Никелевый сплав GH4163 (GH163): химический состав, свойства, термообработка

GH4163 (прежнее обозначение GH163) – китайский деформируемый жаропрочный сплав системы Ni-Cr-Co с дисперсионным упрочнением. Верхний предел его рабочей температуры 850 °C. Сплав предназначен для сварных листовых конструкций и силовых деталей камер сгорания. Ближайшая западная марка - Nimonic 263 (UNS N07263 / W.Nr. 2.4650). Основные элементы двух сплавов нормированы в одинаковых диапазонах, но полным эквивалентом Nimonic 263 не является: различаются требования к сумме Ti+Al и продуктовые стандарты.

Характеристики сплава GH4163

Чем GH4163 отличается от GH4698 и GH4133B

GH4163 и дисковые сплавы GH4698 и GH4133B упрочняются одной и той же γ'-фазой, но решают разные задачи:

• GH4698 и GH4133B рассчитаны на высокую прочность массивных поковок и почти не свариваются;
• GH4163 рассчитан на тонкостенные сварные конструкции.

Основа этого различия - низкое содержание γ'-образующих элементов. Суммарное содержание алюминия и титана в GH4163 составляет 2,20-3,00 % (расчет по диапазонам состава). Это меньше, чем у дисковых сплавов, поэтому при послесварочном старении γ'-фаза выделяется медленнее и растягивающие напряжения в шве не успевают вызвать трещины. Недостающую прочность компенсирует твердорастворное упрочнение: около 20 % кобальта и около 6 % молибдена. В результате сплав сочетает высокий предел текучести и сопротивление ползучести с низкой склонностью к трещинам при старении и хорошей стойкостью к термической усталости.

Та же логика заложена в западный прототип. Nimonic 263 разработан компанией Rolls-Royce в 1971 году на замену Nimonic 80A, чтобы повысить пластичность сварных узлов. Для γ'-упрочняемых сплавов обычно характерны трещины при старении сварных узлов, а у Nimonic 263 такой проблемы, как правило, нет.

Применение сплава GH4163: камеры сгорания, корпуса, кольца

Из GH4163 изготавливают жаровые трубы, корпуса форсажных камер, фланцы, бобышки и трубопроводы. Основное назначение сплава - сварные листовые конструкции и силовые детали основных и форсажных камер сгорания.

Для промышленных закупщиков важнее область применения западного аналога. Nimonic 263 применяют в авиационных и промышленных газовых турбинах для колец, корпусов, низкотемпературных камер сгорания и переходных патрубков. Если в документации на ремонт промышленной газовой турбины указан сплав 263, GH4163 рассматривают как возможную альтернативу при соблюдении условий, описанных ниже.

Стандарты на сплав GH4163 и состояния поставки

Марку и химический состав GH4163 устанавливает GB/T 14992. Требования к продукции задают продуктовые стандарты, режимы термообработки - стандарт HB/Z 140.

Самое важное в этой таблице – состояние поставки прутка и колец. Их обычно поставляют без термообработки, поэтому закалку и старение готовой детали выполняет заказчик. В этом случае свойства металла зависят от режима, выбранного на заводе заказчика, а не у изготовителя сплава.

Химический состав GH4163, %

Примеси и микродобавки, % по массе, не более:

Содержание Ag, Bi и Pb контролируют по продуктовым стандартам GB/T 15062, GJB 1952A, GJB 2297A, GJB 3165A, GJB 3317A и GJB 5301.

GH4163 и Nimonic 263: сравнение состава

Различия в нормировании состава, % по массе:

Диапазоны основных элементов у двух сплавов совпадают. Различие в сумме Ti+Al: для Nimonic 263 она ограничена диапазоном 2,40-2,80 %, а в таблице состава GH4163 такого ограничения нет. Поэтому плавка GH4163, полностью соответствующая своему стандарту, может выйти за пределы, допустимые для 263. Например, при Al 0,30 % и Ti 1,90 % сумма составит 2,20 %.

Сумма Ti+Al определяет количество γ'-фазы. Если она ниже диапазона, прочность после старения ниже. Если выше, растет риск трещин при старении сварных узлов, то есть утрачивается главное преимущество сплава. Поэтому при замене Nimonic 263 на GH4163 сумму Ti+Al проверяют по анализу каждой плавки.

Термообработка GH4163

Режимы термообработки GH4163:

• закалка: 1150 ± 10 °C, время выдержки и способ охлаждения зависят от вида продукции;
• старение: 800 ± 10 °C, 8 ч, охлаждение на воздухе;
• промежуточный отжиг для снятия наклепа после холодной деформации: 1080 ± 10 °C.

Выбор температур объясняют температуры фазовых превращений сплава:

• γ'-фаза: начинает выделяться около 600 °C, максимум выделения при 800 °C, при температуре выше 950 °C полностью растворяется;
• карбид M23C6: начинает выделяться около 650 °C, максимум при 850 °C, выше 900 °C растворяется.

Отсюда назначение каждой ступени. Закалка при 1150 °C растворяет обе фазы. Старение при 800 °C соответствует максимуму выделения γ'-фазы. При длительном нагреве или длительной работе под нагрузкой в сплаве выделяется η-фаза, поэтому долговременный температурный предел детали ниже, чем кратковременный.

Для Nimonic 263 температуры те же, различается время выдержки. Для прессованного прутка это 1150 °C 1,5-2,5 ч с закалкой в воду и 800 °C 8 ч, для горячекатаного листа - 1150 °C 0,5 ч. Для холоднокатаного листа - 1150 °C 3-10 мин с охлаждением в воде или кипящем слое. Эти режимы соответствуют BS HR10, AMS 5886 для прутка и BS HR206, AMS 5872 для листа.

Сварка и обработка GH4163

GH4163 хорошо сваривается точечной, шовной и аргонодуговой сваркой. Последовательность операций жесткая:

• перед сваркой: закалка;
• после сварки: старение;
• после старения: сварку, как правило, не выполняют; если она все же необходима, деталь после сварки заново подвергают старению.

Параметры горячей и холодной деформации:

• ковка слитка: нагрев до 1120 ± 10 °C, окончание ковки не ниже 900 °C;
• горячая прокатка листа: нагрев до 1130 ± 10 °C;
• холодная прокатка тонкого листа: суммарное обжатие более 20 %, промежуточная закалка при 1080 ± 10 °C.

Лист в состоянии поставки допускает глубокую вытяжку с предельным коэффициентом 2,05. Для листа толщиной 0,5-4,0 мм коэффициент гиба составляет 3,0.

Окалину после закалки и промежуточного отжига удаляют химическим способом. После старения химическое удаление окалины с деталей не допускается. Обрабатываемость сплава резанием хорошая.

Чтобы узнать цену на сплав GH4163, укажите вид проката, размеры и объем заказа в форме по кнопке, в чате сайта, мессенджере и или электронном письме.