GH4169簡(jiǎn)介GH4169特性

GH4169合金在-253～700℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的，并具有良好的耐輻射、耐氧化、耐腐蝕性能，以及良好的加工性能、焊接性能良好。能夠制造形狀復(fù)雜的零部件

GH4169特性：

GH4169是Ni-Cr-Fe基沉淀硬化型變形高溫合金，長(zhǎng)時(shí)使用溫度范圍-235°C～650°C,短時(shí)使用溫度可達(dá)800°C。合金在650°C以下強(qiáng)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(zhǎng)期組織穩(wěn)定性。

GH4169 應(yīng)用：
合金已用于制作航空發(fā)動(dòng)機(jī)、環(huán)件、機(jī)匣、軸、葉片、緊固件、彈性元件、燃?xì)鈱?dǎo)管、密封元件和焊接結(jié)構(gòu)件等；制作液氫、制作核能工業(yè)應(yīng)

用的各種彈性元件和格架；制作石油和化工領(lǐng)域應(yīng)用的多種零件。

摘 要：目的 減輕不同熱處理狀態(tài)下激光增材制造高 Nb 含量 GH4169 合金組織中的微觀偏析。方法 采用激光增材制造方法對(duì)球磨 Nb 合金化后的合金粉末進(jìn)行快速成形，獲得具有較高 Nb 含量的 GH4169 合金試樣。

通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡及能譜分析、維氏硬度測(cè)試方法，對(duì)沉積態(tài)、固溶態(tài)和直接時(shí)效態(tài)試樣進(jìn)行分析，研究因合金中 Nb 含量變化引起的微觀偏析對(duì)沉積態(tài)和熱處理態(tài)合金的枝晶組織和顯微硬度的影響。

結(jié)果 隨著 Nb 含量的增加，一方面，由于枝晶間的 Nb 含量增加，枝晶間（γ+Laves）共晶數(shù)量增加，且共晶組織形貌更為連續(xù)；沉積態(tài)試樣的顯微硬度由 228.4HV 增大至 534.1HV。另一方面，枝晶干 Nb元素含量增加，枝晶干與枝晶間 Nb 元素含量的差異縮小，Nb 元素的偏析比由 8.59 減小至 4.13。

后續(xù)固溶處理后，枝晶結(jié)構(gòu)逐漸消失，枝晶間 Laves 相的數(shù)量隨之減少，枝晶干與枝晶間的微觀偏析減輕；固溶態(tài)試樣硬度值隨之減小，減小趨勢(shì)隨固溶溫度的升高而逐漸平緩。

隨著 Nb 含量的增加，直接時(shí)效處理后，各試樣顯微硬度值在微觀區(qū)域內(nèi)的均勻性提高，枝晶干與枝晶間強(qiáng)化相的析出差異減小。

結(jié)論 合適的熱處理制度既可以實(shí)現(xiàn)合金元素的均勻化，還能減小枝晶干與枝晶間強(qiáng)化相的析出差異，減輕激光增材制造高 Nb 含量 GH4169 合金組織中的微觀偏析。

GH4169（國(guó)外牌號(hào)為 Inconel 718）合金是一種鎳鐵基變形高溫合金，具有良好的焊接性能和抗腐蝕性、良好的熱加工性能、較高的強(qiáng)度，是航空航天及石油化工、冶金礦山應(yīng)用的關(guān)鍵性材料。隨著我國(guó)航空航天技術(shù)的發(fā)展，幾何形狀多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、性能優(yōu)異的高溫合金結(jié)構(gòu)件需求量也日益增大。目前的鍛造工藝還很難滿足幾何形狀復(fù)雜、尺寸精密等要求，這在一定程度上限制了 GH4169 合金的發(fā)展與應(yīng) 用。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、激光技術(shù)、機(jī)械工程技術(shù)及 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展，20 世紀(jì) 80、90 年代誕生了以激光熔覆技術(shù)和快速成形技術(shù)為基礎(chǔ)的金屬零件激光增材制造技術(shù)，這為獲得高性能的高溫合金開(kāi)拓了新途徑[3-4]。

