介紹
該合金的另一特點是合金組織對熱加工工藝特別敏感,掌握合金中相析出和溶解規律及組織與工藝、性能的相互關系,可針對不同的使用要求制定合理、可行的工藝規程,就能獲得可滿足不同強度級別和使用要求的各種零件。供應的品種有鍛件、鍛棒、軋棒、冷軋棒、圓餅、環件、板、帶、絲、管等。可制成盤、環、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板材結構件、機匣等零部件在航空上長期使用。
材料牌號
4169
化學成分
該合金的化學成分分為3類:標準成分、優質成分、高純成分,件表1-1。優質成分的在標準成分的基礎上降碳增鈮,從而減少碳化鈮的數量,減少疲勞源和增強強化相的數量,提高抗疲勞的含量,提高材料的純度和綜合性能。
核能應用的GH4169合金,需控制硼的含量(其他元素成分不變),具體含量有工序雙方協商確定。當ω(B)≤0.002%時,為與宇航工業用的GH4169合金加以區別,合金牌號為GH4169A。
表1-1
類別 | C | Cr | Ni | Co | Mo | Al | Ti | Fe |
標準 | ≤0.08 | 17.0~21.0 | 50~55.0 | ≤1.0 | 2.80~3.30 | 0.30~0.70 | 0.75~1.15 | 余 |
優質 | 0.02~0.06 | 17.0~21.0 | 50~55.0 | ≤1.0 | 2.80~3.30 | 0.30~0.70 | 0.75~1.15 | 余 |
高純 | 0.02~0.06 | 17.0~21.0 | 50~55.0 | ≤1.0 | 2.80~3.30 | 0.30~0.70 | 0.75~1.15 | 余 |
類別 | Nb | B | Mg | Mn | Si | P | S | Cu | Ca |
不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | ||
標準 | 4.75~5.50 | 0.006 | 0.01 | 0.35 | 0.35 | 0.015 | 0.015 | 0.30 | 0.01 |
優質 | 5.00~5.50 | 0.006 | 0.01 | 0.35 | 0.35 | 0.015 | 0.015 | 0.30 | 0.01 |
高純 | 5.00~5.50 | 0.006 | 0.005 | 0.35 | 0.35 | 0.015 | 0.015 | 0.30 | 0.005 |
類別 | Bi | Sn | Pb | Ag | Se | Te | Tl | N | O |
不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | 不大于 | |
標準 | --- | --- | 0.0005 | --- | 0.0003 | --- | --- | --- | --- |
優質 | 0.001 | 0.005 | 0.001 | 0.001 | 0.0003 | --- | --- | 0.01 | 0.01 |
高純 | 0.00003 | 0.005 | 0.001 | 0.001 | 0.0003 | 0.00005 | 0.0001 | 0.01 | 0.005 |
規格與狀態
可供應模鍛件(盤、盤整體鍛件)、餅、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。交貨狀態有供需雙方商定。絲材以商定的交貨狀態成盤裝交貨。
應用與要求
制造航空和航天發動機中各種靜止件和轉動件,如盤、環件、機匣、軸、葉片、緊固件、彈性元件、燃氣導管、密封元件等和焊接結構件;制造何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零件及其他零件。
近年來,在對該合金研究不斷深化和對該合金應用不斷擴大的基礎上,為提高質量和降低成本,發展了很多工藝:真空電弧重熔時采用氦氣冷卻工藝,有效的減輕鈮偏析;采用噴射成形工藝生產環件,降低成本和縮短生產周期;采用超塑成形工藝,擴大產品的生產范圍。
功能考核
用該合金制造的渦輪盤、甩油盤、整體轉子、軸、緊固件等零件已按照發動機所用的型號規范,在發動機零、部件試驗中通過了超轉、破裂、低循環疲勞試驗;通過了高空臺試車個長期(壽命)試車及試飛發射的考核,達到了設計和應用的要求。
物化性能
密度
ρ=8.24g/cm3
化學性能
2.5.1 GH4169 抗氧化性能在空氣介質中試驗100h后的氧化速率見表2-4
表2-4
θ/℃ | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
氧化速率/(g/(m3·h)) | 0.0176 | 0.0277 | 0.0351 | 0.0961 | 0.1620 |
使用建議
推薦使用,使用中必須避免出現超過材料承受性能的應力集中。
性能要求
3.1 GH4169性能
3.1.1因GH4169合金中鈮含量高,合金中的鈮偏析成份都與冶金工藝直接相關。電渣重熔和真空電弧熔煉的熔煉速度和電極棒的質量狀態直接影響材質的優劣。熔速快,易形成富鈮的黑斑;熔速慢,會形成貧鈮的白斑;電極棒表面質量差和電極棒內部有裂紋,均易導致白斑的形成,所以,提高電極棒質量和控制熔速及提高鋼錠的凝固速率是冶煉工藝的關鍵因素。為避免鋼錠中的元素偏析過重,至今采用的鋼錠直徑不大于508mm。品均化工藝必須確保鋼錠中的L相完全溶解。鋼錠兩階段均勻化和中間坯二次均勻化處理的時間,根據鋼錠和中間坯的直徑而定。均勻化工藝的控制與材料中鈮的偏析程度直接相關。
目前生產中采用的1160℃,20h+1180℃,44h的均勻化工藝,尚不足以消除鋼錠中心的偏析,
因此建議采用以下工藝:
1.1150℃~1160℃,20h~30h+1180℃~1190℃,110h~130h;
2.1160℃,24h+1200℃,70h。
5.1.2 經均勻化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使用狀況和應用要求,結合生產廠的條件而定。開坯和生產鍛件時,中間退火溫度和終端溫度必須跟軍零件所需要的組織狀態和性能來確定,一般情況下,鍛造的終端溫度控制在930℃~950℃之間為宜。個類鍛件的鍛造溫度和變形程度見表5-1
表3-1
鍛件類別 | 第一次鍛造 | 第一次鍛造 | 第二次鍛造 | 第二次鍛造 | 晶粒度/級 | 晶粒度/級 |
加熱溫度/℃ | 變形量/% | 加熱溫度/℃ | 變形量/% | 基本晶粒 | 個別大晶粒 | |
普通 | 1065~1090 | --- | 1040~1065 | --- | 4~6 | 允許 |
高強 | 1040~1065 | --- | 1010~1040 | 30~50 | 8 | ≥2 |
直接時效 | 995~1025 | >50 | 970~995 | >50 | 10 | ≥ |
熱加工
GH4169合金合適的熱加工溫度為1120-900℃,冷卻方式可以是水淬或其他快速冷卻方式,熱加工后應及時退火以保證得到最佳的性能。熱加工時材料應加熱到加工溫度的上限,為了保證加工時的塑性,變形量達到20%時的終加工溫度不應低于960℃。
熱處理
不同的固溶處理和時效處理工藝會得到不同的材料性能。由于γ”相的擴散速率較低,所以通過長時間的時效處理能使GH4169合金獲得最佳的機械性能。
機加工
GH4169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, GH4169適合采用低表面切削速度。
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焊接
沉淀硬化型的GH4169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。
GH4169適合于電弧焊、等離子焊等