GH105高温合金百科解析 (GB/T 14992)

GH105高温合金百科解析 (GB/T 14992)

一、 定义与概述

GH105 (对应旧牌号：GH1045) 是中国国家标准GB/T 14992《高温合金牌号》中规定的一种铁-镍-铬-钴基沉淀硬化型变形高温合金。它属于高性能高温合金家族中的一员，专为在中高温（约600°C - 850°C） 下承受高应力的环境而设计，尤其在要求优异的高温强度、持久性能和抗氧化性能的场合表现出色。

二、 核心化学成分 (关键元素%)

镍 (Ni)： 约35%，构成合金基体的核心，提供良好的高温稳定性和组织基础。

铬 (Cr)： 约15%，赋予合金关键的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。

钴 (Co)： 约20%，显著提升合金的固溶强化效果和高温持久强度。

钼 (Mo)： 约5%，提供显著的固溶强化作用，增强高温蠕变抗力。

铝 (Al)： 约2%，是形成γ' [Ni3(Al, Ti)] 强化相的主要元素之一。

钛 (Ti)： 约3%，与铝共同形成γ'强化相，实现沉淀硬化。

铁 (Fe)： 余量，作为基体的重要组成部分。

碳 (C)、硼 (B)、锆 (Zr)、铈 (Ce)： 微量添加，主要起晶界强化、净化晶界和改善热加工性能的作用。

三、 核心性能特点

卓越的高温强度与持久性能：

通过γ' [Ni3(Al, Ti)] 相在基体中的弥散沉淀，产生显著的沉淀硬化效果。

在700°C - 850°C温度区间内，展现出优异的高温拉伸强度和持久强度（如750°C下持久强度可达约300 MPa / 100小时级别）。

具有优异的抗蠕变能力，能够在高温长期载荷下保持尺寸稳定性和结构完整性。

优异的抗氧化性能：

高铬含量使其在高温空气环境中能形成致密、稳定且附着力强的Cr2O3保护膜。

在850°C以下具有良好的抗氧化能力，满足航空发动机等部件在氧化气氛中长期工作的要求。

良好的热疲劳性能：

能够承受由于温度剧烈或周期性变化引起的热应力，抵抗热疲劳裂纹的产生和扩展。

较好的组织稳定性：

在长期高温服役过程中，其微观组织（特别是γ'相）相对稳定，性能衰减较慢。

四、 典型应用领域

GH105合金凭借其出色的综合高温性能，主要应用于航空航天领域的高温关键部件：

航空发动机： 是其主要应用领域。常用于制造涡轮导向叶片、燃烧室部件、加力燃烧室零部件、紧固件等需要在高温下承受高应力的关键部件。

燃气轮机： 用于制造高温热端部件，如导向叶片、燃烧室火焰筒等。

其他高温环境： 如高性能柴油机排气阀、核能工业中的某些高温部件等。

五、 材料加工与热处理

热加工： 具有良好的热塑性，可采用锻造、轧制等工艺成形。热加工温度范围通常在1050°C - 1180°C之间。

冷加工： 可在固溶状态下进行一定程度的冷加工（如冷轧、冷拔），但变形抗力较大。

热处理： 采用“固溶处理 + 时效处理”以获得最佳性能。

固溶处理： 通常在1150°C - 1200°C范围内进行，保温后快速冷却（如水淬），目的是溶解主要强化相（γ'），得到过饱和固溶体。

时效处理： 在700°C - 850°C范围内进行长时间保温（通常十几到数十小时），目的是使细小的γ'相均匀、弥散地从过饱和固溶体中析出，达到沉淀强化的效果。具体的时效温度和时间取决于对强度和塑性的综合要求。

六、 总结

GH105 (GB/T 14992) 是一种重要的铁-镍-铬-钴基沉淀硬化型高温合金。它以γ'相为主要强化手段，在700°C - 850°C的中高温区间内展现出优异的高温强度、持久强度、抗蠕变能力、抗氧化性能和热疲劳性能。这些特性使其成为制造航空发动机、燃气轮机等高端装备中高温关键部件（如涡轮导向叶片、燃烧室部件）的理想材料。其性能可通过精确控制的热处理工艺（固溶+时效）进行优化。

应用案例补充： 在国产某型涡扇发动机中，GH105合金被成功应用于高压涡轮导向叶片，在高温燃气冲刷环境下可靠工作，其性能可满足设计要求，是高温部件国产化的重要材料之一，有时可作为GH3044等合金的替代选择。

镍铬合金种类繁多，应用广泛，尤其是在高温、耐腐蚀和电阻电热领域。主要牌号体系包括国际通用的商业牌号（如Inconel, Hastelloy, Nichrome等）和一些国家/行业标准牌号（如ASTM, UNS, DIN, GB等）。

以下是上海商虎一些常见且重要的镍铬合金牌号及其主要应用领域：

一、高温合金与耐蚀合金 (主要基于镍，铬是关键合金元素)

这些合金通常具有优异的高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性，广泛应用于航空航天、能源、化工等领域。

Inconel 系列 (Special Metals Corporation)

Inconel 600 (UNS N06600): Ni-15.5Cr-8Fe。优异的耐高温氧化和耐腐蚀性，广泛用于热处理、化工、核工业。

Inconel 601 (UNS N06601): Ni-23Cr-14Fe-1.4Al。非常高的抗氧化性（尤其抗循环氧化），高温强度好。用于高温热处理炉、燃气轮机部件。

Inconel 617 (UNS N06617): Ni-22Cr-12.5Co-9Mo-1.2Al。极高的高温强度和抗氧化性，用于燃气轮机燃烧室、高温化工部件。

