发动机用耐高温合金80A软态冷拉研磨棒

牌号 GH4169
旧牌号
对应标准 GB /T 14994-2008
高温合金冷拉棒材
Superalloy cold drawn bars
归类 镍及镍合金
性能 强度 耐腐蚀 低温韧性 高温强度 耐疲劳性
标签 时效硬化型镍基合金 紧固件材料 使用温度-200~+700°C
说明 特性和应用：GH4169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，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。
该合金可制造航空航天发动机中的各种静止件和转动件，如盘、环形件、机匣、叶片、轴、紧固件、弹性元件、燃气导管、密封元件和焊接结构，还能制造核工业应用的各种弹性元件和格架、石油工业和化工领域的零件及其他零件。
①加工性能：
高温合金的合金化程度高，导热性能极差，导致切削温度高、切削力大、加工硬化严重，尤其合金硬质点多，刀具磨损严重，切削加工成本高。目前基本都是采用硬质合金刀具加工，对尺寸精度和粗糙度要求较高的，采用无心磨加工。难
GH4169属于难切削加工的金属材料。该合金螺栓、螺钉头部采用热镦成型。镦制温度控制在1040~1090°C之间，终镦温度控制在930~950°C之间。镦制后，普通强度要求的零件晶粒度应达到4~6级，高强度要求晶粒度达到8级。
②热处理性能：
GH4169一般在固溶+时效或固溶+冷加工+时效状态下使用，抗拉强度高可达1700MPa，硬度高可达450HB。
该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。
③选用建议：
该合金产品采用热镦成型，产品除螺钉、螺母及销类零件外，还有较多特殊用途零件。
该合金可生产的产品较多，主要是各种型号和性能的螺栓及高锁螺栓，有少量的螺母、销子、垫片等。GH4169少量取代了国标、国军标的不锈钢、合金钢螺栓等产品。该合金是目前紧固件用量大的三种高温合金之一。
抗拉强度造1700MPa以下，剪切强度要求780MPa以上，使用温度在-200~+700°C内，且对抗氧化性和耐蚀性又要为的环境建议选用。
④物理性能：
熔点(°C): 1260~1320；367°C弹性模量(GPa):539；20°C~100°C热膨胀系数(10 -6 /°C):11.8；热导率: 温度:11°C/100°C, 热导率(W/m.°C):13.4/14.7；300比热容(J/kg.°C):481.4；14°C电阻率( Ω.mm 2/m):0.12；393°C密度(kg/dm 3 ): 132；393°C泊松系数: 142
ⓐ范围：
—本标准规定了高温合金冷拉棒材的尺寸、外形及允许偏差、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志和质量证书等。
—本标准适用于高温合金冷拉棒材，可用于制造工业紧固件等零件。
ⓑ尺寸、外形及允许偏差
—公称直径8~45mm的圆形棒材，公称边长为8~30mm的方形棒材，其尺寸允许偏差应符合GB/T 905-1994中h11级或h12级的规定，应在合同中注明。内切圆公称直径为8~36mm的六角形棒材，其尺寸允许偏差为GB/T 905-1994 h12级。
ⓒ交货状态原件中有具体规定
密度 8.24 g/cm3
GH4169 化学元素成分含量(%)
成分 C Si Mn P S Cr Ni Cu Mo Ti Nb B Co Al Mg 更多
小值 - - - - - 17 50 - 2.8 0.65 4.75 - - 0.2 - Fe：余量；钽Ta≤0.10
大值 0.08 0.35 0.35 0.015 0.015 21 55 0.3 3.3 1.15 5.5 0.006 1 0.8 0.01
GH4169 机械性能
试验温度
°C 热处理或状态
抗拉强度
σb
Mpa 屈服点
σs
Mpa 断后伸长率或延伸率
δ
% 断面收缩率
ψ
% 硬度
HBW
室温 固溶处理+时效处理 ≥1270 ≥1030 ≥12 ≥15 ≥345
650 ≥1000 ≥860 ≥12 ≥15
注：热处理控温精度除GH4080A时效处理为±5°C外，其余均为±10°C
①推荐的热处理制度：固溶处理950~980°C，1h，空冷或水冷；时效处理720°C，8h; 50±10°C/h炉冷到620°C,8h,空冷
②高温持久性能：试验温度650°C，试验应力690MPa，试验时间≥23h，断后伸长率4%
③该合金高温持久试验23h后试样不断，可采用逐渐增加应力的方法进行，23h小时后，每间隔8~16h，以35MPa递增加载至断裂，试验结果应符合第②条的规定
④合金试样按推荐的理制度热处后，力学性能应符合机械性能表中的规定

镍基高温合金是以镍为基体（含量一般大于50%）、在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。以下是关于它的一些具体介绍：

主要特点：

高温性能：能在650～1000℃的高温环境下保持较高的强度，可长时间在该温度区间稳定工作，其高温强度、蠕变抗力、高温疲劳强度等综合性能良好。例如在航空发动机的工作叶片、涡轮盘等关键部件中广泛应用，能够承受高温、高压和高速旋转的苛刻条件。
抗氧化与抗腐蚀性强：含有一定量的铬等合金元素，能在高温下形成稳定的氧化膜，有效抵抗氧气、硫化物等的侵蚀，具有良好的抗氧化和抗热腐蚀性能。在化工、能源等领域的一些高温腐蚀环境中表现出色，如垃圾焚烧发电、石油化工催化裂化装置等。
组织稳定性好：经过长期的使用或热暴露后，仍能保持相对稳定的组织结构和性能，不易发生相变和组织退化等现象。
常见分类：

