镍基高温合金GH4169卓越制造、特性及应用性能

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首位，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。

基体γ为面心立方结构,主要元素(Ni的含量达到53％时， 屈服强度可以得
到最高)。 能够溶入大量的Co、 Mo、 Cr等合金元素， 晶 格点阵常数是
0.3616nm。 在时效过程中， 将从基体中析出三种不同 的沉淀相（γ′、 γ“、
δ） 。

化学成分

C ≤0.08

Cr 17.0~21.0

Ni 50~55.0

Co ≤1.0

Mo 2.80~3.30

Al 0.30~0.70

Ti 0.75~1.15

Fe 余

Nb 4.75~5.50

γ′相的成分是Ni 3 （Al、 Ti、 Nb） ， 为面心立方LI 2 结构， Ni原子位于面心
位置， Al原子位于面心立方点阵的顶点出， 点阵常数a是0.3590nm， 形状为
球状| 。 比较之下γ′相组织稳定性较高。 γ′相的溶解温度范围为843℃~871℃，
析出温度范围为593℃~816℃。

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。

作为该合金的主要强化相， 其形状为圆盘状， 成分为Ni 3 Nb， 属于体四方DO 22 结构， 它的单位晶 胞及（111） 面上的原子排列情况如下图1—2所示。 强化相γ"的特点是可以获得比较高的屈服强度， 这是因为基体γ与强化相γ"之间的点阵错配度较大，显著的共格应力强化效果造成的。 由于γ"相是个亚稳的过渡相， 在长期的高温作用下， γ"相非常容易 聚集并且长大， 并且γ"相向δ相的转变会发生， 因此失去共格性，导致强度的大大降低。 因此， GH4169高温合金的工作温度小于650℃~700℃。 因为γ′与基体的界面非常适宜于γ"相生成， 所以， 我们总是发现γ“相析出在γ相的（100）面上， γ”相析出温度大约为595℃~870℃， 溶解温度为870℃~930℃， 析出峰值的温度大约为732℃~760℃。

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。

δ相是正交结构， 其（010） 面原子排列和单位晶 胞如图1—3所示。 在富Nb的晶 界和孪晶 上， δ相大多 以一定取向呈短棒状或针片 状析出， 位界上的球形δ相却被研究发现是无规则取向的。 根据有关的文献报道， δ相的晶 粒大小是与尺寸有关的， δ相的长度随着品粒尺寸的增加也在增加。 δ相的析出需要一定的孕育期且析出温度约为780℃~980℃。 掘相关的文献报道： 孕育期的长短和固溶温度有显著关系 ， 孕育期随着固溶温度的增高而增长， 这有可能是因为温度越高， δ相溶解越充分而引 起的， δ相的平衡量在时效过程中与晶 粒度有关， 可供δ相形核的总晶 界的面积随着晶 粒长大降低了 ， 所以， δ相析出的数量减少。 因为δ相的溶解温度为982℃~1037℃， 小于δ相溶解温度范围以下的固溶处理， 晶 粒长大的能够由合金中原来存在的δ相控制。

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。

GH4169是含Nb量较高的镍基高温合金材料。 在凝固过程中， δ相析出在Ti、 Nb较高的枝晶 间， 在γ"相的层错上δ相会首先形核， δ相形核后将会长入基体， 并且最终基体上取代原来的γ"相， 最后形成了 δ相。 δ相到γ"相的转变过程Nb元素会被吸收， 贫γ"带在δ相两侧形成。 δ相的析出形状在高温度下为短棒状， 在较低温度下为针状。