gh4169合金Inconel718高溫 NC19FeNb固溶時效

GH4169的熱處理分為三步：固溶+時效+雙時效

鎳基高溫合金是目前航空領域中應用廣的合金材料之一，其中的gh4169合金因為其具有較高的強度和塑性，良好的耐腐蝕性和抗氧化性能，以及良好的疲勞性能，被廣泛應用于制造航空發動機渦輪盤機匣、壓氣機盤和葉片等關鍵零件。

材料的性能和微觀組織的關系密不可分，微觀組織的細化能很大程度的提高材料的強度，疲勞性能等力學性能，組織均勻化分布能使得鍛件整體表現出均一化的材料屬性。所以，為了獲得高品質的gh4169合金材料，需要通過調控微觀組織演變的方式來完成。目前，在鍛件的熱變形過程中，因為坯料在熱塑性變形中的不均勻變形會造成在不同應變區域的動態再結晶程度不一致，導致鍛件各部位的組織不均勻，從而使得鍛件內部在不同區域表現出不同差異性的材料性能。并且，鍛造過程中變形不均勻難以通過調整工藝參數解決。已有的改善鍛件組織混晶情況的工藝為在鍛造變形前進行預時效析出delta相，通過delta相對組織再結晶行為的粒子激發形核作用和釘扎作用來調控組織再結晶行為，但仍然無法消除混晶不均勻組織。因此，對鍛件進行熱處理控制組織的靜態及亞動態再結晶行為，從而達到晶粒組織細化與均勻化的目的是一個新的思路。然而，目前尚未有有關如何在鍛造后通過熱處理實現固溶態鍛件不均勻組織均勻化和細化的成熟工藝。因此，急需發明一種經濟高效的新方法，利用該方法既能有效地提高固溶態gh4169合金鍛造后組織細晶程度，又能明顯改善組織整體不均勻性。

固溶態gh4169合金鍛件混晶組織的方法的方法，該方法通過在高效的熱處理工藝路徑過程中調控熱處理工藝參數以控制組織的再結晶行為，從而顯著提高固溶態gh4169合金鍛件混晶組織均勻性及細化程度，解決了現有工藝沒有綜合考慮工藝路徑經濟性與晶粒細化高效性的問題。

本發明解決上述難題的方案是：

步驟1：對具有混晶組織的固溶態gh4169合金鍛件進行時效處理，時效溫度控制在890～910℃，時效時間控制在9～24小時；

步驟2：對時效處理后鍛件進行連續降溫退火處理，起始退火溫度控制在1000～1040℃，退火時間控制在10～30分鐘，終了退火溫度控制在950～990℃；

所述步驟1中的固溶態gh4169合金鍛件是指其鍛坯經過固溶處理消除了δ相，其固溶處理的工藝條件可為：固溶溫度范圍為1020～1050℃，固溶時間為40～60分鐘；

所述步驟1中的具有混晶組織的固溶態gh4169合金鍛件的熱塑性成形工藝需滿足條件為：變形溫度控制在950-1010℃之間，等效應變速率最小值需大于0.0018s-1，等效應變最小值需大于0.2。

本發明的有益效果為：該方法充分利用了溫度、時間、位錯能及δ相對鍛造后組織中靜態和亞動態再結晶的作用機制，在高效的熱處理工藝路徑下實現了gh4169合金鍛件不均勻晶粒組織的均勻化和細化，為gh4169合金鍛件整體結構品質的躍升提供了新方法。

其原理為：經過第一次低溫時效退火處理，析出了大量第二相。在第二次高溫再結晶退火過程中，大量的第二相為再結晶提供了形核位點，同時其密集分布的形貌特征也能有效阻止鍛造變形過程中產生的動態再結晶晶粒長大。此外，高溫通過促進原子的熱擴散能有效促進再結晶形核，再結晶長大及delta相溶解。因此高溫退火處理下晶粒組織形核率增加的同時，晶粒的過快長大也變得越發明顯，其長大速率難以控制導致難以獲得均勻細小的晶粒組織。鑒于降低溫度能有效減緩再結晶速率且能少量析出δ相來控制晶粒組織的長大行為，將保溫過程設計為連續降溫過程能有效協同控制溫度及δ相對組織再結晶行為的影響，使得整個晶粒組織變細小均勻。最終達到了細化鎳基合金鍛件晶粒并提高組織均勻性的目的。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施案例對本發明進行詳細說明。

