高溫結構承力鋼GH4169
GH4169與優質GH4169高溫合金
1合金介紹(特別提醒：由于本篇文章篇幅巨長，所以省略了大部份的圖表展示，如果有看官需要具體圖表，可直接聯系上海墨鉅特殊鋼客服021-67898711索取。感謝理解)
1.1 概述
GH4169是Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型變形高溫合金，長時使用溫度范圍-253°C?650°C ,短時使用溫度 可達800°C。合金在650°C以下強度較高，具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化和耐腐蝕性能，以及良好的 加工性能、焊接性能和長期組織穩定性。適于制作航空、航天、核能和石化工業中的渦輪盤、環件、葉片、 軸、緊固件和彈性元件、板材結構件、機匣等，主要產品有熱軋和鍛制棒材、冷拉棒、板材和帶材、絲材、管 材、環形件和鍛件等。
合金從成分上分為普通和優質兩大類，優質GH4169合金的碳、鈮、硫和氣體含量的控制更嚴格，主要用于制造各類轉動零件；從制作工藝分為標準、高強和直接時效三大類，其中高強和直接時效工藝用于優質GH4169合金鍛件，熱變形溫度依次降低，鍛件的平均晶粒度依次細化，強度則依次升高，可以滿足航空 發動機中不同轉動零件的應用要求。
1. 2 應用概況及特性
合金已用于制作航空發動機渦輪盤、環件、機匣、軸、葉片、緊固件、彈性元件、燃氣導管、密封元件和焊 接結構件等；制作液氫、液氧火箭發動機中的渦輪轉子等部件；制作核能工業應用的各種彈性元件和格架； 制造石油和化工領域應用的多種零件。批產和使用情況良好。
合金在真空自耗重熔時可采用氮氣冷卻工藝，可有效地減輕鈮元素偏析；采用噴射成形工藝，生產環件，可降低生產成本和縮短生產周期；采用超塑成形工藝，可擴大產品的生產范圍。
1.3 材料牌號
GH4169（GH169）。
1. 4 相近牌號
Inconel 718（美），NC19FeNb（法）。
1. 5 材料技術標準
GB/T 14992高溫合金和金屬間化合物高溫材料的分類和牌號
GJB2611A航空用高溫合金冷拉棒材規范
GJB 2612焊接用高溫合金冷拉絲材規范
GJB3318A航空用高溫合金冷軋帶材規范
GJB 3527彈簧用高溫合金冷拉絲材規范
GJB 5280航空發動機用高溫合金盤形鍛件規范
GJB 5301航空發動機用髙溫合金環形件規范
GJB 712A航天用GH4169高溫合金鍛制圓餅規范
HB/Z 140航空用高溫合金熱處理工藝
Q/5B 4040優質GH4169合金鍛件
Q/3B 4048（Q/5B 4029、撫高新13、協上五高22X3S280）優質GH4169合金棒材
Q/3B 4056（Q/5B 4009、撫高新11、協上五高24）高強GH4169合金壓氣機盤鍛件
Q/3B 4054（RJTO10、撫高新10、協上五高23）直接時效GH4169合金壓氣機盤、渦輪盤鍛件
Q/3B 4050（Q/5B 4037、撫高新9、協上五高32） GH4169合金厚板、薄板和帶材
Q/3B 4052 GH4169合金毛細管材
1. 6 冶煉工藝
采用真空感應爐+電渣重熔、或真空感應爐+真空自耗重熔、或真空感應爐+電渣重熔+真空自耗重 熔、或真空感應爐+真空自耗重熔+電渣重熔熔煉工藝。
1.7 化學成分
摘自GB/T 14992和文獻[14],見表1-1。
表1-1
| 元素 | C | Cr | Ni | Co | Mo | Al | Ti | Fe | Nb |
| 質量分數普通 | ≤0. 08 | 17. 00 ?21. 00 | 50. 00?55. 00 | ≤1.00 | 2. 80 ?3. 30 | 0. 20—0. 80 | 0. 65 ?1.15 | 余 | 4. 75?5. 50 |
| /% 優質 | 0. 02—0. 06 | 17. 00?21. 00 | 50. 00?55. 00 | ≤1.00 | 2. 80—3. 30 | 0. 20—0. 80 | 0. 65 ?1.15 | 余 | 5. 00?5. 50 |
| 元素 | B | Mg | Mn | Si | P | S | Cu | Ca | Bi |
| 質量分數普通 | ≤0. 006 | ≤0.010 | VO. 35 | WO. 35 | WO. 015 | ≤0. 015 | WO. 300 | — | — |
| /% 優質 | ≤0. 006 | ≤0. 005 | VO. 35 | ≤0. 35 | ≤0.015 | ≤0. 015 | ≤0. 30 | MO. 005 | ≤0. 00003 |
| 元素 | Sn | Pb | Ag | Se | Te | Ti | [N] | [()] | — |
| 質量分數普通 | 一 | — | — | — | 一 | — | — | — | — |
| /% 優質 | ≤0. 005 | ≤0. 0005 | VO. 0005 | ≤0. 0003 | ≤0. 00005 | ≤0. 0001 | ≤0.01 | ≤0. 005 | — |
注：核能應用時功（B）ω0.002%。
1. 8 熱處理制度
摘自HB/Z 140、GJB712A、GJB 5301、Q/3B 4052和Q/3B 4054,分標準熱處理和直接時效處理兩種。
1.8. 1 標準熱處理
盤形鍛件、環形件,(950~980)°C ±10°C * lh/OQ(或 AC、或 WQ)+720°C ± 10°C *8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C *8h/AC,HB 461 ?341；
航天用鍛制圓餅，(950?1010)°C ±10°C * lh/AC+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C/h)→620r ± 10°C *8h/AC(或 FC)；
絲材，955°C ± 10°C * lh/AC+720°C ±10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h) →62O°C ±5°C * (7?8)h/AC,HRCN32；
棒材和鍛件，(950?980)°C ± 10°C*lh/AC + 720°C ±5°C *8h/FC(50t±10°C/h)→ 620°C ±5°C *8h/AC,HB 法346；
板材、焊接件：
制度 I ：(940?96O)°C/AC+(71O?730)°C*(8?8. 5)h/FC(50°C 土 10°C/h) →(615?620)P * (8?
