中文名称

铁基变形高温合金

英文名称

iron-based wrought superalloy

定　　义

以铁为基体元素，含一定量铬和镍的奥氏体高温合金。在600~800℃条件下具有一定强度和抗氧化、抗燃气腐蚀的能力。

应用学科

材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），特殊用途金属材料（三级学科），高温合金（四级学科）

中国的固溶强化铁基变形高温合金可以成功地在700～900℃(最高到950℃)温度范围内使用，这在国际高温合金的应用上是独具特色的。中国典型的固溶强化铁基变形高温合金列于表中。根据使用温度区分，基本上有3大类

(1)在700℃以下使用的合金有GH13和GH139。GH139以6%锰代替一部分镍，并辅以氮进行固溶强化。这是成分简单，最经济的合金。

(2)在800℃以下使用的GH1040合金以20Cr35Ni-40Fe为基，加入适量钨、钼作为固溶强化的主要手段，再辅以少量铝和钛增强固溶强化而获得成功。由于GH1040合金的良好综合性能和一种合金能有多种用途，因此它在中国800℃以下应用的铁基板材高温合金中占有统治地位。

(3)在900℃下使用的有GH1131、GH138、GH1015和GH1016等多种合金。这类合金主要用大量的钨、钼和铌(总量高达10%)进行固溶强化，有的合金还添加少量氮(<0.30%)来增强固溶强化效果。为了发展更高使用温度的铁基板材合金，如950℃使用的GH14合金，将固溶强化元素钨、钼和铌的总量提高到12%。这类合金的镍含量都不超过40%，铬含量高达20%，又加入了大量钨、钼和铌，这就促使高温下组织不稳定，容易析出富钨、钼和铌的金属间化合物如AB2型的Laves相、μ相，甚至还会析出AB型的σ相(见高温合金材料的金属间化合物相)，使材料性能大大恶化，限制了这类合金在高温下长期使用。为了提高组织稳定性，从合金成分设计的角度，可以增加镍含量，这样就向镍基变形高温合金趋近，失去了经济型铁基变形高温合金的特色。

除了以上三类之外，GH167合金是为适应高强板材合金的要求，除了加入大量钨、钼固溶强化之外，还加入了相当数量的铝和钛进行时效强化。该合金可以在800～850℃范围内使用。

考虑到这类合金使用温度高，需要有良好的抗氧化、耐腐蚀性能，把铬含量提高到20%左右，同时相应地把镍含量提高到25%甚至35%～40%来稳定基体组织。为了产生有效的固溶强化，加入相当量的高熔点元素钨、钼和铌等，其最大总量高达10%～12%。中国发展的一些固溶强化铁基变形高温合金中，加入少量氮后获得相当强的固溶强化效应，取得了满意的效果。此外，在有些合金中再加入少量铝、钛，以增强固溶强化效果，但加入量不超过1%～1.2%。有些板材合金需要较高的强度，因此除固溶强化外，还加入适量铝、钛并辅之以时效强化。加入微量硼、铈、锆，以获取良好的晶界强化效果。

主要用来生产各种板材，尤其是冷轧薄板，因此也常称之为镍基板材高温合金。除了板材以外，还可制成棒材、饼材以及冷拔丝材等，广泛用于燃烧室、机匣、隔热板、调节片和其他高温部件，是一类重要的镍基变形高温合金材料。中国常用的固溶强化镍基变形高温合金列于表中。

GH3030合金是中国试制生产的第一个镍基变形高温合金，在国际上也是最早研制成功的高温合金。该合金在英国为Nimonic75，在美国为。Inconel600，在前苏联称为Й435。它是由Ni-20Cr电阻丝材料发展而来的。在Ni-20Cr合金中加入少量铝、钛，使其强度提高很多，成为高温合金。为了进一步提高强度以满足航空工业的需要，在GH3030合金基础上不断添加固溶强化元素钨、钼、钴等，同时配合铈、硼、锆、镧等晶界强化元素，结果形成了中国固溶强化镍基变形高温合金系列，最高使用温度达950～1000 ℃，100h的持久强度。

特点 固溶强化镍基变形高温合金有如下特点：(1)高的铬含量，达20%以上，因此具有良好的抗氧化耐腐蚀性能，适合在高温燃气气氛下长期工作。(2)合金为单相奥氏体组织，结构稳定，时效倾向很小，具有优良的加工工艺性能和满意的焊接性能。(3)具有高的塑性和相对较低的强度，容易进行塑性变形，能轧成薄板材，可以深冲冷加工。(4)热处理简单，只需很短时间退火便消除应力，并可控制晶粒度。

应用 固溶强化镍基变形高温合金在使用过程中可能会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过高，以免降低塑性。GH141合金除固溶强化外，还有γ’相时效强化(见高温合金时效强化)，加工塑性差些，适合用作在高温下要求强度较高的板材合金。合金化程度高的GH3044、GH3128、GH141和GH170等合金，在长期使用中会析出σ,μ等相(见高温合金材料的金属间化合物相)，影响合金性能。