GH128高温合金热轧板：固溶强化百科解析

GH128高温合金热轧板：固溶强化百科解析

GH128（对应俄罗斯牌号ЭИ698）是我国自主研发的一种高性能镍铬钨钼铝钛系固溶强化型变形高温合金。其热轧板作为重要的半成品形式，在航空航天、能源等领域的高温承力部件中扮演着关键角色。其核心优势在于通过精妙的固溶强化机制获得优异的高温性能。

一、 热轧板：工艺塑造形态

热轧是制备GH128合金板材的核心热加工工艺：

坯料准备： 采用真空感应熔炼（VIM）加真空自耗重熔（VAR）或电渣重熔（ESR）获得纯净、成分均匀的铸锭，经锻造开坯成板坯。

加热与轧制： 板坯在高温（通常在1100℃以上）加热炉中均匀透热，使其处于塑性良好的奥氏体单相区。随后在多机架热连轧机或可逆式轧机上进行多道次轧制，经历剧烈的塑性变形。

温度控制： 精确控制开轧温度、终轧温度以及轧制道次间的温度至关重要，这直接影响变形抗力、再结晶行为和最终组织。

控冷： 轧后通常采用层流冷却或空冷等方式控制冷却速度，抑制有害相析出，保留固溶强化效果，同时控制晶粒尺寸和板形。

热轧态GH128板材具有各向异性、一定残余应力和形变组织特征，通常作为后续固溶热处理或进一步冷轧的坯料。

二、 固溶强化：高温性能的基石

GH128属于典型的固溶强化型高温合金，其卓越的高温强度主要源于合金元素在镍基γ奥氏体中的固溶作用，而非主要依赖沉淀强化相：

核心强化元素 - W、Mo：

钨（W）和钼（Mo）是GH128中最关键的固溶强化元素。

它们具有大原子半径，大量溶解于镍基体中，造成严重的晶格畸变（点阵畸变）。

这种畸变对晶体中位错的运动（滑移）构成了强大的摩擦阻力，显著提高了合金在高温下的变形抗力（即强度、蠕变抗力）。

辅助强化与基体稳定元素 - Cr、Co、Mo：

铬（Cr）： 大量加入（约14-16%）主要提供优异的抗氧化和抗热腐蚀能力，对基体也有一定的固溶强化作用。

钴（Co）： 能提高γ固溶体的层错能，有助于提升高温组织稳定性。

钼（Mo）： 除了强力的固溶强化作用，还能增强固溶体原子间结合力，提高再结晶温度。

微量元素的贡献 - Al、Ti：

虽然GH128以固溶强化为主，但仍含有少量铝（Al）和钛（Ti）。它们在常规固溶处理态主要溶入基体，提供额外的固溶强化效果，并在后续时效或服役中可能析出少量γ'相（Ni₃(Al,Ti)），提供辅助的沉淀强化（但非主要强化机制）。

固溶强化机制简述： 高温下，合金承受载荷时，位错需要在晶格中滑移以产生塑性变形。固溶原子（特别是W、Mo）造成的局部晶格畸变区域，就像在滑移路径上设置了无数“障碍”。位错要克服这些障碍需要更大的能量（即更高的应力），宏观上就表现为材料强度和蠕变抗力的显著提升。这种强化机制在高温下相对稳定，不易像沉淀相那样发生粗化或溶解失效。

三、 热轧板特性与应用

优异高温性能： 在900-1000℃区间，GH128热轧板（经固溶处理后）展现出卓越的高温持久强度、蠕变强度和良好的抗疲劳性能，这主要归功于W、Mo的强固溶强化效果。

良好热稳定性： 固溶强化机制相对稳定，不易发生强化相的显著粗化，保证了高温长时使用的可靠性。

优秀抗氧化性： 高Cr含量使其在高温氧化和燃气腐蚀环境中具有出色的抵抗力。

可加工性： 热轧态为后续的冷轧、冲压、焊接等加工提供了基础。最终性能需通过固溶热处理（通常在1150-1200℃保温后快冷）来充分实现固溶强化潜力并获得均匀组织。