8. 5)h/AC,其中固溶保溫時間：S(d)W3mm,(25~30)min；3(a)3mm~5mm,(30?35)min；
制度 II ：中間退火,(940~960)°C * (15~20)min/AC；
管材,955°C ± 10°C * 30min/AC(或風冷)+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C , 使總保溫時間不少于18h,空冷或風冷。
1.8.2 直接時效處理
盤形鍛件直接時效制度:720°C + 10°C *8h/FC(50°C± 10°C/h)→620°C + 10°C *8h/AC。
1. 9 品種規格與供應狀態
1. 9. 1 主要規格
D15mm~100mm熱軋棒材；d 100mm?350mm鍛制棒材;D8mm~45mm的圓形冷拉棒材(≤25mm 圓形冷拉棒材，8%?12%或12%?30%的冷拉變形)，邊長8mm?30mm方形冷拉棒材；d0. 2mm?8mm 冷拉絲材；彈簧用冷拉絲A類，d≤6mm(50%?60%冷拉變形量)，d>6mm(30%以上冷拉變形量)。B類 d≤0. 65mm(15%冷拉變形量)，(>0. 65mm(冷拉變形量不限)；厚4. 00mm~14. 00mm熱軋板材渣0. 50mm ~4. 00mm冷軋薄板；厚0. 10mm~0. 80mm冷軋帶材；d≤5mm,壁厚≤0.5mm,長度≥0. 5m管材；各種規
格的鍛制圓餅、環件、模鍛件（盤、整體鍛件）。
盤形鍛件、環形件,(950~980)°C ±10°C * lh/OQ(或 AC、或 WQ)+720°C ± 10°C *8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C *8h/AC,HB 461 ?341；
航天用鍛制圓餅，(950?1010)°C ±10°C * lh/AC+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C/h)→620r ± 10°C *8h/AC(或 FC)；
絲材，955°C ± 10°C * lh/AC+720°C ±10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h) →62O°C ±5°C * (7?8)h/AC,HRCN32；
棒材和鍛件，(950?980)°C ± 10°C*lh/AC + 720°C ±5°C *8h/FC(50t±10°C/h)→ 620°C ±5°C *8h/AC,HB 法346；
板材、焊接件：
制度 I ：(940?96O)°C/AC+(71O?730)°C*(8?8. 5)h/FC(50°C 土 10°C/h) →(615?620)P * (8?
