GH4698

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GH4698（GH698）镍基高温合金技术规范

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1 范围

本规范规定了 GH4698（又名 GH698）镍基沉淀硬化型高温合金的化学成分、物理性能、机械性能、产品规格、制造工艺、执行标准、应用领域及质量检验要求。
本规范适用于航空航天、能源动力等领域使用的 GH4698 合金锻件、棒材、板材、丝材及配套部件，尤其适用于 750~800℃高温环境下承受高载荷的关键承力零部件。

2 规范性引用文件

  • 国家标准：GB/T 14992-2005《高温合金》
  • 航空标准：HB 5285-1984《航空用 GH698 合金盘形锻件》、GJB 3782-1999《航空用高温合金锻制圆饼规范》
  • 国际参考：俄罗斯牌号 Зи4698、XH73MTTЮ 对应技术要求

3 产品基础信息

3.1 合金定义

GH4698 是一种镍基沉淀硬化型高温合金，在 GH4033 合金基础上通过铝、钛、钼、铌等元素补充合金化设计，借助 γ' 相（Ni₃(Al,Ti,Nb)）沉淀强化机制，在 500~800℃范围内具备优异的高温持久强度、抗蠕变性能及综合力学性能。合金采用双联精炼工艺保证纯度，通过多段热处理实现组织优化，适用于航空发动机等高端装备的核心承力部件，已通过长期试车考核验证。

3.2 核心标识

  • 国内牌号：GH4698（GH698，GB/T 14992-2005）
  • 国际对应牌号：俄罗斯 Зи4698、XH73MTTЮ
  • 关键特性：沉淀硬化、高温高韧、抗蠕变、组织稳定、承力性能优异、可焊性良好

4 化学成分要求（质量分数，%）

元素
含量范围
说明
镍（Ni）
余量
基体核心元素，为 γ' 相析出提供基础
铬（Cr）
13.0~16.0
形成致密氧化膜，提升高温抗氧化与耐腐蚀性
铁（Fe）
≤2.0
控制杂质含量，避免影响合金高温稳定性
铝（Al）
1.30~1.70
γ' 相核心形成元素，协同钛实现沉淀强化
钛（Ti）
2.35~2.75
促进 γ' 相析出，提升高温强度与蠕变抗力
钼（Mo）
2.80~3.20
固溶强化，优化 γ' 相稳定性，改善抗蠕变性能
铌（Nb）
1.80~2.20
细化 γ' 相颗粒，提升高温持久强度
碳（C）
≤0.08
强化晶界，控制晶粒长大，避免晶间脆化
锰（Mn）
≤0.40
改善合金塑性与焊接工艺性
硅（Si）
≤0.60
控制杂质含量，优化高温抗氧化辅助性能
磷（P）
≤0.015
严格控制有害杂质，防止晶间脆化
硫（S）
≤0.007
限制有害杂质，避免热加工与焊接开裂
铜（Cu）
≤0.07
控制杂质，避免影响高温耐腐蚀性能
铈（Ce）
≤0.020
稀土微合金化，优化晶界性能与氧化膜附着力
硼（B）
≤0.005
强化晶界，提升高温持久性能与断裂韧性

5 关键性能参数

5.1 物理性能（标准热处理状态）

性能指标
数值
测试条件
密度
8.25 g/cm³
室温
熔点
1330~1380℃
——
比热
440 J/(kg·℃)
0~100℃
热导率
11.5 W/(m·K)
20℃
热膨胀系数
14.8×10⁻⁶/℃
20~800℃
电阻率
1.22×10⁻⁶ Ω·m
20℃
泊松比
0.30
室温

5.2 机械性能

性能指标
最小值
典型值
测试条件
抗拉强度（Rm）
1100 MPa
1150~1300 MPa
室温（标准热处理态）
屈服强度（Rp0.2）
900 MPa
960~1050 MPa
室温（标准热处理态）
延伸率（A5）
12%
15~20%
室温（标准热处理态）
布氏硬度（HB）
320
330~360 HB
室温
高温抗拉强度
850 MPa
880~950 MPa
700℃（标准热处理态）
高温屈服强度
750 MPa
780~850 MPa
750℃（标准热处理态）
高温断裂韧性
13 kJ/m²
——
750℃（标准热处理态）
高温蠕变强度
500 MPa
——
750℃，1000h，蠕变率≤0.1%

5.3 耐腐蚀与高温性能

  • 抗氧化性能：800℃静态空气中长期服役无明显氧化剥落，形成致密 Cr₂O₃-Al₂O₃复合氧化膜
  • 抗蠕变性能：750℃、500MPa 应力下 1000h 蠕变率≤0.1%，γ' 相高温稳定性优异
  • 组织稳定性：800℃以下长期服役无有害相析出，力学性能衰减率≤5%
  • 抗腐蚀性能：耐高温燃气腐蚀、氧化性介质腐蚀，适用于航空发动机高温燃气环境

6 产品规格与供应状态

6.1 主要产品形态及规格

产品类型
规格范围
典型应用
锻件
按需锻造，圆饼直径≤800mm，最大单重≤1000kg
涡轮盘、压气机盘、承力环
棒材
直径 10~300mm（热轧 / 冷拉）
机械加工件、紧固件、锻件毛坯
板材
厚度 2~50mm，宽度 600~1200mm（可定制）
高温结构件、导流片
丝材
直径 0.8~10mm（盘状 / 直条状）
焊接填充、精密部件
带材
厚度 0.2~3mm，宽度≤1000mm
密封件、薄壁高温部件

