gh4169合金Inconel718高温 NC19FeNb固溶时效

GH4169的热处理分为三步：固溶+时效+双时效

镍基高温合金是目前航空领域中应用广的合金材料之一，其中的gh4169合金因为其具有较高的强度和塑性，良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，以及良好的疲劳性能，被广泛应用于制造航空发动机涡轮盘机匣、压气机盘和叶片等关键零件。

材料的性能和微观组织的关系密不可分，微观组织的细化能很大程度的提高材料的强度，疲劳性能等力学性能，组织均匀化分布能使得锻件整体表现出均一化的材料属性。所以，为了获得高品质的gh4169合金材料，需要通过调控微观组织演变的方式来完成。目前，在锻件的热变形过程中，因为坯料在热塑性变形中的不均匀变形会造成在不同应变区域的动态再结晶程度不一致，导致锻件各部位的组织不均匀，从而使得锻件内部在不同区域表现出不同差异性的材料性能。并且，锻造过程中变形不均匀难以通过调整工艺参数解决。已有的改善锻件组织混晶情况的工艺为在锻造变形前进行预时效析出delta相，通过delta相对组织再结晶行为的粒子激发形核作用和钉扎作用来调控组织再结晶行为，但仍然无法消除混晶不均匀组织。因此，对锻件进行热处理控制组织的静态及亚动态再结晶行为，从而达到晶粒组织细化与均匀化的目的是一个新的思路。然而，目前尚未有有关如何在锻造后通过热处理实现固溶态锻件不均匀组织均匀化和细化的成熟工艺。因此，急需发明一种经济高效的新方法，利用该方法既能有效地提高固溶态gh4169合金锻造后组织细晶程度，又能明显改善组织整体不均匀性。

固溶态gh4169合金锻件混晶组织的方法的方法，该方法通过在高效的热处理工艺路径过程中调控热处理工艺参数以控制组织的再结晶行为，从而显著提高固溶态gh4169合金锻件混晶组织均匀性及细化程度，解决了现有工艺没有综合考虑工艺路径经济性与晶粒细化高效性的问题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：对具有混晶组织的固溶态gh4169合金锻件进行时效处理，时效温度控制在890～910℃，时效时间控制在9～24小时；

步骤2：对时效处理后锻件进行连续降温退火处理，起始退火温度控制在1000～1040℃，退火时间控制在10～30分钟，终了退火温度控制在950～990℃；

所述步骤1中的固溶态gh4169合金锻件是指其锻坯经过固溶处理消除了δ相，其固溶处理的工艺条件可为：固溶温度范围为1020～1050℃，固溶时间为40～60分钟；

所述步骤1中的具有混晶组织的固溶态gh4169合金锻件的热塑性成形工艺需满足条件为：变形温度控制在950-1010℃之间，等效应变速率最小值需大于0.0018s-1，等效应变最小值需大于0.2。

本发明的有益效果为：该方法充分利用了温度、时间、位错能及δ相对锻造后组织中静态和亚动态再结晶的作用机制，在高效的热处理工艺路径下实现了gh4169合金锻件不均匀晶粒组织的均匀化和细化，为gh4169合金锻件整体结构品质的跃升提供了新方法。

其原理为：经过第一次低温时效退火处理，析出了大量第二相。在第二次高温再结晶退火过程中，大量的第二相为再结晶提供了形核位点，同时其密集分布的形貌特征也能有效阻止锻造变形过程中产生的动态再结晶晶粒长大。此外，高温通过促进原子的热扩散能有效促进再结晶形核，再结晶长大及delta相溶解。因此高温退火处理下晶粒组织形核率增加的同时，晶粒的过快长大也变得越发明显，其长大速率难以控制导致难以获得均匀细小的晶粒组织。鉴于降低温度能有效减缓再结晶速率且能少量析出δ相来控制晶粒组织的长大行为，将保温过程设计为连续降温过程能有效协同控制温度及δ相对组织再结晶行为的影响，使得整个晶粒组织变细小均匀。最终达到了细化镍基合金锻件晶粒并提高组织均匀性的目的。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明进行详细说明。

