GH4698(ЭИ698/ЭП698)镍基沉淀硬化高温合金板 固溶态 可时效强化

GH4698合金（原苏联牌号ЭИ698/ЭП698，国标GB/T 14992中列为GH4698）是一种镍-铬-钼-铝-钛系沉淀硬化型变形高温合金，属于前苏联体系中最具代表性的高合金化γ'相强化涡轮盘/叶片用镍基高温合金之一。该合金在成分设计上较GH4738（René 41）和Waspaloy进一步提高铝、钛总含量（Al+Ti≈6.5%～7.5%），并加入适量钼进行固溶强化，使γ'相［Ni₃(Al,Ti)］体积分数达到约30%～35%，主要在600℃～750℃温区内提供优异的拉伸强度、蠕变-断裂强度及低周疲劳性能，专用于航空发动机高压涡轮盘、涡轮叶片前段及高温承力环等对综合力学性能要求苛刻的转动件。

GH4698的化学成分（质量百分比wt%）经国内引进消化后定型为：

基体元素：镍（Ni）余量（通常57%～63%），铬（Cr）13.0%～16.0%（抗氧化并提供部分固溶强化，较GH4710略低，以提高γ'相稳定性），钼（Mo）2.8%～3.8%（固溶强化、抑制γ'粗化及提高抗蠕变能力）。

强化元素：铝（Al）1.8%～2.3%，钛（Ti）4.3%～5.0）（高Ti/Al比利于提高γ'相畴界能，增强高温强度），铌（Nb）≤0.50%（部分批次含微量Nb微调γ' lattice mismatch）。

钴（Co）：通常≤1.0%（GH4698基本不含钴或仅含痕迹，这是与GH4738/Waspaloy最大区别之一——无钴设计降低了成本但也略降低了γ'固溶温度）。

晶界控制与杂质：碳（C）0.03%～0.08%（形成MC型碳化物强化晶界），硼（B）0.004%～0.012%（偏聚晶界提高持久塑性），锆（Zr）0.02%～0.06%（改善晶界结合、抑制空洞形核），锰（Mn）≤0.50%，硅（Si）≤0.60%，铁（Fe）≤5.0%，硫（S）≤0.008%，磷（P）≤0.015%。

该合金在固溶处理状态下为单一面心立方（FCC）奥氏体，经时效处理后析出大量细小球状γ'相（尺寸约0.1～0.4 μm）及沿晶界析出的M₂₃C₆和MC碳化物。其密度约为8.18 g/cm³，熔点范围约1270℃～1350℃，居里温度低于室温呈顺磁性。与含钴高合金化镍基合金相比，GH4698因无钴或微钴，γ'相溶解温度略低（约1060℃～1080℃），热加工窗口相对较窄但仍可控，室温塑性及时效态韧性较好，适合中小型及中型涡轮盘锻件。该合金对热处理冷却速率和时效温度较敏感，需严格防过时效。

1. 物理性能

热导率：λ≈10.5 W/(m·℃)(室温)至约21.8 W/(m·℃)(750℃)。

线膨胀系数：α(20℃～100℃)=11.8×10⁻⁶/℃；α(20℃～750℃)平均≈15.0×10⁻⁶/℃。

比热容：约415 J/(kg·℃)(室温)。

弹性模量：E(室温)≈207 GPa，E(600℃)≈180 GPa，E(750℃)≈158 GPa。

电阻率：约1.22 μΩ·m(室温)。

2. 力学性能（经标准固溶+双重时效处理后）

推荐热处理制度（典型，按棒/盘截面调整）：1070℃～1080℃×1～2h油淬或强制空冷（固溶）→ 850℃×4～6h空冷（一次时效，主γ'相析出）→ 700℃×8～16h空冷（二次时效，次生γ'相析出及应力消除）。

在此状态下：

室温拉伸：

抗拉强度（Rm）：≥1180 MPa（典型值 1200～1380 MPa）

屈服强度（Rp0.2）：≥850 MPa（典型值 880～1020 MPa）

断后伸长率（A）：≥12%（典型值 12%～18%）

断面收缩率（Z）：≥15%

高温拉伸（600℃）：Rm≥1050 MPa，Rp0.2≥780 MPa，A≥12%

高温拉伸（700℃）：Rm≥850 MPa，Rp0.2≥620 MPa，A≥15%

高温拉伸（750℃）：Rm≥700 MPa，Rp0.2≈500 MPa，A≥18%

持久性能：

650℃、735 MPa条件下持久寿命≥50 h

700℃、540 MPa条件下持久寿命≥50 h

750℃、340 MPa条件下持久寿命≥30 h

其650℃～700℃蠕变-断裂强度明显优于GH4169，与Waspaloy相当或略优（因更高γ'相含量），但长期使用温度上限一般限制在750℃，高于此温度γ'相粗化加速。

3. 抗氧化与耐蚀性能

GH4698在850℃静止空气中为"抗氧化"级别（氧化速率≤0.1 g/(m²·h)×100h），表面形成Cr₂O₃膜；在含硫燃气中抗热腐蚀性中等。该合金在低残余应力喷丸态下对应力腐蚀开裂（SCC）不敏感，但若存在较大拉应力且接触含氯离子高温水需做防护处理。

1. 热处理制度

固溶处理：1065℃～1085℃（常用1075℃±10℃）按截面每25mm保温约1h，快速冷却（油淬或高压气淬，薄件≤30mm可强风冷），目的是完全溶解γ'相及碳化物，获得过饱和固溶体。

