Inconel 718锻件性能 gh4169高温合金棒热处理参数

Inconel 718（GH4169）高温合金热处理工艺

INCONEL 718合金(IN718)自从20世纪60年代初在美国的INCO Huntington Alloys(现为Special Metals Co.)被发明并应用于涡轮零部件制造后,已成为航空发动机应用较为广泛的镍基高温合金材料。现代飞机发动机上超过30%(质量分数)的关键零部件由718合金制成。本文回顾了718合金在航空发动机上的应用历史,对该合金的基本力学性能、高温稳定性,以及目前国外应用的铸、锻制造工艺现状做了综述。对国外正在研究的新型IN718衍生替代合金的发展现状进行了介绍。

Inconel718镍基高温合金是目前使用较广合金其中之一。 GH4169 合金性能佳的使用温度范围为-253 °C~650 °C，此时不仅强度和塑性非常高，屈服强度和持久度也很高，同时抗辐射、耐腐蚀，焊接性能也很优异，因此 GH4169 合金广泛应用于核能、石油以及航空航天等领域。这使得这款合金自推出开始，就受到各界的关注，目前其产量可达镍基高温合金总产量的 50%左右。

INCONEL718合金是含铌、钼的沉淀硬化型镍铁基高温合金，其微观结构为奥氏体组织，具有优良的综合性能，是应用为的高温合金之一。用金相显微镜及X线衍射技术研究了Inconel 718合金中δ相在不同温度下的溶解行为.结果发现:在980 ℃、1 000 ℃、1 020 ℃保温过程中,合金中δ相的含量逐渐降低,且形状由长针状变为短棒状或颗粒状;1 020 ℃保温2 h后δ相可*溶入基体;980 ℃、1 000 ℃保温时,δ相的平衡含量分别约为3 %及0.6 %;保温开始阶段,δ相的溶解速度较快并近似为常数.随着保温时间的延长,溶解速度逐渐降低,980 ℃保温30 min及1 000 ℃保温2 h后,δ相的溶解速度趋于零详细信息:

GH4169、GH169（中国）

NC19FeNb（法国）

NiCr19Fe19Nb5、Mo3（德国）

NA 51（英国）

Inconel718、UNS NO7718(美国）

NiCr19Nb5Mo3(ISO)

熔化温度范围1260～1320℃

Inconel718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， Inconel718适合采用低表面切削速度。

焊接

沉淀硬化型的Inconel718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。

Inconel718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。高温合金简介

一、高温合金是使用温度超过600℃的合金，它在高温下具有较高力学性能、抗氧化和抗热腐蚀性能2。高温合金按基体成分可分为三大类：(1)铁基高温合金。该合金主要以铁为主，含有大量的Ni、Cr及其它元素，也称为Fe-NiCr基合金。(2)镍基高温合金。该合金主要以Ni为主，一般含有10-25%的C,也称为NiCr 基合金。（(3）钻基高温合金。该合金主要成分为Co,也称为Co-Ni-Cr基合金。其中镍基高温合金发展快，使用也广，铁基高温合金次之。按强化方式分为固溶强化合金和析出强化合金(或称时效沉淀强化合金)等。按生产工艺分为变形合金（GHD、铸造合金(K)、粉未末冶金合金和机械合金化合金。

高温合金性能主要取决于合金成分和它的组织结构，如难熔金属元素Mo、W以及Co起到固溶强化作用，Al、Ti、Nb等γ相形成元素起到析出强化作用。一般认为，强化效果应该计算W+Mo和y'相形成元素的总量，而Co和Cr居于次要地位，合金的持久强度随着合金元素总量的增加而提高。

高温合金组织中，特别重要的是析出相的类型、结构、形状、大小、数量和其分布情况，它们直接影响了高温合金的性能。如y'相和"相是高温合金中主要的强化相。另外，碳化物也是高温合金中重要的强化相，常见的碳化物有

MC、M2C4、M,C、MAC等，所有这些碳化物的大小、形状、数量及其分布都可以通过热处理进行调节和控制。

正因为高温合金是一种能承受复杂应力并在相当严苛的环境下进行高温工作的合金，它已经成为现代航空燃气涡轮、舰船燃气轮机、地面涡轮和火箭发动机的重要材料，如压气机盘、压气机叶片、涡轮导向叶片、涡轮工作叶片、涡轮

GH4169沉淀强化镍基高温合金

二、化学成分：

碳C:≤0.08

铬Cr：17.0～21.0

镍Ni：50~55

钴Co：≤1.00

钼Mo：≤2.8~3.30

铝Al：0.20～0.8

钛Ti：0.65～1.15

铌Nb：4.75～5.50

硼B：≤0.006

锰Mn：≤0.35

硅Si：≤0.35

硫S：≤0.015

铜Cu：≤0.30

磷P：≤0.015

铁Fe 余量

物理性能：

密度g/cm3（8.24）

熔点℃（1260~1320）

热导率λ/(W/m℃)( 14.7(100℃))

比热容J/kg℃（435）

弹性模量GPa（199,9）

剪切模量GPa（77,2）

电阻率μΩm （----）

泊松比（0.3）

线膨胀系数a/10-6℃-1 （11.8(20~100℃)）。

热处理方式（固溶处理）

抗拉强度σb/MPa（965）

屈服强度σp0.2/MPa （550）

延伸率σ5 /%（30）

布氏硬度 HBS（≥363）

合金的另一个特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中的相互沉淀和溶解规律、组织和工艺以及性能之间的关系?？筛莶煌氖褂靡笾贫ê侠砜尚械墓ひ粘绦?，获得各种可满足不同强度水平和使用要求的零件。供应的品种包括锻件、锻造棒、轧制棒、冷轧棒、圆形蛋糕、圆形蛋糕、圆形零件、板、皮带、丝绸、管道等?？芍瞥砂?、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板结构件、机箱等部件。