本发明是一种经济高效细化gh4169合金锻件组织的方法，下面所有实施例中均选用典型的工业用gh4169合金锻坯为对象。

实施例1

步骤1：将gh4169合金锻坯进行固溶处理，固溶温度为1040±5℃，固溶时间为45分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；

步骤2：对固溶处理后的gh4169合金加热到950℃保温，保温至锻坯温度均匀后，以0.1s-1的应变速率对合金施加变形，在变形量达到50％时终止，其心部区域等效应变范围为0.77-0.90，边缘区域等效应变范围为0.22-0.34；gh4169合金锻坯经步骤1、2的固溶锻造工艺及锻造后的组织分别如图1与图2所示；

步骤3：对步骤2获得的锻件进行时效处理，时效温度为900±5℃，时效时间为12小时，然后淬火，淬火介质为室温水；

步骤4：对时效处理后gh4169锻件进行退火处理，退火温度为990±5℃，保温时间为60分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；实施步骤3～4的工艺路线如图3所示，经过热处理后的组织如图4所示；

对gh4169合金热处理工艺前后进行ebsd观察，结果如图2、图4所示。图2所示为锻造后原始锻件心部组织，组织形貌表现为沿变形拉长方向的粗大扁长状晶粒，在原始大晶界周围分布有少量的动态再结晶晶粒，组织以原始大晶粒为主，该变形混晶组织的平均晶粒尺寸统计为34.84μm。而在图4中组织发生了完再结晶行为，消除了锻件的变形混晶组织，晶粒在delta相钉扎作用的影响下细小且分布均匀。此时其晶粒组织细晶程度等级达到了astm9级，经统计其晶粒尺寸为此时的平均晶粒尺寸经统计为16.67μm。上述实验方案说明通过对变形后锻件进行先时效析出delta相后进行再结晶退火的两阶段退火处理可以均匀细化晶粒。其原理是利用退火过程中的再结晶和第二相的钉扎作用之间的协同作用来细化晶粒。本方法相比其他通过将合金坯料在高温下多次锻造来达到提升锻件组织均匀性的方法，具有操作简便，效率高，成本低，易于实施且可极大的降低对锻造工艺的要求等优势。

实施例2

步骤1：将gh4169合金锻坯进行固溶处理，固溶温度为1040±5℃，固溶时间为45分钟，然后淬火，淬火介质为室温水；

步骤2：对固溶处理后的gh4169合金加热到950℃保温，保温至锻坯温度均匀后，以0.1s-1的应变速率对合金施加变形，在变形量达到50％时终止，其心部区域等效应变范围为0.77-0.90，边缘区域等效应变范围为0.22-0.34；

步骤3：对步骤2获得的锻件进行时效处理，时效温度为900±5℃，时效时间为12小时，然后淬火，淬火介质为室温水；

步骤4：对时效处理后gh4169锻件进行连续降温退火处理，退火起始温度为1020±5℃，退火总时间为20分钟，退火终了温度为970±5℃，然后淬火，淬火介质为室温水；实施步骤3～4的工艺路线如图5所示，经过热处理后的组织如图6所示；

对gh4169合金热处理工艺前后进行ebsd观察，经过特殊工艺处理后的图6中的组织发生了完再结晶行为，消除了锻件的变形混晶组织，晶粒在δ相钉扎作用的影响下细小且分布均匀。此时其晶粒组织细晶程度等级达到了astm11级，经统计其平均晶粒尺寸为9.00μm。通过对比图2，图4和图6可知，本发明的方法可以在更少的保温时间下发生完再结晶行为以消除原始混晶，并且其获得的晶粒组织更加细小且均匀。本方法充分利用高温促进再结晶形核，低温放缓再结晶长大速率及δ相对再结晶行为的协同作用来均匀细化晶粒。相比通过实施例1中两阶段保温热处理的均匀细化方法有成本低，效率高，晶粒均匀细化效果好等优势。对比实施例1及实施例2证明了本发明提出的方法具有显著的优越性。