6.2 供应状态

  • 锻件：热锻 + 标准热处理（多段固溶 + 时效）+ 车光，去除表面氧化皮，保证加工余量
  • 棒材：锻轧 + 标准热处理 + 磨光 / 车光，尺寸精度 H10~H8 级
  • 板材：热轧 + 标准热处理 + 酸洗 + 切边，表面粗糙度 Ra≤1.6μm
  • 丝材：固溶 + 时效 + 酸洗盘状 / 直条状，表面磨光
  • 带材：冷轧 + 标准热处理 + 去氧化皮，厚度公差 ±0.03~±0.1mm

7 制造工艺要求

7.1 加工工艺

  • 冶炼工艺：采用真空感应熔炼 + 真空电弧重熔（或电渣重熔）双联工艺，确保成分均匀性与纯度，降低杂质含量
  • 热加工工艺：热锻预热温度 1100~1150℃，最佳塑性温度范围 1160~1000℃，终锻温度≥1000℃，单次最大变形量≤50%；大尺寸模锻件需采用包套模锻工艺
  • 冷加工工艺：冷轧采用多道次小变形量加工，中间需进行固溶处理恢复塑性，避免加工硬化过度
  • 切削加工：采用硬质合金或立方氮化硼（CBN）刀具，中低速切削并配合冷却润滑剂，防止高温粘刀与表面损伤
  • 焊接工艺：可采用 TIG 焊、MIG 焊，推荐使用 Ni-Cr-Al-Ti 系专用焊材，焊接线能量控制在 8~12kJ/cm，层间温度≤150℃，焊后需进行时效处理恢复性能
  • 成形工艺：优先热成形，加热温度 1100~1150℃，成形后及时进行热处理消除应力

7.2 热处理工艺

工艺类型
温度范围
保温时间
冷却方式
目的
标准热处理制度
1120℃±10℃→1000℃±10℃→775℃±10℃
8h→4h→16h
空冷
获得均匀晶粒与弥散 γ' 相，优化综合性能
优化热处理制度（模具用）
1030℃→1000℃→760℃→700℃
8h→4h→16h→16h
空冷
提升 750℃服役温度下的屈服强度与塑性
低温固溶工艺
1030℃±10℃
8h
空冷
获得细小均匀晶粒，提高屈服强度与断裂韧性
消除应力退火
900~950℃
2~4h
空冷
消除加工应力，改善切削性能

8 质量检验要求

  • 化学成分检验：采用直读光谱仪检测，关键元素（Ni、Cr、Al、Ti、Mo、Nb）偏差≤±0.15%，符合本规范第 4 章要求
  • 机械性能检验：每批次抽样进行拉伸试验、硬度试验、高温蠕变与持久试验，必要时附加断裂韧性试验
  • 无损检测：锻件进行 UT（超声波）+MT（磁粉）检测，重要承力件需 100% 覆盖检测；焊缝进行 RT（射线）探伤
  • 表面质量检验：无裂纹、气孔、夹杂、划痕等缺陷，锻件表面无氧化皮残留，酸洗表面无锈蚀
  • 尺寸精度检验：棒材直径公差 ±0.03~±0.6mm，板材厚度公差 ±0.08~±0.5mm，锻件尺寸公差符合 HB 5285 要求
  • 组织检验：金相分析验证晶粒尺寸均匀（ASTM 5~7 级），γ' 相弥散分布，无有害析出相及晶界碳化物包膜
  • 性能验证：产品需通过高温持久试验与蠕变试验，符合本规范性能要求，关键件需通过台架试车考核

9 应用领域

9.1 航空航天工业（核心应用）

  • 航空发动机：涡轮盘、压气机盘、导流片、承力环、高温紧固件等关键承力部件
  • 航天推进系统：火箭发动机涡轮泵壳体、高温燃气导管支撑结构

9.2 能源动力领域

  • 燃气轮机：中小型燃气轮机涡轮盘、叶片、燃烧室承力件
  • 新能源装备：高温堆核电站辅助加热系统承力部件、氢能燃料电池高温结构件

9.3 特种装备领域

  • 热模锻模具：750℃以下服役的热锻模具核心部件
  • 高温试验设备：高温力学性能测试工装、工业炉高温承力构件

9.4 其他领域

  • 高端机械：高温工况下的精密齿轮、轴承、密封件
  • 冶金工业：连续浇铸设备高温承力部件、高温炉具内衬支撑结构

10 包装与储运

  • 包装：锻件采用防水包装 + 木质托盘，标注规格与批号；棒材采用木箱 + PVC 防护套包装；板材采用木质托盘 + 防潮膜包装，每包重量≤3000kg；丝材独立密封包装
  • 储运：存放于干燥通风仓库，远离潮湿、腐蚀性介质与尖锐物体；运输过程中避免剧烈碰撞，锻件、板材需平放，防止变形与表面损伤

  • 计重方式：实际过磅，支持按需定制生产

产品优势

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加工平台

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物流包装

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