变形高温合金：通过锻造、轧制等工艺制成，具有较好的韧性和加工性能，可用于制造形状复杂的零部件，如航空发动机的压气机叶片等。
铸造高温合金：采用熔模精密铸造等工艺生产，适用于制造形状复杂、尺寸较大的铸件，如航空发动机的涡轮叶片、导向器等。
定向凝固高温合金：利用特殊的凝固工艺使合金晶粒定向生长，提高了材料的纵向力学性能和耐高温性能，常用于制造的航空发动机叶片等关键部件。
单晶高温合金：在整个铸件中只有一个晶粒，消除了晶界对材料性能的影响，具有更高的高温强度、抗蠕变能力和疲劳寿命，是现代航空发动机叶片的材料，但制造成本较高。

棒料大部分都是热轧的，但有些有特殊要求的产品必需要冷拔棒料。冷拔棒料表面光亮，精度高，正负公差小。表面不需要再加工。性能上没有太大的区别。是热轧棒材，创去了表面的氧化皮，有些人叫这种材料为剥皮材。冷拔材是热轧材再经过冷拔而成的。冷拔的延伸性会好一些。冷拔是在常温下，用外力使材料强行通过模具，而达到所需要的尺寸，一般用于圆轴或圆棒。不锈钢冷拔的优点是：节约材料，冷拔后的材料，不但外形尺寸精度准确，而且表面粗糙度较好，同时由于材料表面经过冷拔后，会产生一层很薄的表面硬化层，使表面的强度增加。

GH4080A是以镍-铬为基体，添加铝、钛形成γ′相弥散强化的高温合金，除铝含量略高外，其他与GH4033相近，主要用作发动机转子叶片、导向叶片支座、扇形件安装环、螺栓、环形件、结构件、叶片锁板等零件。

Alloy 31V是一种耐硫化、耐腐蚀沉淀硬化合金，在1500°F (816°C)高温下具有不同寻常的耐腐蚀和强度组合。

ALLOY LF2主要用作高功率内燃机如重型柴油机的排气阀材料。

ALLOY LF8主要应用于750℃左右高温工作温度环境下的内燃机排气阀。由于ALLOY LF8气阀合的金室温和高温强度以及硬度均ALLOY 80A，有希望成为750℃气阀合金的优选材料。

高温合金分为三类材料:760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料，抗拉强度800MPa。或者说是指在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件的关键材料。

按照现有的理论，760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等。高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件，还用于制造航天、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。

气阀材料是制造汽油发动机和柴油发动机进、排气阀的材料，气阀在高温燃气腐蚀、高负荷及高应力作用等恶劣环境下工作，排气阀承受的温度高达600-800℃。常用的气阀合金有两种，一种是Alloy 80A，一种是Alloy 751，以ALLOY 80A合金为基础研发出来的有Alloy 31V 气阀合金，Alloy LF8 新型气阀合金，Alloy LF2，Alloy 3015

GH4169
沉淀强化镍基高温合金
GH4169是一种沉淀强化镍基高温合金，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，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。
外文名GH4169
主要形式棒材、板材，带材、管材
主要用途航空发动机、核能工业、石油领域应用的零件
特 点合金组织对热加工工艺特别敏感
制 造各种形状复杂的零部件
熔化温度范围1260~1320℃

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]
材料牌号
GH4169GH169
相近牌号
Inconel718（美国），NC19FeNb法国
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》
化学成分
该合金的化学成分分为3类：标准成分、成分、高纯成分。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，合号为GH4169A。

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。
规格与状态
可供应模锻件（盘、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。交货状态有供需双方商定。丝材以商定的交货状态成盘装交货。
工艺
合金的冶炼工艺分为3类：真空感应电渣重熔；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。
应用与要求
制造航空和航天发动机中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，为提和降低成本，发展了很多工艺：真空电弧重熔时采用氦气冷却工艺，有效的减轻铌偏析；采用喷射成形工艺生产环件，降低成本和缩短生产周期；采用超塑成形工艺，扩大产品的生产范围。

用该合金制造的涡轮盘、甩油盘、整体转子、轴、紧固件等零件已按照发动机所用的型号规范，在发动机零、部件试验中通过了超转、破裂、低循环疲劳试验；通过了高空台试车个长期（寿命）试车及试飞发射的考核，达到了设计和应用的要求。
物化性能
GH4169性能
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，采用的钢锭直径不大于508mm。品均化工艺确保钢锭中的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。
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。
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根据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。

预热
工件在加热之前和加热过程中都进行表面清理，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。
加热的电炉好要具有较的控温能力，炉气为中性或弱碱性，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得到佳的性能。热加工时材料应加热到加工温度的上限，为了加工时的塑性，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合金获得佳的机械性能。
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

GH4169是一种沉淀强化镍基高温合金，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，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。