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GH4099接受零切GH4099超高温合金

2020-07-25

GH4099

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为更合理使用GH4099 材料，充分发挥其作用，必须掌握GH4099 材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能，包括：

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GH4099GH4099(GH99) 热处理制度
板材经1140~1160℃，空冷处理;焊丝经1100~1140℃，空冷处理。
GH4099(GH99) 品种规格与状态
供应的冷轧薄板δ0.8~4.0mm的冷轧薄板和d0.3~10mm的冷拉丝材，均固溶处理和碱酸洗后供应。
GH4099(GH99) 熔炼与铸造工艺
合金采用真空感应炉加电渣重熔工艺生产。
GH4099(GH99) 应用概况与特殊要求
用该合金板材制成的航空发动机加力可调喷口壳体，已经过长期使用考核，并投入批量生产，可减轻发动机重量和延长寿命。
折叠1.1、材料牌号
GH4099(GH99)
折叠1.2、GH4099(GH99)
相近牌号 ЭП693，ХН68МВКТЮР(俄罗斯)
折叠1.3、GH4099(GH99)材料的技术标准
GJB 1952-1994 《航空用高温合金冷轧薄板规范》
GB 5333-1985 《航空用HGH99合金焊丝技术条件》
BZ 44-903B-06 《GH99合金冷轧薄板技术条件》 (抚顺钢厂企标)
折叠1.4、GH4099(GH99)化学成分
表1-1
C Cr Ni W Mo Al Co Ti
≤0.08 17.00~20.0 余量 5.00~7.00 3.50~4.50 1.70~2.40 5.00~8.00 1.00~1.50
Fe B Mg Ce Mn Si P S
≤2.00 ≤0.005 ≤0.010 ≤0.020 ≤0.40 ≤0.50 ≤0.015 ≤0.015
注:B、Ce按计算量加入。
2、GH4099(GH99) 物理及化学性能
折叠2.1、GH4099(GH99)热性能
2.1.1、GH4099(GH99) 熔化温度范围 1345~1390℃
2.1.2、GH4099(GH99) 热导率见表2-1。
表2-1
θ/℃ 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
λ/(W/(m·C)) 10.47 12.56 14.24 15.91 18.00 19.68 21.77 23.45 25.54 27.21
2.1.3、GH4099(GH99) 线膨胀系数见表2-2。
表2-2
θ/℃ 20~100 20~200 20~300 20~400 20~500 20~600 20~700 20~800 20~900 20~1000
α/10-6C-1 12.0 12.4 12.8 13.0 13.7 14.2 14.7 15.1 15.3 17.4
2.1.4热扩散率见表2-3
表2-3
θ/℃ 10 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Q/(10-6m2/S)) 2.5 2.7 3.0 3.3 3.6 3.9 4.0 4.3 4.4 4.55
折叠2.2、GH4099(GH99)密度
ρ=8.47g/cm3
折叠2.3、GH4099(GH99)电性阻率
表2-4
θ/℃ 14 110 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ρ/(10-6Ω.M)) 1.373 1.403 1.414 1.427 1.440 1.443 1.457 1.452 1.423 1.393 1.357
2.4、GH4099(GH99) 磁能型合金无磁性
折叠2.5、GH4099(GH99)化学性能
2.5.1、GH4099(GH99) 抗氧化性能
2.5.1.1、GH4099(GH99) 合金在空气介质中试验100h的氧化速率和晶界氧化深度见表2-6。
表2-6
θ/℃ 800 900 1000 1010
氧化速率/(g/m2·h) 0.017 0.084 0.212 0.481
晶界氧化深度/mm 0 0.0064~0.0086 0.0160~0.0192 0.0288~0.0320
工艺性能与要求
折叠3.1、成形性能
3.1.1、合金锻造装炉温度≤700℃，加热温度1120~1160℃，开锻温度不低于1050℃，终锻温度不低于980℃。板坯热轧加热温度1110~1150℃，终轧温度不低于850℃。板材荒轧加热温度1130~1150℃，精轧加热温度为1110~1130。
3.1.2、合金的极限深冲系数为2.08，极限翻遍系数为1.64，小问去半径小于0.77δ，极限旋薄率为 71.7%
3.1.3、当冷变形两位30%时，板材的开始再结晶温度为900℃，完全再结晶温度为1080℃。
折叠3.2、焊接性能
合金具有满意的焊接工艺性能，十字塔接焊接裂纹倾向性小于15%，可以用手工氩弧焊、自动钨级氩弧焊、缝焊和点焊等方法进行联合焊接。电阻罕见的待焊表面进行酸洗。该合金可与GH3030、GH3044、GH3128等高温合金，进行氩弧焊和缝焊。
折叠3.3、表面热处理
3.3.1、零件热处理前后应将表面油污和其他脏污清洗干净，以免在热处理时引起表面局部腐蚀。
3.3.2、零件热处理后的氧化皮，可用吹砂方法或用含有的酸洗液清洗干净。零件在进行电阻焊前必须用含有的酸洗液清理表面。

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威励集团资料参考：

模具材料的渗碳和渗氮表面处理工艺

渗碳与渗氮，一般是指钢的表面化学热处理。

1.渗碳

渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢，可分为固体、液体、气体渗碳三种。应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950℃。渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。表面含碳量可达百分之0.85-1.05。渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火，得到表面高硬度、心部高韧性的耐磨抗冲击零件。

钢的渗碳，就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温（一般为900-950℃），使活性碳原子渗入钢的表面，以获得高碳的渗层组织。随后经淬火和低温回火，使表面具有高硬度、耐磨性及疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。

2.渗氮

应用广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。工件变形小，可防止水蒸气、碱性溶液的腐蚀，但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。主要用来处理重要和复杂的精密零件。