本發明是一種經濟高效細化gh4169合金鍛件組織的方法，下面所有實施例中均選用典型的工業用gh4169合金鍛坯為對象。

實施例1

步驟1：將gh4169合金鍛坯進行固溶處理，固溶溫度為1040±5℃，固溶時間為45分鐘，然后淬火，淬火介質為室溫水；

步驟2：對固溶處理后的gh4169合金加熱到950℃保溫，保溫至鍛坯溫度均勻后，以0.1s-1的應變速率對合金施加變形，在變形量達到50％時終止，其心部區域等效應變范圍為0.77-0.90，邊緣區域等效應變范圍為0.22-0.34；gh4169合金鍛坯經步驟1、2的固溶鍛造工藝及鍛造后的組織分別如圖1與圖2所示；

步驟3：對步驟2獲得的鍛件進行時效處理，時效溫度為900±5℃，時效時間為12小時，然后淬火，淬火介質為室溫水；

步驟4：對時效處理后gh4169鍛件進行退火處理，退火溫度為990±5℃，保溫時間為60分鐘，然后淬火，淬火介質為室溫水；實施步驟3～4的工藝路線如圖3所示，經過熱處理后的組織如圖4所示；

對gh4169合金熱處理工藝前后進行ebsd觀察，結果如圖2、圖4所示。圖2所示為鍛造后原始鍛件心部組織，組織形貌表現為沿變形拉長方向的粗大扁長狀晶粒，在原始大晶界周圍分布有少量的動態再結晶晶粒，組織以原始大晶粒為主，該變形混晶組織的平均晶粒尺寸統計為34.84μm。而在圖4中組織發生了完再結晶行為，消除了鍛件的變形混晶組織，晶粒在delta相釘扎作用的影響下細小且分布均勻。此時其晶粒組織細晶程度等級達到了astm9級，經統計其晶粒尺寸為此時的平均晶粒尺寸經統計為16.67μm。上述實驗方案說明通過對變形后鍛件進行先時效析出delta相后進行再結晶退火的兩階段退火處理可以均勻細化晶粒。其原理是利用退火過程中的再結晶和第二相的釘扎作用之間的協同作用來細化晶粒。本方法相比其他通過將合金坯料在高溫下多次鍛造來達到提升鍛件組織均勻性的方法，具有操作簡便，效率高，成本低，易于實施且可極大的降低對鍛造工藝的要求等優勢。

實施例2

步驟1：將gh4169合金鍛坯進行固溶處理，固溶溫度為1040±5℃，固溶時間為45分鐘，然后淬火，淬火介質為室溫水；

步驟2：對固溶處理后的gh4169合金加熱到950℃保溫，保溫至鍛坯溫度均勻后，以0.1s-1的應變速率對合金施加變形，在變形量達到50％時終止，其心部區域等效應變范圍為0.77-0.90，邊緣區域等效應變范圍為0.22-0.34；

步驟3：對步驟2獲得的鍛件進行時效處理，時效溫度為900±5℃，時效時間為12小時，然后淬火，淬火介質為室溫水；

步驟4：對時效處理后gh4169鍛件進行連續降溫退火處理，退火起始溫度為1020±5℃，退火總時間為20分鐘，退火終了溫度為970±5℃，然后淬火，淬火介質為室溫水；實施步驟3～4的工藝路線如圖5所示，經過熱處理后的組織如圖6所示；

對gh4169合金熱處理工藝前后進行ebsd觀察，經過特殊工藝處理后的圖6中的組織發生了完再結晶行為，消除了鍛件的變形混晶組織，晶粒在δ相釘扎作用的影響下細小且分布均勻。此時其晶粒組織細晶程度等級達到了astm11級，經統計其平均晶粒尺寸為9.00μm。通過對比圖2，圖4和圖6可知，本發明的方法可以在更少的保溫時間下發生完再結晶行為以消除原始混晶，并且其獲得的晶粒組織更加細小且均勻。本方法充分利用高溫促進再結晶形核，低溫放緩再結晶長大速率及δ相對再結晶行為的協同作用來均勻細化晶粒。相比通過實施例1中兩階段保溫熱處理的均勻細化方法有成本低，效率高，晶粒均勻細化效果好等優勢。對比實施例1及實施例2證明了本發明提出的方法具有顯著的*性。