激光增材制造 GH4169 合金熔池凝固速度快，避免了材料中合金元素的宏觀偏析[5-10]，但是激光增材制造 GH4169 合金組織的亞結(jié)構(gòu)為枝晶結(jié)構(gòu)，枝晶間主要為(γ+Laves)共晶組織。特別地，GH4169 合金激光熔池在凝固末期形成了富含 Nb 的脆性 Laves 相，該相中 Nb 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到 22.4%[11]，而基體 γ 相中Nb 元素的含量大大低于枝晶間。

因此在微觀枝晶亞結(jié)構(gòu)中，Nb 元素的偏析現(xiàn)象依然存在。Nb 是 GH4169合金中主要強(qiáng)化相 γ的主要形成元素，強(qiáng)化相的析出尺寸、位置與數(shù)量都直接影響著 GH4169 合金的使用性能。

Sui 等人[12-14]利用激光修復(fù)技術(shù)，較為系統(tǒng)地研究了 GH4169 合金修復(fù)件的組織與性能變化規(guī)律。

'研究發(fā)現(xiàn)，修復(fù)區(qū)沉積態(tài)顯微結(jié)構(gòu)為枝晶結(jié)構(gòu)，基材區(qū)為鍛態(tài)等軸晶。經(jīng)過(guò)直接時(shí)效處理后，強(qiáng)化相的分布均勻性也不相同，其中修復(fù)區(qū)的強(qiáng)化相 γ主要分布在 Nb 含量較高的枝晶間區(qū)域，而枝晶干區(qū)域很少有強(qiáng)化相 γ析出，甚至沒(méi)有強(qiáng)化相析出。

可見(jiàn)，GH4169中 Nb 元素的含量，尤其是 Nb 元素的偏析程度、枝晶干的 Nb 含量對(duì) GH4169 合金的性能起到至關(guān)重要的作用。

為了更好地發(fā)揮合金組織和力學(xué)性能潛力，國(guó)內(nèi)外研究者多采用調(diào)整 Al、Ti 及 Nb 的相對(duì)比例，改變沉淀相的析出數(shù)量、形貌以及尺寸，從而達(dá)到提高組織穩(wěn)定性以及優(yōu)化性能的目的。

Cozar R[15]等人在Inconel 718 合金的基礎(chǔ)上調(diào)整了 Al、Ti 及 Nb 元素的含量，結(jié)果表明，當(dāng)合金中 Ti+A1/Nb 原子比提高到0.9 甚至更高后，兩種強(qiáng)化相 γ及 γ會(huì)以“包覆組織”形式析出，提高了合金的組織穩(wěn)定性。

董建新等人[16]在 Cozar R 的研究基礎(chǔ)上，對(duì)不同 Ti+A1/Nb 原子比的 Inconel 718 合金進(jìn)行了更高溫度及更長(zhǎng)時(shí)間的時(shí)效處理，研究了調(diào)整成分后合金的時(shí)效硬化曲線，發(fā)現(xiàn)調(diào)整成分后合金的軟化原因不同于傳統(tǒng) Inconel 718 合金。為了保證調(diào)整成分后的 Inconel 718 合金的組織穩(wěn)定性和良好的力學(xué)性能，Du 等人[17-18]提高了合金中 Ti+A1/Nb 原子比，保證足夠的 Al+Ti+Nb 的量，還添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.024%的 P 和 0.0096%的 B，發(fā)現(xiàn)調(diào)整成分后形成的 γ+γ包覆組織可以提高Inconel 718 的組織穩(wěn)定性，相比于傳統(tǒng)的 Inconel 718合金使用溫度提高了 30 ℃。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外研究者在傳統(tǒng)鑄造工藝中實(shí)現(xiàn)了 GH4169 合金的合金化處理，但是由于 GH4169 合金容易在鋼錠凝固結(jié)晶過(guò)程中出現(xiàn) Nb 元素的宏觀偏析，導(dǎo)致冶金缺陷的形成，因而在對(duì) GH4169 合金成分優(yōu)化時(shí)，合金中 Nb 元素的添加量普遍較低?？紤]到激光增材制造熔池非平衡快速凝固的特點(diǎn)，可有效避免合金元素的宏觀偏析問(wèn)題，保證材料連續(xù)成形，這提供了一條實(shí)現(xiàn)高溫合金中易偏析元素含量增加的有效方法，也為通過(guò)改變合金成分實(shí)現(xiàn) GH4169 合金組織改善與性能優(yōu)化提供了途徑。同時(shí)，通過(guò)不同的熱處理工藝來(lái)繼續(xù)對(duì)顯微組織進(jìn)行調(diào)控，獲得更佳性能并掌握合金化后合金相變規(guī)律，也是一項(xiàng)重要的工作[19-24]。