时效处理：常采用两段——850℃×5h空冷 + 700℃×12h空冷。一次时效控制主γ'相尺寸（~0.2～0.3μm），二次时效消除应力并析出微量次生γ'相。也可采用单级700℃×16～24h空冷（需确认性能达标）。

注意：避免在650℃～800℃无控制长时间等温停留（非时效目的），以免引起γ'不均匀析出或晶界碳化物网膜化降低塑性；该合金对过时效敏感，时效温度偏差±10℃～15℃会影响持久寿命。

2. 加工工艺

热加工：开坯/锻造温度范围1050℃～1100℃，开锻温度1070℃～1090℃，终锻温度不低于950℃（低于此温度γ'相开始大量析出导致变形抗力剧增且易裂），推荐总锻造比≥4～6，变形应均匀。热加工后尽快入固溶处理炉。

冷加工：固溶态下塑性较好（A≈25%～32%），可进行冷矫、冷轧或旋压，但加工硬化较快，总冷变形量建议≤20%～25%，超量需中间退火（重新固溶）。

焊接：焊接性有限，仅允许在固溶态进行TIG或电子束焊，使用同质焊丝，焊后必须重新进行完整固溶+双重时效处理；已时效强化件禁止焊接（热影响区液化裂纹及性能不匹配风险高）。

切削加工：加工硬化显著，建议使用涂层硬质合金刀具，低转速大进给配合高压冷却液，避免"白层"硬化。

3. 工程应用

GH4698（ЭП698）主要用于航空发动机及工业燃机中温至高温承力转动件：

航空发动机：高压涡轮盘（工作温度550℃～700℃）、高压压气机末级盘、涡轮叶片前段（模锻叶根加强）、高温承力环及安装边。

工业燃气轮机：中小型涡轮盘、高温螺栓（≤700℃）。

航天辅助动力（APU）：涡轮盘及承力机匣。

特种制造：等温锻造模具镶块（短期≤850℃）。

与GH4169相比，GH4698使用温度高约80℃且高温强度更优，但需时效处理、热加工窗口窄、cost更高；与GH4710相比，GH4698无钴成本略低但γ'相含量及最高承温上限略低（750℃ vs 815℃），室温塑性相当或略优。该合金在原苏联系及国产早期/改进型航空发动机中大量应用，目前部分新机型已由粉末冶金盘合金替代，但在现役机型维修（MRO）及地面燃机中仍有重要地位。

GH4698（ЭИ698/ЭП698）镍-铬-钼-铝-钛系沉淀硬化变形高温合金，通过约30%～35%体积分数的γ'相沉淀强化及钼固溶强化，在600℃～750℃温区实现了强度、蠕变抗力与疲劳性能的优良匹配，是无钴/微钴设计的高性能涡轮盘/承力件经典材料。其性能发挥依赖于真空熔炼保证高纯净度、1075℃左右固溶快冷抑制γ'不均匀析出及两段时效控制γ'尺寸分布。应用中须严格规避在γ'析出温区随意停留、禁止时效态焊接，并控制表面残余应力。随合金设计进步，部分新机已转向粉末冶金或含铼/钌改型合金，但GH4698凭借成熟的工艺数据库、可靠的综合性能及相对较低的原材料成本，在现役航空动力维修及中档工业燃机高温构件中继续发挥重要作用。

UNS N06600、Inconel600、Alloy600、UNS N06601、Inconel601、Alloy601、UNS N06625、Inconel625、Alloy625、Inconel690、Inconel718、InconelX-750

二、英科：

UNS NO8800、Incoloy800、Alloy800UNS NO8810、Incoloy800H、Alloy800H/800HT、UNS NO8825、Incoloy825、Alloy825

三、Carpenter20合金：

Alloy20cb-3、UNS NO8020

四、蒙乃尔：

Monel400NO4400Alloy400MonelK500NO5500

五、哈氏合金：

Hastelloy C-276、C-22、C-4、Hastelloy B、B-2、B-3、Hastelloy X、G、G2、G3、Hastelloy G30

六、固溶强化性铁镍基合金：

NS111、NS112、NS113、NS131、NS141、NS142、NS143

七、固溶强化型镍基合金：

NS311、NS312、NS313、NS314、NS315、NS321、NS322、NS331、NS332、NS333、NS334、

NS335、NS336、NS341

八、时效强化型镍基合金：

NS411

九、固溶强化型铁基合金：

GH1015、GH1035、GH1040、GH1131、GH1140

十、时效硬化性铁基合金：

GH2018、GH2036、GH2038、GH2130、GH2132/SUH660、GH2135、GH2136、GH2302

十一、固溶强化型镍基合金：

GH3030、GH3039、GH3044、GH3028

十二、时效硬化型镍基合金：

GH4033、GH4037、GH4043、GH4049、GH4133、GH4133B、GH4169

十三、奥氏体不锈钢:

904L（UNS N08904）、Nitronic60(S21800）、nitronic50(XM-19)/S20910、304L、316Ti、316N、316LN、316Mod、317L、317LN、309S、310S、304N

十四、复合式不锈钢：

SAF2205（F51）、SAF2507（F53）、S32760、254SMo（F44、DIN1.4529）、329J1（0Cr26Ni5Mo2）、SAF2506、0Cr17Mn13Mo2N(A4钢)

十五、沉淀硬化不锈钢

17－4PH(SUS630、S17400、0Cr17NiCu4Nb)、17-7PH（SUS631、0Cr17Ni7Al)、15-7Mo（SUS632、0Cr15Ni7Mo2Al）、15-5PH VAR(S15500、0Cr15Ni5Cu3Nb)

十六、其它：

可伐合金4J29 Kovar，Invar合金4J36 Invar合金、4J34，4J46，4J32，4J42