我国独创和独具特色的几种高温合金的组织和性能_郭建亭

第21卷第2期 Vol.21 No.2 中国有色金属学报 2011年2月 The Chinese Journal of Nonferrous Metals Feb. 2011

文章编号：1004-0609(2011)02-0237-14

我国独创和独具特色的几种高温合金的组织和性能

郭建亭，周兰章，袁 超，侯介山，秦学智

(中国科学院 金属研究所，沈阳 110016)

摘 要：综述了中国科学院金属研究所高温合金和金属间化合物研究组50年来在高温合金材料方面的研究成果，重点介绍了9种我国独创和独具特色的高温合金，包括其成分和组织特点，力学性能、化学性能和物理性能，以及他们的冷、热加工性能和应用特点。

关键词：高温合金；涡轮盘用高温合金GH2135；涡轮环件用高温合金GH2035A；涡轮叶片用高温合金DZ417G；过热器管材用高温合金GH2984；抗热腐蚀高温合金；K444；K435；K452；K446；GH4413 中图分类号：TG146 文献标志码：A

Microstructure and properties of several originally invented and

unique superalloys in China

GUO Jian-ting, ZHOU Lan-zhang, YUAN Chao, HOU Jie-shan, QIN Xue-zhi

(Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China)

Abstract: This review summarizes the research results of the studies on superalloys in the research group of superallloys and intermetallics in Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences in the past 50 years. The paper mainly introduces nine originally invented and unique superalloys in China, including their chemical composition and microstructural characteristics, mechanical properties, chemical and physical properties, hot and cold workabilities, and application characteristics.

Key words: superalloy; turbine disc superalloy GH2135; turbine ring part superalloy GH2035A; turbine blade superalloy DZ417G; superheater tube superalloy GH2984; hot corrosion resistant superalloy; K444; K435; K452; GH4413

高温合金具有良好的高温强度和抗氧化抗腐蚀性能、优异的抗疲劳和抗蠕变性能、以及甚佳的断裂性能和组织稳定性，是现代国防建设和国民经济发展不可替代的关键材料[1]。高温合金的发展与航空发动机和各种工业燃气轮机的发展密切相关，是航空发动机和工业燃气轮机发展的重要保证，而航空发动机及工业燃气轮机的发展是高温合金发展的动力。先进高温合金材料和工艺的研制属高技术领域。高温合金的发展水平是一个国家工业水平高低的标志之一，也是一个国家国防力量强弱的标志之一。世界各先进国家都非常重视高温合金的研究、生产和应用，并投入了大

收稿日期：2010-07-20；修订日期：2010-12-20

通信作者：郭建亭，研究员；电话：024-23971917；E-mail: Jtguo@ http://doc.guandang.net

量的人力和物力。

我国从1956年开始研制和生产高温合金。50多年来，我国高温合金从无到有，从仿制到创新，已先后研制和生产了近200个牌号，形成了具有中国特色的完整的高温合金体系，保证了我国航空航天发动机及燃气轮机所需高温合金材料完全立足于国内。

中国科学院金属研究所高温合金和金属间化合物研究组从1962年开始研究高温合金，至今已有50年历史，先后研制成功或正在研究的有铁基变形高温合金GH2135、GH2035A、GH2984、GH2328、GH2901、GH2761、GH2107；镍基变形高温合金GH4413；无

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缝管材合金GH3044；大尺寸涡轮盘合金GH4698和

与GH4033合金相比，GH2135合金还利用了4%左右的难熔金属元素W＋Mo进行固溶强化，而GH4033则没有采用难熔金属固溶强化。同时，GH2135合金加入了约5%的Al+Ti进行沉淀强化，而GH4033合金仅加入了3.4%左右的Al+Ti形成γ′强化，前者γ′相的含量为12%~16%[3]，而后者γ′相的含量则只有7.3%~9.1%[4]。

1.2 合金的显微组织特点

GH2135合金金相组织的最大特点是沿晶分布的链状碳化物不是M23C6，而是二次TiC。通常认为含有2%W和2%Mo的铁基或镍基高温合金，应该有M23C6相沿晶界析出。但电解萃取相的X射线分析没有发现M23C6，甚至将萃取相进行相分离，只保留碳化物和硼化物相，X射线结构分析仍然只发现TiC。GH2135合金低温沿晶断口的萃取复型证明，晶界上的颗粒相主要是830℃第一次时效处理时析出的二次TiC，有时也发现有少量颗粒状M3B2相在晶界存在。

1.3 合金的力学性能特点

GH2135合金的综合力学性能已达到GH4033合金水平。但与GH4033合金比较，GH2135合金有如下两个重要的特点。 1.3.1 良好的低周疲劳性能

在同样的试验条件下，GH2135合金的周期持久性能和有疲劳载荷下的持久时间都明显优于镍基合金GH4033的，相应数据要高出1~10倍。其他低周疲劳性能，如恒应力控制的缺口试样的低周疲劳也都显示出明显的优越性[2]。

在650 ℃、600 MPa条件下测试GH2135合金和GH4033合金的周期持久性能，结果见表2[2]。由表2可见，GH2135合金的周期持久循环断裂次数为GH4033合金的1.6~9.5倍，持久时间约为GH4033合金的2倍。在疲劳负荷下GH2135合金和GH4033合由表3可见，在有交变应金的持久断裂时间见表3[2]。

力作用的同样试验条件下，GH2135合金的持久断裂时间为GH4033合金的2~5倍，纯持久断裂时间为GH4033合金的2倍。很显然，GH2135合金的低周疲劳性能明显优于GH4033合金的。

GH4742；镍基铸造合金K4169、K435、K446、K452、K447、K445；钴基高温合金K640S；BC合金K444；定向凝固高温合金DZ417G、DZ483、DZ444G；单晶高温合金DD444、DD417G、DD483；低膨胀高温合金GH2903等20多个牌号，其中约有一半是与兄弟组或其它单位共同完成的。下面重点介绍几种我国独创和独具特色的高温合金。

1 涡轮盘用铁基高温合金GH2135

GH2135合金是中国科学院金属研究所于1958年在师昌绪先生指导下研制的铁基变形合金，用以代替当时大量使用的镍基合金GH4033。初期由于中心缩孔等冶金缺陷，在抚顺钢厂锻造时不能成材，而且由于追求持久强度，选择的固溶处理温度高达1 220 ℃，处理后的试棒表面由于氧化皮太厚而暂停研究。在终止研究几年后，1962年本研究组重新开始研制，从合金的成分范围、最佳成分控制、热处理制度、组织结构到全面力学性能测试等，都进行了较为深入的研究。GH2135合金的综合性能达到或超过了GH4033合金。1964年开始到抚顺钢厂进行工业试生产，并与抚钢合作开展工程化研究，取得了大量数据。在国内外公开发表论文数十篇，并出版GH2135铁基高温合金汇编一本[2]。自1967年GH2135合金正式列入“冶标”开始转入批量生产，至1974年，抚钢、上钢五厂、大冶钢厂，齐齐哈尔钢厂等冶金厂生产量达1 000多t。GH2135合金主要用作涡轮盘材料，也曾经用来制作涡轮叶片和燃气轮机的火焰筒等不同结构件。

1.1 合金的化学成分特点

GH2135合金的化学成分，与GH4033合金相比，最大特点是节省大量的镍和少量的铬。从表1可以看出，GH2135可节省41%的镍和5.5%的 …… 此处隐藏：28680字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……