GH4169沉淀硬化型高温合金

技术标准

GJB 1952-1994《航空用高温合金冷轧薄板规范》

GJB 2297-1995《航空用高温合金冷拔（轧）无缝管规范》

GJB 2612-1996《航空用高温合金冷拉丝材规范》

GJB 3020-1997《航空用高温合金环坯规范》

GJB 3317-1998《航空用高温合金热轧板规范》

GJB 3318-1998《航空用高温合金冷轧带材规范》

GJB 3165-1998《航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范》

GJB 3167-1998《冷镦用高温合金冷拉丝材规范》

GB/T 15062-1994 《一般用高温合金管》

GH4169特性及应用领域概述：

该合金在-253～700℃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,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。

GH4169相近牌号：

Inconel 718、UNS NO7718(美国)、NC19FeNb(法国)、W.Nr.2.4668(德国)

GH4169 金相组织结构：

该合金标准热处理状态的组织由γ基体γ'、γ'、δ、NbC相组成。

GH4169工艺性能与要求：

1、因GH4169合金中铌含量高,合金中的铌偏析程度与治金工艺直接有关。

2、为避免钢锭中的元素偏析过重，采用的钢锭直径不大于508mm。

3、经均匀化处理的合金具有良好的热加工性能，钢锭的开坯加热温度不得超过1120℃。

4、该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。

5、合金具有满意的焊接性能，可用氩弧焊、电子束焊、缝焊、点焊等方法进行焊接。

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δ相形貌、分布和数量，从而获得不同级别的力学性能。合金的热处理制度分3类：

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

经此制度处理的材料晶粒粗化，晶界和晶内均无δ相，存在缺口敏感性，但对提高冲击性能和抗低温氢脆有利。

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

经此制度处理的材料晶界有δ相，有利于消除缺口敏感性，是热处理制度，也称为标准热处理制度。标准热处理后室温硬度为346～450HBS。

③: 720±5℃保温8h，以50℃/h炉冷至620±5℃保温8h，空冷。

按此制度处理后，材料中的δ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。

4、相变温度

       γ"相是该合金的主要强化相，其最高稳定温度是650℃，开始固熔温度为840～870℃，完固熔温度是950℃，Y'相也是该合金的强化相，但数量少于Y”相，其析出温度是600℃，完熔解温度840℃；δ相的开始析出温度是700℃，析出最高温度是940℃，980℃开始熔解，完熔解温度是1020℃。

5、合金组织

       合金标准热处理状态的组织由γ基体、γ'、γ"、δ、NbC相组成。γ"（Ni3Nb）相是主要强化相，为体心四方有序结构的亚稳定相，呈圆盘状在基体中弥散共格析出，在长期时效或长期应用期间，有向δ相转变的趋势，使强度下降。γ' （Ni3（Al、Ti））相的数量次于γ”相，呈球状弥散析出，对合金起一部分强化作用。δ相主要在晶界析出，其形貌与锻造期间的终锻温度相关，终锻温度在900℃，形成针状，在晶界和晶内析出；终锻温度达930℃，δ相呈颗粒状，均匀分布；终锻温度达950℃，δ相呈短棒状，分布于晶界为主；终锻温度达980℃，在晶界析出少量针状δ相，锻件出现持久缺口敏感性。终锻温度达到1020℃或更高，锻件中无δ相析出，晶粒随之粗化，锻件有持久缺口敏感性。锻造过程中，δ相在晶界析出，能起到钉扎作用，阻碍晶粒粗化。 

GH4169主要规格：

GH4169钢板、GH4169钢带、GH4169圆钢、GH4169无缝管、GH4169焊管、GH4169锻件、GH4169法兰、GH4169圆环、GH4169锻环、GH4169直条、GH4169丝材及配套焊材、GH4169圆饼、GH4169扁钢、GH4169六角棒、GH4169大小头、GH4169弯头、GH4169三通、GH4169加工件、GH4169螺栓螺母、GH4169紧固件