主要应用： GH128热轧板广泛用于制造航空航天发动机的燃烧室部件、加力燃烧室壳体、隔热屏、导向叶片安装座、喷管调节片等高温承力结构件，以及工业燃气轮机的高温静子部件。

总结

GH128高温合金热轧板的核心价值在于其通过W、Mo等元素对镍基γ奥氏体的强力固溶强化，奠定了材料在极端高温环境下的力学性能基础。热轧工艺是实现其板材形态的关键步骤，为后续加工和最终性能优化提供了原材料保障。这种以固溶强化为主导的设计思路，使其在高温、高应力且需要良好抗氧化性的应用场景中成为不可替代的关键材料。

以下是上海商虎集团一些常见且重要的GH高温合金牌号，按基体元素分类：

一、 镍基高温合金

这是应用最广泛、牌号最多的一类。

GH3030 (GH30): 固溶强化型。具有良好的热疲劳性能和抗氧化性，用于800℃以下工作的燃烧室、加力燃烧室等板材部件。

GH3039 (GH39): 固溶强化型。综合性能优于GH3030，抗氧化性更好，用于900℃以下的燃烧室等高温部件。

GH3044 (GH44): 固溶强化型。具有高的塑性和中等的热强性，优良的抗氧化性，用于950℃以下工作的燃烧室、加力燃烧室等板材部件。

GH3128 (GH128): 固溶强化型。具有高的塑性、良好的抗氧化性和冲压性能，用于950℃以下工作的火焰筒、加力燃烧室等板材部件。

GH3600 (GH600): 固溶强化型。对应国外Inconel 600。优良的高温耐腐蚀和抗氧化性能，用于化工、核工业等高温耐蚀环境。

GH3625 (GH625): 固溶强化型。对应国外Inconel 625。具有优异的耐腐蚀性（尤其是耐点蚀、缝隙腐蚀）、抗氧化性和良好的综合力学性能，用于航空航天、海洋工程、化工等领域。

GH4033 (GH33): 时效强化型。用于700-750℃工作的涡轮叶片等。

GH4037 (GH37): 时效强化型。用于750-800℃工作的涡轮叶片。

GH4049 (GH49): 时效强化型。具有较高的高温强度和良好的综合性能，用于850℃以下工作的涡轮叶片。

GH4080A (GH80A): 时效强化型。对应国外Nimonic 80A。用于700-800℃工作的涡轮叶片、螺栓等。

GH4090 (GH90): 时效强化型。对应国外Nimonic 90。用于850℃以下工作的涡轮叶片、导向叶片。

GH4093 (GH93): 时效强化型。用于750℃以下工作的涡轮盘。

GH4098 (GH98): 时效强化型。用于800-850℃工作的涡轮叶片。

GH4105 (GH105): 时效强化型。用于900℃以下工作的涡轮叶片。

GH4133 (GH33B): 时效强化型。GH4033的改进型，主要用于涡轮盘。

GH4141 (GH141): 时效强化型。对应国外Inconel X-750。具有优良的高温强度和抗氧化性，用于700℃以下工作的弹簧、紧固件、涡轮叶片等。

GH4163 (GH163): 时效强化型。用于850℃以下工作的燃烧室部件。

GH4169 (GH169): 最重要和应用最广泛的镍基高温合金之一。时效强化型。对应国外Inconel 718。具有优异的综合性能（高强度、良好的抗疲劳、抗氧化、耐腐蚀性），工艺性能好（可锻、可焊），用于650℃以下工作的航空发动机涡轮盘、压气机盘、环件、轴、紧固件、机匣、结构件等，也用于火箭发动机、核反应堆、石油化工等领域。

