固溶強化鎳基變形高溫合金簡介

主要用來生產(chǎn)各種板材，尤其是冷軋薄板，因此也常稱之為鎳基板材高溫合金。除了板材以外，還可制成棒材、餅材以及冷拔絲材等，廣泛用于燃燒室、機(jī)匣、隔熱板、調(diào)節(jié)片和其他高溫部件，是一類重要的鎳基變形高溫合金材料。中國常用的固溶強化鎳基變形高溫合金列于表中。

GH3030合金是中國試制生產(chǎn)的第一個鎳基變形高溫合金，在國際上也是最早研制成功的高溫合金。該合金在英國為Nimonic75，在美國為。Inconel600，在前蘇聯(lián)稱為Й435。它是由Ni-20Cr電阻絲材料發(fā)展而來的。在Ni-20Cr合金中加入少量鋁、鈦，使其強度提高很多，成為高溫合金。為了進(jìn)一步提高強度以滿足航空工業(yè)的需要，在GH3030合金基礎(chǔ)上不斷添加固溶強化元素鎢、鉬、鈷等，同時配合鈰、硼、鋯、鑭等晶界強化元素，結(jié)果形成了中國固溶強化鎳基變形高溫合金系列，最高使用溫度達(dá)950～1000 ℃，100h的持久強度。

特點 固溶強化鎳基變形高溫合金有如下特點：(1)高的鉻含量，達(dá)20%以上，因此具有良好的抗氧化耐腐蝕性能，適合在高溫燃?xì)鈿夥障麻L期工作。(2)合金為單相奧氏體組織，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，時效傾向很小，具有優(yōu)良的加工工藝性能和滿意的焊接性能。(3)具有高的塑性和相對較低的強度，容易進(jìn)行塑性變形，能軋成薄板材，可以深沖冷加工。(4)熱處理簡單，只需很短時間退火便消除應(yīng)力，并可控制晶粒度。

應(yīng)用 固溶強化鎳基變形高溫合金在使用過程中可能會有一些碳化物相析出，略有一些硬化作用。因此合金中的碳含量不宜過高，以免降低塑性。GH141合金除固溶強化外，還有γ’相時效強化(見高溫合金時效強化)，加工塑性差些，適合用作在高溫下要求強度較高的板材合金。合金化程度高的GH3044、GH3128、GH141和GH170等合金，在長期使用中會析出σ,μ等相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)，影響合金性能。

鎳基變形高溫合金指以鎳為基體，含一定量高溫強化元素，在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。分為固溶強化型和析出強化型兩類。

中文名稱

鎳基變形高溫合金

英文名稱

nickel based wrought superalloy

定　　義

以鎳為基體，含一定量高溫強化元素，在650~1000℃范圍內(nèi)具有較高的強度和良好的抗氧化、抗燃?xì)飧g能力的高溫合金。分為固溶強化型和析出強化型兩類。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級學(xué)科），金屬材料（二級學(xué)科），特殊用途金屬材料（三級學(xué)科），高溫合金（四級學(xué)科）

考慮到這類合金使用溫度高，需要有良好的抗氧化、耐腐蝕性能，把鉻含量提高到20%左右，同時相應(yīng)地把鎳含量提高到25%甚至35%～40%來穩(wěn)定基體組織。為了產(chǎn)生有效的固溶強化，加入相當(dāng)量的高熔點元素鎢、鉬和鈮等，其最大總量高達(dá)10%～12%。中國發(fā)展的一些固溶強化鐵基變形高溫合金中，加入少量氮后獲得相當(dāng)強的固溶強化效應(yīng)，取得了滿意的效果。此外，在有些合金中再加入少量鋁、鈦，以增強固溶強化效果，但加入量不超過1%～1.2%。有些板材合金需要較高的強度，因此除固溶強化外，還加入適量鋁、鈦并輔之以時效強化。加入微量硼、鈰、鋯，以獲取良好的晶界強化效果。

中國的固溶強化鐵基變形高溫合金可以成功地在700～900℃(最高到950℃)溫度范圍內(nèi)使用，這在國際高溫合金的應(yīng)用上是獨具特色的。中國典型的固溶強化鐵基變形高溫合金列于表中。根據(jù)使用溫度區(qū)分，基本上有3大類

(1)在700℃以下使用的合金有GH13和GH139。GH139以6%錳代替一部分鎳，并輔以氮進(jìn)行固溶強化。這是成分簡單，最經(jīng)濟(jì)的合金。

(2)在800℃以下使用的GH1040合金以20Cr35Ni-40Fe為基，加入適量鎢、鉬作為固溶強化的主要手段，再輔以少量鋁和鈦增強固溶強化而獲得成功。由于GH1040合金的良好綜合性能和一種合金能有多種用途，因此它在中國800℃以下應(yīng)用的鐵基板材高溫合金中占有統(tǒng)治地位。

(3)在900℃下使用的有GH1131、GH138、GH1015和GH1016等多種合金。這類合金主要用大量的鎢、鉬和鈮(總量高達(dá)10%)進(jìn)行固溶強化，有的合金還添加少量氮(<0.30%)來增強固溶強化效果。為了發(fā)展更高使用溫度的鐵基板材合金，如950℃使用的GH14合金，將固溶強化元素鎢、鉬和鈮的總量提高到12%。這類合金的鎳含量都不超過40%，鉻含量高達(dá)20%，又加入了大量鎢、鉬和鈮，這就促使高溫下組織不穩(wěn)定，容易析出富鎢、鉬和鈮的金屬間化合物如AB2型的Laves相、μ相，甚至還會析出AB型的σ相(見高溫合金材料的金屬間化合物相)，使材料性能大大惡化，限制了這類合金在高溫下長期使用。為了提高組織穩(wěn)定性，從合金成分設(shè)計的角度，可以增加鎳含量，這樣就向鎳基變形高溫合金趨近，失去了經(jīng)濟(jì)型鐵基變形高溫合金的特色。

除了以上三類之外，GH167合金是為適應(yīng)高強板材合金的要求，除了加入大量鎢、鉬固溶強化之外，還加入了相當(dāng)數(shù)量的鋁和鈦進(jìn)行時效強化。該合金可以在800～850℃范圍內(nèi)使用。