8. 5)h/AC,其中固溶保溫時間：S(d)W3mm,(25~30)min；3(a)3mm~5mm,(30?35)min；
制度 II ：中間退火,(940~960)°C * (15~20)min/AC；
管材,955°C ± 10°C * 30min/AC(或風冷)+720°C ± 10°C * 8h/FC(50°C ± 10°C/h)→620°C ± 10°C , 使總保溫時間不少于18h,空冷或風冷。
1.8.2 直接時效處理
盤形鍛件直接時效制度:720°C + 10°C *8h/FC(50°C± 10°C/h)→620°C + 10°C *8h/AC。
1. 9 品種規格與供應狀態
1. 9. 1 主要規格
D15mm~100mm熱軋棒材；d 100mm?350mm鍛制棒材;D8mm~45mm的圓形冷拉棒材(≤25mm 圓形冷拉棒材，8%?12%或12%?30%的冷拉變形)，邊長8mm?30mm方形冷拉棒材；d0. 2mm?8mm 冷拉絲材；彈簧用冷拉絲A類，d≤6mm(50%?60%冷拉變形量)，d>6mm(30%以上冷拉變形量)。B類 d≤0. 65mm(15%冷拉變形量)，(>0. 65mm(冷拉變形量不限)；厚4. 00mm~14. 00mm熱軋板材渣0. 50mm ~4. 00mm冷軋薄板；厚0. 10mm~0. 80mm冷軋帶材；d≤5mm,壁厚≤0.5mm,長度≥0. 5m管材；各種規
格的鍛制圓餅、環件、模鍛件（盤、整體鍛件）。
1.9.2 供應狀態
熱軋和鍛制棒材不經熱處理.經車光或磨光后供應；冷拉棒材以冷拉+磨光、或冷拉+固溶+磨光后 供應；絲材以冷拉或固溶，經去除氧化皮后供應；彈簧用冷拉絲經光亮固溶后直條或盤狀供應；管材A類 經冷拔+固溶+除氧化皮、或冷拔+光亮固溶后供應，管材B類以冷拔狀態供應；帶材經光亮固溶+切邊
后成卷供應；冷軋薄板經固溶+堿酸洗+平整+矯直+切邊后供應；熱軋板材經固溶+堿酸洗+平整+切 邊后供應；盤鍛件以鍛態+除氧化皮、或經標準熱處理+粗加工后供應；環形件一般不經熱處理供應。
2物理、彈性和化學性能
2. 1 熔化溫度范圍1260°C~1320°C。
2.2 相變點
2.3 熱導率（表2-1）
2.4 電阻率
2.5 熱擴散率
2.6 比熱容（表2-2）
2. 7 線膨脹系數（表2-3）
2.8 密度
p=8. 24g/cm3。
2.9 磁性能
合金無磁性。
2. 10 彈性性能（表2-4）
2. 1 熔化溫度范圍1260°C~1320°C。
2.2 相變點
2.3 熱導率（表2-1）
| θ/°C | 11 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 |
| λ/[W/(m ? °C)] | 13. 4 | 14. 7 | 15. 9 | 17. 8 | 18. 3 | 19. 6 |
| θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 | — |
| λ/[W/(m ? °C)] | 21. 2 | 22. 8 | 23. 6 | 27.6 | 30.4 | — |
2.5 熱擴散率
2.6 比熱容（表2-2）
| θ/°C | 300 | 400 | 500 | 600 |
| 481. 4 | 493. 9 | 514. 8 | 539. 0 | |
| θ/°C | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| 573.4 | 615.3 | 657.2 | 707.4 |
| θ/°C | 20? 一 253 | 2()? -183 | 2()? 100 | 20? 200 | 20? 300 | 20? 400 |
| 9. 1 | 11. 0 | 11. 8 | 13. 0 | 13. 5 | 14. 1 | |
| θ/°C | 20? 500 | 20? 600 | 20? 700 | 20? 800 | 20? 900 | 20? 1000 |
| 14.4 | 14. 8 | 15.4 | 17. 0 | 18. 4 | 18. 7 |
p=8. 24g/cm3。
2.9 磁性能
合金無磁性。
2. 10 彈性性能（表2-4）
| θ/°C | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 418 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 | 700 |
| E/GPa | 204 | — | — | 181 | 176 | — | 160 | 160 | 150 | 146 | 141 | |
| EC /GPa | 203 | — | — | 172 | — | 162 | — | 161 | 155 | 153 | — | |
| ED/GPa | 205 | 201 | 193 | 187 | — | 180 | — | 175 | — | 168 | 一 | 160 |
| G/GPa | 79 | 77 | 74 | 71 | — | 68 | — | 66 | 一 | 64 | — | 60 |
| 0. 30 | 0. 30 | 0. 30 | 0. 30 | — | 0. 31 | 一 | 0. 32 | — | 0. 32 | — | 0. 33 |
2. 11 化學性能
2. 11. 1抗氧化性能
合金在空氣介質中，不同溫度試驗100h表 2-5.
| θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
| 100h的氧化速率/ g/(m2 ? h) | 0.0176 | 0.0277 | 0. 0351 | 0.0961 | 0. 1620 |
2. 11.2 耐腐蝕性能
3力學性能
3. 1 供貨技術標準
3. 1.1技術標準規定的性能
3. 1. 1. 1鍛件、棒材、板材、絲材、毛細管技術標準規定的性能見表3-1?表3-5。
| 標準號 | 品種 | 取樣 | θ/°C | 拉伸性能 | HBS | 持久性能① | ||||||
| σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | σb/MPa | σp0.2 | δ5/% | ψ/% | |||||
| GJB 5280 | 航空用 盤鍛件 | 弦向 標準 熱處理 | 20 | ≥1270 | ≥1030 | ≥12 | ≥15 | 461?341 | — | 一 | — | — |
| 650 | ≥1000 | ≥865 | ≥12 | ≥18 | — | 690 | ≥25 | ≥5 | ≥τ | |||
| GJB 5301 | 航空用 環形件 | 20 | ≥1270 | ≥1035 | ≥12 | ≥15 | 451?345 | — | — | 一 | — | |
| 650 | ≥1000 | ≥860 | ≥12 | ≥15 | 一 | 690 | ≥25 | ≥5 | ≥τ | |||
| ①持久持續時間達到規定時間后，可按相應規定的加載至拉斷;τH≥τ后，試樣可不拉斷，允許采用光滑-缺口組合試 樣，缺口試樣=0. 2mm. | ||||||||||||