GH4202 (GH202): 时效强化型。用于900℃以下工作的导向叶片等。

GH4738 (GH738): 时效强化型。对应国外Waspaloy。具有高的蠕变强度和良好的抗氧化性，用于815℃以下工作的涡轮盘、叶片、紧固件等。

GH5188 (GH188): 固溶强化钴基合金。具有优异的抗氧化性和抗热腐蚀性，良好的冷热疲劳性能，用于980℃以下工作的导向叶片、燃烧室等。

二、 铁镍基高温合金

基体以铁镍为主（通常Ni含量≥25%）。

GH2036 (GH36): 时效强化型。用于650-700℃工作的涡轮盘、紧固件等。

GH2130 (GH130): 时效强化型。用于700-750℃工作的涡轮盘、叶片等。

GH2132 (GH132): 时效强化型。对应国外A286。具有较好的综合性能，用于650℃以下工作的涡轮盘、紧固件、承力构件等。

GH2135 (GH135): 时效强化型。GH2132的改进型，性能更高，用于700-750℃工作的涡轮盘。

GH2302 (GH302): 时效强化型。用于700℃以下工作的涡轮叶片。

GH2706 (GH706): 时效强化型。类似Inconel 718但含铁量更高，用于650℃以下工作的涡轮盘等。

GH2747 (GH747): 时效强化型。具有优良的抗氧化性和抗渗碳性，用于高温化工设备、热处理炉构件等。

GH2901 (GH901): 时效强化型。对应国外Incoloy 901。具有高的屈服强度和抗松弛能力，用于650℃以下工作的涡轮盘、轴、紧固件等。

GH2903 (GH903): 低膨胀高温合金。对应国外Incoloy 903。在较宽温度范围内具有低的热膨胀系数和恒弹性模量，用于航空发动机的环形件、机匣等需要控制间隙的部件。

GH2907 (GH907): 低膨胀高温合金。对应国外Incoloy 907。性能与GH2903类似，但抗拉强度更高。

GH2984 (GH984): 时效强化型。具有优良的抗热腐蚀性能，用于舰船和工业燃气轮机叶片等。

三、 钴基高温合金

GH5188 (GH188): 如前所述，固溶强化钴基合金。优异的抗氧化性、抗热腐蚀性和热疲劳性，用于导向叶片、燃烧室等。

GH5605 (GH605): 固溶强化钴基合金。对应国外L605 / Haynes 25。具有高的高温强度和优异的抗氧化性，用于燃烧室、导向叶片、航天器部件等。

GH6159 (GH159): 时效强化钴基合金（含Ni高）。对应国外MP35N / Co-35Ni-20Cr-10Mo。具有极高的强度、韧性和优异的耐腐蚀性（尤其耐海水、H2S环境），用于航空紧固件、弹簧、医疗器械等。

重要说明

牌号众多： 以上仅列举了部分常见和重要的牌号，实际GH牌号远不止这些（如GH2025， GH3039， GH3044， GH3128， GH4037， GH4043， GH4049， GH4090， GH4093， GH4098， GH4105， GH4133， GH4145， GH4163， GH4169， GH4199， GH4202， GH4220， GH4413， GH4500， GH4586， GH4698， GH4708， GH4710， GH4720Li， GH4738， GH4742， GH5188， GH5605， GH5941， GH6159， GH6783， GH738等等）。

对应关系： 很多GH牌号有对应的国外牌号（如Inconel, Nimonic, Waspaloy, Haynes, Incoloy等），但成分和性能指标可能存在细微差异，需查阅具体标准。

命名规则： GH后四位数字有其分类逻辑（例如前两位数字常代表不同的合金系列或强化方式），但作为使用者，主要依据标准规定的牌号来识别。

标准依据： 具体成分、性能要求、热处理制度等详细信息必须查阅最新的国家标准（GB/T 14992， GB/T 14993， GB/T 14994， GB/T 14995， GB/T 14996等）或相关行业、企业标准。

应用选择： 选择哪种GH合金取决于具体的工作温度、应力状态、环境（氧化、腐蚀）、寿命要求、工艺要求（铸造、锻造、焊接）和成本等因素。

总结： GH高温合金是一个庞大的体系，涵盖了从相对低端到顶尖性能的各类合金。了解具体牌号的特性需要查阅相应的国家标准或材料手册。在实际应用中，工程师会根据零件的服役条件和设计要求，从GH系列中挑选最合适的牌号。