Inconel 625 (UNS N06625): Ni-21.5Cr-9Mo-3.6Nb。极其优异的耐腐蚀性（尤其是点蚀、缝隙腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂）和高温强度。应用极广：海洋、化工、航空航天。

Inconel 690 (UNS N06690): Ni-30Cr-9Fe。极高的铬含量，对氧化性介质（如硝酸、高温水）和应力腐蚀开裂（尤其核电站一回路水环境）有极佳抵抗力。主要用于核电。

Inconel 718 (UNS N07718): Ni-19Cr-18.5Fe-5.1Nb-3Mo-0.9Ti-0.5Al。最广泛使用的高强度高温合金，时效硬化，用于喷气发动机、燃气轮机关键高温承力部件。

Inconel X-750 (UNS N07750): Ni-15.5Cr-7Fe-2.5Ti-1Nb-0.7Al。时效硬化合金，高温强度好，用于弹簧、紧固件、燃气轮机部件。

Hastelloy 系列 (Haynes International)

Hastelloy C-276 (UNS N10276): Ni-15.5Cr-16Mo-5.5Fe-4W。万能耐蚀合金，对氧化性和还原性酸、混合酸、卤化物（Cl⁻, F⁻）及局部腐蚀有极佳抵抗力。化工、环保、烟气脱硫核心材料。

Hastelloy C-22 (UNS N06022): Ni-22Cr-13Mo-3Fe-3W。比C-276更优的耐点蚀/缝隙腐蚀能力和热稳定性。应用同C-276，要求更高时选用。

Hastelloy X (UNS N06002): Ni-22Cr-18.5Fe-9Mo-1.5Co-0.6W。优异的高温强度和抗氧化性，用于燃气轮机燃烧室部件、工业炉。

其他重要高温/耐蚀镍铬合金

Nimonic 系列 (如75, 80A, 90, 105, 115, 263等): 英国发展的高温合金系列，主要基于Ni-Cr，添加Co, Ti, Al进行时效硬化。主要用于航空发动机涡轮叶片、盘、环等。

Waspaloy (UNS N07001): Ni-19.5Cr-13.5Co-4.3Mo-1.4Al-3Ti。高强度时效硬化合金，用于高温紧固件、涡轮盘、叶片。

Alloy 800/800H/800HT (UNS N08800/N08810/N08811): 通常归类为铁镍基合金（Fe~32Ni-21Cr），但铬含量高，性能接近镍基合金。优异的耐高温氧化和渗碳，广泛用于石化裂解炉管、换热器。

Alloy 330 (UNS N08330): Fe-35Ni-19Cr。铁镍基合金，高温强度和抗渗碳性优异，用于工业炉部件、热处理设备。

RA330 (等效于Alloy 330): 常用商品名。

Monel K-500 (UNS N05500): Ni-30Cu-1.5Al-0.6Ti (含~0.5Cr)。虽然以铜为主，但含少量铬，时效硬化，强度高，耐海水腐蚀。用于海洋工程、泵轴、阀门。

二、电阻电热合金

这类合金要求高电阻率、低电阻温度系数、良好的高温抗氧化性和足够的高温强度。

Nichrome (镍铬) 系列

NiCr 80/20 (如Nichrome A, C): Ni-20Cr。最经典的电阻电热合金，电阻率高，抗氧化性好，工作温度可达~1150°C。广泛用于电炉丝、加热元件、电阻丝。

NiCr 70/30 (如Nichrome B): Ni-30Cr。比80/20更高的电阻率和抗氧化温度（~1200°C），但加工性稍差。

NiCr 60/15 (如Nichrome D): Ni-15Cr-25Fe。含铁量高，成本较低，抗氧化性和工作温度（~1050°C）稍低于80/20，用于要求稍低的加热元件。

Cr20Ni80, Cr30Ni70 (中国GB牌号): 分别对应NiCr80/20和NiCr70/30。

Cr15Ni60 (中国GB牌号): 对应NiCr60/15。

三、其他特殊用途镍铬合金

磁性合金

Permalloy (坡莫合金) 系列 (如80 Permalloy): Ni-~80Fe-~5Mo (含少量Cr或其他元素)。高磁导率、低矫顽力的软磁合金，用于变压器铁芯、磁屏蔽等。部分牌号含少量铬。

Elinvar, Invar (殷钢): 恒弹性模量合金和低膨胀合金（Fe-36Ni），有时也含铬调整性能。

焊接材料

ERNiCr-3 (如Inconel 82焊丝): 用于焊接600合金等。

ERNiCrFe-7A (如Inconel 617焊丝): 用于焊接617合金等。

ERNiCrMo-3 (如Hastelloy C-276焊丝): 用于焊接C-276合金等。

ENiCrFe-2/-3/-4 (镍铬铁焊条): 用于焊接镍基合金、不锈钢等。

选择镍铬合金牌号的关键因素

工作温度: 高温强度、蠕变强度、抗氧化性。

腐蚀环境: 介质类型（酸、碱、盐、氧化性/还原性）、浓度、温度、是否存在点蚀/缝隙腐蚀/应力腐蚀开裂风险。

力学性能要求: 强度、韧性、硬度（室温及高温）。

物理性能要求: 电阻率、热膨胀系数、磁性等。

加工性能: 铸造、锻造、焊接、机加工性能。

成本: 不同合金成本差异巨大。

总结

镍铬合金牌号极其多样，从Inconel, Hastelloy, Nimonic等高性能高温耐蚀合金，到Nichrome等经典的电阻电热合金，再到磁性合金、焊接材料等，涵盖了极其广泛的应用领域。具体选择哪一个牌号，必须紧密结合具体的应用环境（温度、应力、介质）和性能要求进行综合评估。

如果你有特定的应用场景（比如需要耐什么腐蚀、工作温度是多少、承受什么载荷），我可以帮你推荐更具体的牌号范围。