GH4133B高温合金热轧棒冷轧薄板

GH4133B高温合金

GH4133B 是一种采用沉淀强化型工艺的镍基高温合金。该合金在高温下具有优异的高强度、良好的抗疲劳和抗蠕变性能，以及出色的组织稳定性和抗氧化性能。它主要通过热轧或冷轧工艺制成棒材、扁钢和薄板等产品，是制造航空发动机和工业燃气轮机关键热端部件的重要材料。

一、 材料概述

GH4133B是在GH4133合金基础上发展而来，通过调整化学成分和优化热处理制度，使其综合性能，特别是长期使用下的组织稳定性和持久寿命得到了显著提升。它属于我国自主研发的高温合金系列，因其出色的性价比和可靠性，在航空航天、能源动力等领域得到了广泛应用。

其产品形式主要包括：

轧棒：通常指通过热轧工艺生产的圆棒、方棒等型材，用于锻造毛坯或直接机加工成承力件。

薄板：通常指通过热轧或冷轧工艺生产的板材，厚度较薄，用于制造燃烧室、衬套等板状结构件。

二、 化学成分特点

GH4133B合金的化学成分设计是其高性能的基础。其主要元素包括：

镍 (Ni)：作为基体元素，提供面心立方奥氏体结构，保证合金在高温下的稳定性和韧性。

铬 (Cr)：主要提供抗氧化和抗热腐蚀能力，形成致密的Cr₂O₃保护膜。

铝 (Al) 和 钛 (Ti)：是关键的沉淀强化元素，与镍形成共格有序的γ'相（Ni₃(Al, Ti)），是合金高温强度的主要来源。GH4133B中铝钛含量的配比经过优化，确保了γ'相的数量和稳定性。

铌 (Nb)：同样起到强化作用，能进入γ'相并提高其固溶温度和组织稳定性，同时也能形成碳化物强化晶界。

碳 (C)：与活性元素形成碳化物，强化晶界，但对含量有严格控制，过高会降低塑性。

该合金通过精确控制各元素比例，实现了强度、塑性、抗氧化性和组织稳定性的最佳平衡。

三、 材料特性
高强度：在650~750℃温度区间内具有极高的屈服强度和抗拉强度，能够承受高负荷。
优异的抗疲劳性能：在循环载荷下，能抵抗疲劳裂纹的萌生和扩展，适用于发动机转子等高速旋转部件。
良好的抗蠕变性能：在高温和应力长期作用下，抵抗缓慢塑性变形（蠕变）的能力强，保证了部件的尺寸稳定性和使用寿命。
出色的抗氧化性：表面能形成稳定且致密的氧化膜，有效阻止内部金属被进一步氧化，可在高温燃气环境中长期工作。
组织稳定性高：在长期时效过程中，主要强化相γ'不易长大、粗化或转变为其他有害相，使性能衰减缓慢。
四、 生产工艺与热处理
GH4133B合金通常采用真空感应熔炼加电渣重熔（VIM+ESR）或真空自耗熔炼（VAR）的双联工艺冶炼，以确保合金的高纯净度和成分均匀性。
轧棒和薄板的生产需经过严格的热加工（锻造、轧制）和冷加工（冷轧、拉伸）流程。最终性能主要通过固溶处理和时效处理来实现：
固溶处理：将合金加热到γ'相完全溶解的温度以上保温后快速冷却，得到过饱和固溶体，为时效强化做准备。
时效处理：在较低温度下保温，使细小的γ'强化相均匀弥散地析出，从而达到峰值强度。
具体的热处理制度（温度、时间、冷却方式）会根据产品的形状、尺寸和最终性能要求进行精确调整。
五、 应用领域
GH4133B合金轧棒和薄板主要用于制造工作温度在700~750℃以下的航空发动机和工业燃气轮机关键部件。
轧棒典型用途：常用于制造涡轮盘、压气机盘、鼓筒轴、紧固件等关键旋转承力部件。
薄板典型用途：主要用于制造燃烧室火焰筒、导向器叶片、整流罩、隔热板等高温板状焊接结构件。
六、 注意事项
热加工敏感性：该合金热加工温度范围较窄，对工艺参数控制要求极高，不当的加热温度或变形量可能导致开裂或性能不达标。
焊接性能：GH4133B合金可焊性尚可，但焊接后焊缝及热影响区的性能会有所下降，通常需要进行焊后热处理以恢复性能。一般采用氩弧焊、电子束焊等方法。
机加工：属于难加工材料，强度高、加工硬化倾向严重，建议采用硬质合金刀具，低速大进给进行切削，并充分冷却。