GH4169沉淀硬化型高溫合金

技術標準

GJB 1952-1994《航空用高溫合金冷軋薄板規范》

GJB 2297-1995《航空用高溫合金冷拔（軋）無縫管規范》

GJB 2612-1996《航空用高溫合金冷拉絲材規范》

GJB 3020-1997《航空用高溫合金環坯規范》

GJB 3317-1998《航空用高溫合金熱軋板規范》

GJB 3318-1998《航空用高溫合金冷軋帶材規范》

GJB 3165-1998《航空承力件用高溫合金熱軋和鍛制棒材規范》

GJB 3167-1998《冷鐓用高溫合金冷拉絲材規范》

GB/T 15062-1994 《一般用高溫合金管》

GH4169特性及應用領域概述：

該合金在-253～700℃溫度范圍內具有良好的綜合性能,650℃以下的屈服強度居變形高溫合金,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雜的零部件，在宇航、核能、石油工業及擠壓模具中，在上述溫度范圍內獲得了極為廣泛的應用。

GH4169相近牌號：

Inconel 718、UNS NO7718(美國)、NC19FeNb(法國)、W.Nr.2.4668(德國)

GH4169 金相組織結構：

該合金標準熱處理狀態的組織由γ基體γ'、γ'、δ、NbC相組成。

GH4169工藝性能與要求：

1、因GH4169合金中鈮含量高,合金中的鈮偏析程度與治金工藝直接有關。

2、為避免鋼錠中的元素偏析過重，采用的鋼錠直徑不大于508mm。

3、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℃。

4、該合金的晶粒度平均尺寸與鍛件的變形程度、終鍛溫度密切相關。

5、合金具有滿意的焊接性能，可用氬弧焊、電子束焊、縫焊、點焊等方法進行焊接。

GH4169熱處理制度

       合金具有不同的熱處理制度，以控制晶粒度、控制δ相形貌、分布和數量，從而獲得不同級別的力學性能。合金的熱處理制度分3類：

①: （1010～1065)±10℃保溫1h，油冷、空冷或水冷+ 720±5℃保溫8h，以50℃/h爐冷至620±5℃保溫8h，空冷。

經此制度處理的材料晶粒粗化，晶界和晶內均無δ相，存在缺口敏感性，但對提高沖擊性能和抗低溫氫脆有利。

②:（950～980）±10℃保溫1h，油冷、空冷或水冷+ 720±5℃保溫8h，以50℃/h爐冷至620±5℃保溫8h，空冷。

經此制度處理的材料晶界有δ相，有利于消除缺口敏感性，是熱處理制度，也稱為標準熱處理制度。標準熱處理后室溫硬度為346～450HBS。

③: 720±5℃保溫8h，以50℃/h爐冷至620±5℃保溫8h，空冷。

按此制度處理后，材料中的δ相較少，能提高材料的強度和沖擊性能。該制度也稱為直接時效熱處理制度。

4、相變溫度

       γ"相是該合金的主要強化相，其最高穩定溫度是650℃，開始固熔溫度為840～870℃，完固熔溫度是950℃，Y'相也是該合金的強化相，但數量少于Y"相，其析出溫度是600℃，完熔解溫度840℃；δ相的開始析出溫度是700℃，析出最高溫度是940℃，980℃開始熔解，完熔解溫度是1020℃。

5、合金組織

       合金標準熱處理狀態的組織由γ基體、γ'、γ"、δ、NbC相組成。γ"（Ni3Nb）相是主要強化相，為體心四方有序結構的亞穩定相，呈圓盤狀在基體中彌散共格析出，在長期時效或長期應用期間，有向δ相轉變的趨勢，使強度下降。γ' （Ni3（Al、Ti））相的數量次于γ"相，呈球狀彌散析出，對合金起一部分強化作用。δ相主要在晶界析出，其形貌與鍛造期間的終鍛溫度相關，終鍛溫度在900℃，形成針狀，在晶界和晶內析出；終鍛溫度達930℃，δ相呈顆粒狀，均勻分布；終鍛溫度達950℃，δ相呈短棒狀，分布于晶界為主；終鍛溫度達980℃，在晶界析出少量針狀δ相，鍛件出現持久缺口敏感性。終鍛溫度達到1020℃或更高，鍛件中無δ相析出，晶粒隨之粗化，鍛件有持久缺口敏感性。鍛造過程中，δ相在晶界析出，能起到釘扎作用，阻礙晶粒粗化。 

GH4169主要規格：

GH4169鋼板、GH4169鋼帶、GH4169圓鋼、GH4169無縫管、GH4169焊管、GH4169鍛件、GH4169法蘭、GH4169圓環、GH4169鍛環、GH4169直條、GH4169絲材及配套焊材、GH4169圓餅、GH4169扁鋼、GH4169六角棒、GH4169大小頭、GH4169彎頭、GH4169三通、GH4169加工件、GH4169螺栓螺母、GH4169緊固件