該合金的另一特點(diǎn)是合金組織對(duì)熱加工工藝特別敏感，掌握合金中相析出和溶解規(guī)律及組織與工藝、性能的相互關(guān)系，可針對(duì)不同的使用要求制定合理、可行的工藝規(guī)程，就能獲得可滿足不同強(qiáng)度級(jí)別和使用要求的零件。機(jī)匣等零部件長(zhǎng)期使用。

GH4169是一種沉淀強(qiáng)化鎳基高溫合金，在-253～650℃溫度范圍內(nèi)具有良好的綜合性能，650℃以下的屈服強(qiáng)度居變形高溫合金的首位，并具有良好的抗疲勞、抗輻射、抗氧化、耐腐蝕性能，以及良好的加工性能、焊接性能良好。能夠制造各種形狀復(fù)雜的零部件，在宇航、核能、石油工業(yè)及擠壓模具中，在上述溫度范圍內(nèi)獲得了極為廣泛的應(yīng)用。

該合金的另一特點(diǎn)是合金組織對(duì)熱加工工藝特別敏感，掌握合金中相析出和溶解規(guī)律及組織與工藝、性能的相互關(guān)系，可針對(duì)不同的使用要求制定合理、可行的工藝規(guī)程，就能獲得可滿足不同強(qiáng)度級(jí)別和使用要求的各種零件。供應(yīng)的品種有鍛件、鍛棒、軋棒、冷軋棒、圓餅、環(huán)件、板、帶、絲、管等?？芍瞥杀P(pán)、環(huán)、葉片、軸、緊固件和彈性元件、板材結(jié)構(gòu)件、機(jī)匣等零部件在航空上長(zhǎng)期使用

材料牌號(hào)

GH4169(GH169）

相近牌號(hào)

Inconel718（美國(guó)），NC19FeNb(法國(guó)）

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

GJB 2612-1996 《焊接用高溫合金冷拉絲材規(guī)范》

HB 6702-1993 《WZ8系列用GH4169合金棒材》

Q/6S 1034-1992 《高溫緊固件用GH4169合金棒材》

Q/3B 548-1996 《GH4169合金鍛件》

Q/3B 548-1996 《GH4169合金鍛件》

Q/3B 4048-1993 《YZGH4169合金棒材》

Q/3B 4050-1993 《GH4169合金板材》

Q/3B 4051-1993 《GH4169合金絲材》

GB/T14992-2005 《高溫合金》

化學(xué)成分

該合金的化學(xué)成分分為3類：標(biāo)準(zhǔn)成分、優(yōu)質(zhì)成分、高純成分，件表1-1。優(yōu)質(zhì)成分的在標(biāo)準(zhǔn)成分的基礎(chǔ)上降碳增鈮，從而減少碳化鈮的數(shù)量，減少疲勞源和增強(qiáng)強(qiáng)化相的數(shù)量，提高抗疲勞的含量，提高材料的純度和綜合性能。

核能應(yīng)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(xié)商確定。當(dāng)ω（B）≤0.002%時(shí)，為與宇航工業(yè)用的GH4169合金加以區(qū)別，合金牌號(hào)為GH4169A。