中文名稱

鐵基變形高溫合金

英文名稱

iron-based wrought superalloy

定　　義

以鐵為基體元素，含一定量鉻和鎳的奧氏體高溫合金。在600~800℃條件下具有一定強度和抗氧化、抗燃氣腐蝕的能力。

應用學科

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

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℃)溫度范圍內使用，這在國際高溫合金的應用上是獨具特色的。中國典型的固溶強化鐵基變形高溫合金列于表中。根據使用溫度區分，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，并輔以氮進行固溶強化。這是成分簡單，最經濟的合金。

(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℃以下應用的鐵基板材高溫合金中占有統治地位。

(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10%)進行固溶強化，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20%，又加入了大量鎢、鉬和鈮，這就促使高溫下組織不穩定，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。為了提高組織穩定性，從合金成分設計的角度，可以增加鎳含量，這樣就向鎳基變形高溫合金趨近，失去了經濟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，還加入了相當數量的鋁和鈦進行時效強化。該合金可以在800～850℃范圍內使用。

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，同時相應地把鎳含量提高到25%甚至35%～40%來穩定基體組織。為了產生有效的固溶強化，加入相當量的高熔點元素鎢、鉬和鈮等，其最大總量高達10%～12%。中國發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強的固溶強化效應，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。

主要用來生產各種板材，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、機匣、隔熱板、調節片和其他高溫部件，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，在前蘇聯稱為Й435。它是由Ni-20Cr電阻絲材料發展而來的。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。為了進一步提高強度以滿足航空工業的需要，在GH3030合金基礎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20%以上，因此具有良好的抗氧化耐腐蝕性能，適合在高溫燃氣氣氛下長期工作。(2)合金為單相奧氏體組織，結構穩定，時效傾向很小，具有優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力，并可控制晶粒度。

應用 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。