技术标准

GJB2612-1996《高温合金冷拉丝焊接规范》

《WZ8系列GH4169合金棒材》HB6702-1993

Q/6S1034-1992GH4169高温紧固件合金棒材

GH4169合金锻件Q/3B548-1996

GH4169合金锻件Q/3B548-1996

YZGH4169合金棒材Q/3B4048-1993

GH4169合金板材Q/3B4050-1993

GH4169合金丝材Q/3B4051-1993

GB/T1492-2005《高温合金》

GH4169热处理制度

合金具有不同的热处理系统，以控制晶粒度、形状、分布和数量，从而获得不同层次的机械性能。合金热处理系统分为三类：

I:(1010~1065)℃±10℃、1h、油冷、空冷或水冷+720℃±5℃、8h，50℃/h炉冷至620℃±5℃、8h、空冷。该系统处理的材料晶粒粗化，晶体边界和晶体内无δ相，缺口敏感性强，但有利于提高冲击性能抗低温氢脆性。

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

三:720℃±5℃，8h，50℃/h炉冷至620℃±5℃，8h，空冷。该系统处理后，材料中的δ相对较少，可以提高材料的强度和冲击性能。该系统也被称为直接及时热处理系统。

GH4169规格与状态

模锻件(盘、盘整锻件)、蛋糕、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约定。丝绸在约定的交货状态下盘装交货。

GH4169工艺

合金冶炼工艺分为三类：真空感应炉渣重熔；真空感应与真空电弧重熔；真空感应炉渣重熔与真空电弧重熔。所需的冶炼工艺可根据零件的使用要求进行选择，以满足应用要求。

应用和要求制造盘、环、箱、轴、叶片、紧固件、弹性元件、气体导管、密封元件、焊接结构部件等各种静态部件和旋转部件；制造核能工业应用的各种弹性元件和框架；制造石油和化工应用的部件和其他部件。近年来，在深化合金研究和扩大合金应用的基础上，为了提高质量和降低成本，开发了许多工艺：氦冷却工艺，有效减少铌分析，降低成本，缩短生产周期，扩大产品生产范围。

功能考核

涡轮盘、抛油盘、整体转子、轴、紧固件等部件已按照发动机型号规范通过超转、破裂、低循环疲劳试验通过长期（寿命）试验和试飞发射评估，满足设计和应用要求。

GH4169性能。

由于GH4169合金中铌含量高，合金中的铌偏析成分与冶金工艺直接相关。电渣重熔和真空电弧熔化的熔化速度和电极棒的质量状态直接影响材料的质量。熔化速度快，容易形成富铌黑斑；熔化速度慢，会形成可怜的铌白斑；电极棒表面质量差，电极棒内裂纹，容易导致白斑形成。因此，冶炼过程的关键因素是提高电极棒的质量，控制熔化速度，提高钢锭的凝固速率。为避免钢锭中元素偏析过多，钢锭直径不大于508mm。产品均匀化过程必须确保钢锭中的L相*溶解。根据钢锭和中间坯的直径，钢锭两阶段均匀化和中间坯的二次均匀化处理时间。均匀化过程的控制与材料中铌的偏析程度直接相关。1160℃、20h+1180℃、44h均匀化过程不足以消除钢锭中心的偏析，建议采用以下工艺：

1.1150℃~1160℃，20h~30h+1180℃~1190℃，110h~130h；2.1160℃，24h+1200℃，70h。均匀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的使用情况和应用要求，结合制造商的条件来确定。开坯和生产锻件时，必须根据军件所需的组织状态和性能确定中间退火温度和终端温度。一般来说，锻造的终端温度应控制在930℃~950℃之间。

GH4169预热

工件必须在加热前和加热过程中清洁表面，以保持表面清洁。如果加热环境中含有硫、磷、铅或其他低熔点金属，GH4169合金将变脆。杂质来自标记漆、粉笔、润滑油、水、燃料等。燃料硫含量低，如液化气、天然气杂质含量低于0.1%，城市气体硫含量低于0.25g/m3，石油气硫含量低于0.5%。加热的电炉应具有更准确的温度控制能力。炉气必须中性或弱碱性，以避免炉气成分在氧化和还原中波动。

GH4169热加工

GH4169合金的适宜热加工温度为1120-900℃。冷却方法可为水淬或其他快速冷却方法。热加工后应及时退火，以确保性能。热加工时，材料应加热到加工温度的上限。为保证加工过程中的塑性，变形量达到20%时，终加工温度不得低于960℃。

GH4169冷加工

冷加工应在固溶后进行，GH4169的加工硬化率大于奥氏体不锈钢，因此应相应调整加工设备，并在冷加工过程中进行中间退火。

GH4169热处理

不同的固溶处理和及时处理工艺将获得不同的材料性能。由于γ相的扩散率较低，GH4169合金可以通过长时间的及时处理获得机械性能。

GH4169打磨

GH4169工件焊缝附近的氧化物比不锈钢更难去除，需要用细砂带打磨。在硝酸和氢氟酸混合酸中酸洗前，用砂纸去除氧化物或盐浴预处理。

GH4169机加工

GH4169的加工应在固溶后进行?？悸堑讲牧系募庸び不?，GH4169不同于奥氏体不锈钢。

GH4169焊接

沉淀硬化GH4169合金非常适合焊接，无焊接后开裂倾向。适焊性、易加工性、高强度是该材料的主要优点。GH4169适用于电弧焊、等离子焊等。焊接前，材料表面应清洁、无油、无粉笔记等，焊缝周围25mm内应抛光亮金属。