卻方法可為水淬或其他快速冷卻方法。熱加工后應及時退火，以確保性能。熱加工時，材料應加熱到加工溫度的上限。為保證加工過程中的塑性，變形量達到20%時，終加工溫度不得低于960℃。

GH4169冷加工

冷加工應在固溶后進行，GH4169的加工硬化率大于奧氏體不銹鋼，因此應相應調整加工設備，并在冷加工過程中進行中間退火。

GH4169熱處理

不同的固溶處理和及時處理工藝將獲得不同的材料性能。由于γ相的擴散率較低，GH4169合金可以通過長時間的及時處理獲得機械性能。

GH4169打磨

GH4169工件焊縫附近的氧化物比不銹鋼更難去除，需要用細砂帶打磨。在硝酸和氫氟酸混合酸中酸洗前，用砂紙去除氧化物或鹽浴預處理。

GH4169機加工

GH4169的加工應在固溶后進行。考慮到材料的加工硬化，GH4169不同于奧氏體不銹鋼。

GH4169焊接

沉淀硬化GH4169合金非常適合焊接，無焊接后開裂傾向。適焊性、易加工性、高強度是該材料的主要優點。GH4169適用于電弧焊、等離子焊等。焊接前，材料表面應清潔、無油、無粉筆記等，焊縫周圍25mm內應拋光亮金屬。