涂层、镀膜是物理的方法，而“渗”是化学变化，本质不同。

一.渗碳钢的化学成分特点

（1）渗碳钢的含碳量

一般都在0.15-0.25％范围内。对于重载的渗碳体，可以提高到0.25-0.30％，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。但含碳量不能太低，否则，就不能保证一定的强度。

（2）合金元素在渗碳钢中的作用

提高淬透性、细化晶粒、强化固溶体，影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。

常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类。

（1）碳素渗碳钢

用得多的是15和20钢，它们经渗碳和热处理后，表面硬度可达56-62HRC。但由于淬透性较低，只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件，如轴套、链条等。

（2）低合金渗碳钢

如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等，其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高，可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件，如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。

（3）中合金渗碳钢

如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等，由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性，主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件，如航空发动机的齿轮、轴等。

固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳，渗碳温度为900-950℃，表面层（碳）为0.8-1.2％，层深为0.5-2.0mm。

二.渗碳后的热处理

渗碳工件实际上应看作是一种表面与中心含量相差悬殊的复合材料。渗碳只能改变工件表面的含碳量，而其表面以及心部的终强化，则必须经过适当的热处理才能实现。渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火。

淬火的目的是，使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织。低温回火温度为150-200℃。

三.渗碳零件注意事项

（1）渗碳前的预处理正火，目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织，使表面粗糙度变细，消除材料流线不合理状态。正火工艺：用860-980℃空冷、179-217HBS。

（2）渗碳后需进行机械加工的工件，硬度不应高于30HRC。

（3）对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件，薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工。

（4）不得用镀锌的方法防渗碳。

四.防止渗碳方法

（1）加大余量法。在不需要渗碳的部位预先留出一定的加工余量，其留量比渗碳层深度大一倍以上。渗碳后，先车去渗碳层再转淬火。

（2）镀铜法。在不需渗碳的部位电镀一层0.02-0.04mm的铜，铜层要致密，不得暴露原金属。

（3）涂料法。在不需渗碳的部位涂上防渗涂料。

（4）工装法。自制专用工装，把不需渗碳的部位封闭密封。

五.钢的渗氮（强化渗氮和抗蚀渗氮）

使氮原子渗入钢的表面，形成富氮硬化层的一种化学热处理工艺。

与渗碳相比，渗氮处理后的零件具有高硬度和耐磨性、高疲劳强度、较高抗咬合、较高抗蚀性。渗氮过程在钢的相变温度以下（450-600℃）进行，因而变形小，体积稍有胀大。缺点是周期长（一般气体渗氮工艺的渗氮时间长达数10h到100h）、成本高、渗层薄（一般为0.5mm左右）而脆，不能承受太大的接触应力和冲击载荷。

六.渗氮用钢

从理论上讲，所有的钢铁材料都能渗氮。但我们只将那些适用可渗氮处理并能获得满意效果的钢才称为渗氮用钢。凡含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低、中碳合金结构钢、工具钢、不锈钢（不锈钢渗氮前需去除工件表面的钝化膜，对不锈钢、耐热钢可直接用离子氮化方法处理）、球墨铸铁等均可进行渗氮。

渗氮后的零件虽然具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度，但只是表面很薄的一层（铬钼铝钢于500-540℃，经35-65h渗氮层深只达0.3-0.65mm）。必须有强而韧的心部组织作为渗氮层的坚实基底，才能发挥渗氮的大作用。

总的来看，大部分渗氮零件是在有摩擦和复杂的动载荷条件下工作的，不论表面和心部的性能都要求很高。

如果用碳钢进行渗氮，形成的Fe4N和Fe2N较不稳定。温度稍高，就容易聚集粗化，表面不可能得到更高的硬度，并且，其心部也不能具有更高的强度和韧性。为了在表面得到高硬度和高耐磨性，同时获得强而韧的心部组织，必须向钢中加入一方面能与氮形成稳定氮化物，另外还能强化心部的合金元素，如Al、Ti、V、W、Mo、Cr等，均能和氮形成稳定的化合物，其中，Cr、W、Mo、V还可以改善钢的组织，提高钢的强度和韧性。

目前，专门用于渗氮的钢种是38CrMoAlA，其中，铝与氮有极大的亲和力，是形成氮化物提高渗氮层强度的主要合金元素。AlN很稳定，到约1000℃的温度在钢中不发生溶解。由于铝的作用使钢具有良好的渗氮性能，此钢经过渗氮，表面硬度高达1100-1200HV（相当67-72HRC）。38CrMoAlA钢脱碳倾向严重，各道工序必须留有较大的加工余量。

对高硬度、高耐磨性要求的氮化件，不宜选用碳钢和一般合金钢。对以提高抗蚀性能为主的氮化件，可选用碳钢和一般合金钢。

七.渗氮零件注意事项

（1）渗氮前的预备热处理调质。渗氮工件在渗氮前，应进行调质处理，以获得回火索氏体组织。调质处理回火温度一般高于渗氮温度。

（2）渗氮前的预备热处理去应力处理。渗氮前，应尽量消除机械加工过程中产生的内应力，以稳定零件尺寸。消除应力的温度均应低于回火温度，保温时间比回火时间要长些，再缓慢冷却到室温。断面尺寸较大的零件不宜用正火。工模具钢必须采用淬火回火，不得用退火。

（3）渗氮零件的表面粗糙度Ra应小于1.6um，表面不得有拉毛、碰伤及生锈等缺陷。不能及时处理的零件，须涂油保护，以免生锈。吊装入炉时，再用清洁汽油擦净，以保证清洁度。

（4）含有尖角和锐边的工件，不宜进行氮化处理。

（5）局部不氮化部位的保护，不宜用留加工余量的方法。

（6）表面未经磨削处理的工件，不得进行氮化。

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