七、 总结
GH4133B是一种技术成熟、性能可靠的镍基高温合金，其轧棒和薄板产品是我国中温段航空航天动力装置的关键结构材料。通过合理的成分设计和严格的生产工艺控制，它在高温强度、抗疲劳和组织稳定性方面达到了良好匹配，为各类高温部件的安全可靠运行提供了重要保障。
一、 镍基高温合金
这是其产品系列中最核心的部分，种类最全，应用最广。
GH系列（国标牌号）:
GH3030 (GH30): 固溶强化型，800℃以下有良好的抗氧化和热强度，用于燃烧室部件。
GH3039 (GH39): 固溶强化型，用于900℃以下的燃烧室、加力燃烧室等。
GH3044 (GH44): 固溶强化型，抗氧化性好，用于950℃以下的燃烧室和涡轮部件。
GH3128 (GH128): 固溶强化型，具有高的塑性和良好的冲压、焊接性能，用于950℃以下的火焰筒、壳体等。
GH3536 (哈氏合金B-2): 优异的耐盐酸、硫酸腐蚀和抗应力腐蚀开裂能力，用于化工环境。
GH3625 (Inconel 625): 强度高，耐氧化和腐蚀性能优异，应用极其广泛，从航空航天到海洋、化工。
GH4169 (Inconel 718): 王牌产品，沉淀强化型，在-253℃到700℃温度范围内具有良好的综合性能，广泛应用于航空发动机涡轮盘、压气机盘、叶片、机匣等关键部件。
GH4099 (Inconel 699): 高铬含量，具有优良的高温抗氧化和抗腐蚀性能。
GH4133 (GH33): 沉淀强化型，用于750℃以下的涡轮叶片、涡轮盘等。
GH4145 (Inconel X-750): 沉淀强化型，具有良好的耐腐蚀、抗氧化性能和高温强度，用于弹簧、密封环等。
GH4180 (GH80): 类似Nimonic 80A，用于燃气轮机叶片。
国外对应牌号:
Inconel 600, 601, 625, 718, X-750
Hastelloy B-2, B-3, C-22, C-276, X (虽然哈氏合金更侧重于耐蚀合金，但因其高镍含量和高温性能，也常被归入此类)
Nimonic 75, 80A
Alloy 20 (CN3MN, 20号合金): 优异的耐硫酸腐蚀性能。
二、 铁镍基高温合金
GH系列:
GH1015, GH1016: 固溶强化型，抗氧化性好，用于制造850℃以下的燃烧室和加热炉构件。
GH1131 (GH131): 固溶强化型，用于制造850~1000℃的燃烧室部件。
GH2036, GH2132 (A-286): 沉淀强化型，用于650℃~700℃的涡轮盘、紧固件等。
GH2135 (GH135)
GH2747: 具有极佳的高温抗氧化性，适用于高温炉辊、炉管等。
三、 钴基高温合金
国标牌号: GH5188 (GH188, 对应Haynes 188)
特点：在高达1100℃的温度下仍具有优异的强度和抗氧化性，耐热腐蚀和耐磨性好。用于燃气轮机喷嘴、导向叶片等。
四、 耐蚀合金
虽然不完全等同于高温合金，但因其成分和性能有重叠，商虎也大量经营。
Monel 400, K500 (蒙乃尔合金): 优异的耐海水和酸碱腐蚀能力。
Incoloy 800, 800H, 825, 925 (因科洛伊合金): 良好的综合耐腐蚀和力学性能。
哈氏合金系列 (如上所述)。
总结表格（部分常见牌号）
商虎/国标牌号 近似美标牌号 主要特点和应用
GH4169 Inconel 718 应用最广，700℃以下高强度，用于涡轮盘、叶片等。
GH3625 Inconel 625 高强度，耐腐蚀抗氧化，应用广泛。
GH4145 Inconel X-750 高温弹簧、密封环、紧固件。
GH3536 Hastelloy B-2 耐盐酸、硫酸腐蚀。
GH2132 A-286, S66286 铁镍基，650℃~700℃的涡轮盘、紧固件。
GH5188 Haynes 188 钴基，1100℃下抗氧化，用于导向叶片、喷嘴。
Alloy C-276 Hastelloy C-276 极佳的耐点蚀、缝隙腐蚀能力。
Alloy 20 Carpenter 20, CN3MN 优异的耐硫酸腐蚀，化工阀门、泵。