Никелевый сплав GH4698: состав, упрочнение, термообработка и применение

GH4698, прежнее обозначение GH698, ISC H46980, - деформируемый никелевый жаропрочный сплав с дисперсионным упрочнением. Его имеет смысл рассматривать не просто как «никелевый сплав для высокой температуры», а как материал, свойства которого формируются сочетанием химического состава, структуры после деформации и заданного цикла термообработки.

Марка включена в действующий GB/T 14992-2025, который устанавливает обозначения и химический состав жаропрочных сплавов.

Ключевые характеристики сплава GH4698

За счет чего сплав GH4698 сохраняет прочность при 750-800 °C

GH4698 разработан на основе GH4033. Содержание алюминия и титана в нем повышено, хрома снижено, дополнительно введены ниобий и молибден. При старении алюминий, титан и ниобий образуют частицы γ'-фазы, которые блокируют движение дислокаций. Молибден упрочняет твердый раствор.

Прочность GH4698 определяется размером, количеством и расположением частиц γ'-фазы. Эти параметры задает термообработка, а не химический состав. Поэтому прутки GH4698 из одной плавки после разных режимов термообработки имеют разные свойства.

Структура сплава стабильна при длительной работе. После выдержек при 650-750 °C в течение 100-1000 ч свойства сохраняются, вредные фазы не выделяются. Средняя концентрация электронных вакансий у GH4698 около 1,80, что ниже порога выделения охрупчивающих ТПУ-фаз.

Применение сплава GH4698: диски, кольца, крепеж

Из GH4698 изготавливают диски турбин и компрессоров, направляющие, силовые кольца, крепеж, а также крупногабаритные диски судовых газовых турбин. Сплав также исследуют как материал инструмента для горячей штамповки.

К изделиям из GH4698 предъявляют разные требования:

• диски и кольца работают при вращении и циклической нагрузке, поэтому для них главное - однородность зерна и длительная прочность по всему сечению;
• крепеж работает под постоянным натягом, поэтому для него главное - сопротивление релаксации напряжений и ползучести при рабочей температуре;
• пруток служит заготовкой для крепежа и мелких деталей, и его свойства зависят от стандарта, по которому он выпущен.

В промышленности GH4698 применяют в двух основных случаях. Первый - детали газотурбинного оборудования китайского производства, где сплав задан конструкторской документацией. Второй - крепеж горячих зон, где рабочая температура превышает возможности жаропрочных сталей.

Стандарты на прокат GH4698: GB/T 14992, GB/T 40313, Q/GYB

GB/T 14992-2025 устанавливает марки и химический состав жаропрочных сплавов и интерметаллидов. Он заменил редакцию 2005 года и введен в действие 1 марта 2026 года. Механические свойства, испытания и состояние поставки задают продуктовые стандарты.

GB/T 40313-2021 распространяется на дисковые поковки для рабочих температур от -253 до 850 °C.

Химический состав GH4698, %

Для дисковых поковок GB/T 40313-2021 задает для углерода диапазон 0,03-0,07 % вместо общего ограничения ≤ 0,08 %. Углерод образует карбиды на границах зерен. При недостатке углерода границы ослаблены, при избытке снижается пластичность.

Термообработка сплава GH4698: режимы для прутков, поковок и крепежа

Термообработка GH4698 состоит из закалки, промежуточной выдержки при 1000 °C и старения. Температуры и число ступеней зависят от вида продукции.

Каждая ступень выполняет свою задачу:

• закалка растворяет γ'-фазу и задает размер зерна; с ростом температуры зерно растет по параболическому закону, а количество карбидов на единице длины границ увеличивается, поэтому допуск на температуру закалки узкий;
• выдержка при 1000 °C формирует границы зерен: на них выделяются цепочки карбидов и крупные частицы γ'-фазы, и прочность границ выравнивается с прочностью тела зерна;
• старение выделяет мелкую упрочняющую γ'-фазу внутри зерен.

Трехступенчатый режим дает меньшую прочность и длительную прочность, чем четырехступенчатый, но большую пластичность и ударную вязкость. Для газотурбинных изделий стандарты допускают оба режима, и выбор между ними определяется требованиями к конкретной детали.

Механические свойства сплава GH4698

Механические свойства GH4698 нормирует стандарт на продукцию. Для прутка и крепежа это стандарты Q/GYB, для дисковых поковок - GB/T 40313-2021. Ниже приведены требования к дисковым поковкам при комнатной температуре.

Основной показатель для GH4698 - длительная прочность при 750 °C. Первое испытание проводят по группе высоких напряжений. Если образцы его не выдержали, повторное испытание проводят по группе низких напряжений на том же числе образцов.

Средний размер зерна поковок должен соответствовать баллу 4 или мельче; отдельные зерна балла 2,5 допускаются.

Обработка сплава GH4698: ковка, сварка, резание

При ковке дисков GH4698 возможны разнозернистость и аномальный рост зерна, которые снижают механические свойства. Крупное зерно рядом с мелким дает неравномерную длительную и усталостную прочность по сечению. Для крупных поковок однородность зерна - основной показатель качества.

Свариваемость GH4698 ограничена. В китайской литературе описан ремонт силовых колец аргонодуговой сваркой присадкой HGH533 с принудительным водяным охлаждением. Сплавы с высоким содержанием алюминия и титана склонны к растрескиванию при послесварочной термообработке, поэтому сварку GH4698 применяют как ремонтную технологию по квалифицированной процедуре.

Механическую обработку GH4698 выполняют твердосплавным инструментом, финишные поверхности шлифуют.