GH4169高温合金(国外牌号Inconel718)由于具有优异的高温强度,良好的抗疲劳、抗蠕变、抗氧化和抗腐蚀性能,被广泛应用于航空发动机高压压气机叶片、涡轮盘、机厘等关键重要构件。由于GH4169高温合金热导率低、高温强度大、硬度高等特点,在铣削加工中会产生切削温度高、切削力大、刀具磨损严重等问题,进而导致加工表面完整性较差。同时,强烈的热力耦合作用也造成表层材料微观组织和微观力学等性能发生改变,从而产生不同于基体材料性质的表面变质层。航空发动机关键重要转动构件多为复杂薄壁曲面结构,其通常采用球头铣刀进行精加工,以保证尺寸精度要求。球头铣刀具有法矢自适应性的特点,便于加工过程轨迹控制与过切检查,但球头铣刀刀尖点线速度为零、空间位置狭小,这将导致铣削力大,切屑无法及时排出,进而影响加工表面完整性。
GH4169高温合金的详细参数和应用领域,聚宏信钛业整理如下:
1、GH4169化学成分
该合金的化学成分分为3类:标准成分、优质成分、高纯成分,表1-1。优质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铌的数量,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,合金牌号为GH4169A.
表1-1
类别 | C | Cr | Ni | Co | Mo | Al | Ti | Fe |
标准 | <0.08 | 17.0-21.0 | 50.0-55.0 | <1.0 | 2.80-3.30 | 0.30-0.70 | 0.755.15 | 余 |
优质 | 0.02-0.06 | 17.0-21.0 | 50.0/5.0 | <1.0 | 2.80-3.30 | 0.30-0.70 | 0.755.15 | 余 |
高纯 | 0.02-0.06 | 17.0-21.0 | 50.0-55.0 | <1.0 | 2.80-3.30 | 0.30-0.70 | 0.75-1.15 | 余 |
2、GH4169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ō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)°C±10°C, 1h, 油冷、空冷或水冷+720℃±5℃, 8h,以50℃/h炉冷至620°C±5°C, 8h,空冷。
经此制度处理的材料晶粒粗化,晶界和晶内均无ō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)°C±10°C, 1h,油冷、空冷或水冷+720°C±5℃, 8h,以50°C/h炉冷至620°C±5°C, 8h,空冷。
经此制度处理后,材料中的ō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。
3、 GH4169品种规格与状态
可供应棒材、 管材、 板材
4、GH4169熔炼与铸造工艺
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。
5、GH4169应用概况与特殊要求
GH4169高温合金主要应用于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,为提高质量和降低成本,发展了很多工艺:真空电弧重熔时釆用氮气冷却工艺,有效的减轻铌偏析;釆用喷射成形工艺生产环件,降低成本和缩短生产周期;釆用超塑成形工艺,扩大产品的生产范围。
6、GH4169物理及化学性能
6.1 GH4169热性能
6.1.1 GH4169 熔化温度范围 1260-1320°C
6.1.2 GH4169导热率见表2.1
θ/°C | 11 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
λ/ (W/ (m·°C)) | 13.4 | 14.7 | 15.7 | 17.8 | 18.3 | 19.6 | 21.2 | 22.8 | 23.6 | 27.6 | 30.4 |
6.1.3GH4169比热容见表2-2。
e/°c | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
c/ (J/ (kg.C)) | 481.4 | 493.9 | 514.8 | 539.0 | 573.4 | 615.3 | 657.2 | 707.4 |
6.1.4 GH4169线膨胀系数见表2-3。
θ/°C | 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 | 20-700 | 20-800 | 20-900 | 20-1000 |
α/10-6C-1 | 11.8 | 13.0 | 13.5 | 14.1 | 14.4 | 14.8 | 15.4 | 17.0 | 18.4 | 18.7 |
6.2 GH4169 密度
ρ=8.24g/m³
6.3GH4169电性能
6.4GH4169磁能型合金无磁性
6.5GH4169化学性能
6.5.1 GH4169抗氧化性能在空气介质中试验100h后的氧化速率见表2-4
θ/°C | 600 | 700 | 800 | 900 | 1000 |
氧化速率(g/(m3・h)) | 0.0176 | 0.0277 | 0.0351 | 0.0961 | 0.1620 |
应用领域
1)汽轮机
1)液体燃料火箭
3)低温工程
4)酸性环境
5)核工程
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