GH39奥氏体固溶强化型高温合金百科解析

GH39奥氏体固溶强化型高温合金百科解析

一、 概述与定义

GH39是一种经典的铁-镍-铬基奥氏体固溶强化型高温合金。它源于前苏联的ЭИ602合金体系，在我国的旧牌号体系中归属于GH系列（“GH”意为“高温合金”），是其早期发展的重要代表之一。该合金通过在铁镍铬奥氏体基体中添加大量的钨、钼等元素进行固溶强化，使其在高温（600-900°C）下具备优异的强度、良好的抗氧化和抗燃气腐蚀性能。

作为一种固溶强化合金，GH39不依赖于γ‘相（Ni₃(Al, Ti)）等第二相进行沉淀强化，因此其组织稳定性高，工艺性能（如焊接性、冷热加工性）优于沉淀强化型合金。它主要用于制造航空发动机、工业燃气轮机中承受中等载荷、工作温度较高的关键热端部件。

二、 主要化学成分

GH39合金的化学成分设计是其性能的基础。其核心在于：

基体元素：镍 (Ni) 和 铬 (Cr) 共同构成了稳定的面心立方奥氏体基体。高镍含量保证了基体的高温稳定性和抗蠕变能力；高铬含量则提供了优异的抗氧化和抗热腐蚀能力。

固溶强化元素：钨 (W) 和 钼 (Mo) 是主要的固溶强化元素。这些原子半径大的元素大量溶入奥氏体基体中，造成严重的晶格畸变，有效地阻碍位错运动，从而显著提高合金的再结晶温度和高温强度，特别是抗蠕变性能。

碳 (C)：含量较低，主要与铬形成碳化物（如Cr₂₃C₆），分布于晶界，起到一定的强化作用，但需严格控制其含量以避免过多消耗铬而损害耐蚀性。

微量元素：如锰 (Mn)、硅 (Si)、磷 (P)、硫 (S) 等均被视为杂质元素，其含量被严格限制，以确保合金的纯净度和综合性能。

其典型化学成分范围（重量百分比%）为：C ≤0.08, Cr 19.0-22.0, Ni 35.0-40.0, W 4.0-5.5, Mo 2.5-3.5, Mn ≤0.70, Si ≤0.80, P ≤0.025, S ≤0.020, Fe 余量。

三、 核心性能特点

优异的高温强度：在750-950°C温度范围内，GH39合金具有较高的瞬时强度和出众的抗蠕变强度。这使其能够长时间在该温度区间内承受一定的应力而不会发生过度的变形。

良好的抗氧化性：高铬含量使其表面能形成一层致密且附着性好的Cr₂O₃氧化膜，有效阻隔氧向内扩散，从而在1000°C以下的空气介质中具有出色的抗氧化能力。

出色的热疲劳性能：奥氏体基体本身具有良好的塑性和韧性，加之其线膨胀系数较高，使得GH39合金在冷热循环条件下能够较好地抵抗热应力的冲击，抗热疲劳性能良好。

优秀的工艺性能：

热加工性：具有良好的锻造、轧制性能，热加工温度范围较宽。

冷加工性：由于是单相固溶体，其冷加工硬化倾向虽较明显，但仍可进行冷轧、冷拔等成形操作。

焊接性：焊接性能良好，可采用氩弧焊、点焊等多种方法进行焊接，焊后裂纹倾向较低。

四、 热处理制度

GH39合金的热处理制度相对简单，核心是固溶处理。

目的：将合金在高温下加热保温，使强化元素（W、Mo等）充分溶解到奥氏体基体中，形成均匀的过饱和单相固溶体，然后快速冷却（通常是水冷）将这种状态固定下来，从而获得强度、塑性和耐蚀性的最佳配合，同时消除加工硬化和焊接应力。

典型工艺：加热至1130-1170°C，保温一段时间（根据零件截面尺寸而定），然后进行快速水冷。

该合金在使用状态下为全奥氏体组织，不随后续 aging（时效）处理。

五、 主要应用领域

基于其性能特点，GH39合金被广泛应用于制造以下产品：

航空航天领域：早期和现役一些航空喷气发动机的燃烧室火焰筒、加力燃烧室壳体、导向器叶片、涡轮外环、隔热屏、尾喷管等高温部件。

能源工业领域：工业燃气轮机的燃烧室部件、高温管道、过渡段等。

其他工业领域：高温炉的辐射管、马弗罐、高温热夹具等。

六、 总结与展望

GH39合金作为我国高温合金发展史上的一个里程碑式的牌号，以其可靠的性能、成熟的工艺和相对较低的成本，在多个重要领域发挥了长期而关键的作用。它代表了固溶强化型高温合金的经典设计思路。

尽管随着技术进步，出现了许多性能更高（特别是承温能力）的新型高温合金（如粉末冶金合金、单晶合金等），但GH39及其改进型合金因其优异的综合性价比和工艺成熟度，在中高温段的应用中依然占有一席之地。它不仅是了解高温合金学科的典型范例，也是许多高温装备中不可或缺的基础材料。

一、 镍基高温合金

这是其产品系列中最核心的部分，种类最全，应用最广。

GH系列（国标牌号）:

GH3030 (GH30): 固溶强化型，800℃以下有良好的抗氧化和热强度，用于燃烧室部件。

GH3039 (GH39): 固溶强化型，用于900℃以下的燃烧室、加力燃烧室等。

GH3044 (GH44): 固溶强化型，抗氧化性好，用于950℃以下的燃烧室和涡轮部件。

GH3128 (GH128): 固溶强化型，具有高的塑性和良好的冲压、焊接性能，用于950℃以下的火焰筒、壳体等。

GH3536 (哈氏合金B-2): 优异的耐盐酸、硫酸腐蚀和抗应力腐蚀开裂能力，用于化工环境。

GH3625 (Inconel 625): 强度高，耐氧化和腐蚀性能优异，应用极其广泛，从航空航天到海洋、化工。

GH4169 (Inconel 718): 王牌产品，沉淀强化型，在-253℃到700℃温度范围内具有良好的综合性能，广泛应用于航空发动机涡轮盘、压气机盘、叶片、机匣等关键部件。

GH4099 (Inconel 699): 高铬含量，具有优良的高温抗氧化和抗腐蚀性能。

GH4133 (GH33): 沉淀强化型，用于750℃以下的涡轮叶片、涡轮盘等。

GH4145 (Inconel X-750): 沉淀强化型，具有良好的耐腐蚀、抗氧化性能和高温强度，用于弹簧、密封环等。

GH4180 (GH80): 类似Nimonic 80A，用于燃气轮机叶片。

国外对应牌号:

Inconel 600, 601, 625, 718, X-750

Hastelloy B-2, B-3, C-22, C-276, X (虽然哈氏合金更侧重于耐蚀合金，但因其高镍含量和高温性能，也常被归入此类)

Nimonic 75, 80A

Alloy 20 (CN3MN, 20号合金): 优异的耐硫酸腐蚀性能。

二、 铁镍基高温合金

GH系列:

GH1015, GH1016: 固溶强化型，抗氧化性好，用于制造850℃以下的燃烧室和加热炉构件。

GH1131 (GH131): 固溶强化型，用于制造850~1000℃的燃烧室部件。

GH2036, GH2132 (A-286): 沉淀强化型，用于650℃~700℃的涡轮盘、紧固件等。

GH2135 (GH135)

GH2747: 具有极佳的高温抗氧化性，适用于高温炉辊、炉管等。

三、 钴基高温合金

国标牌号: GH5188 (GH188, 对应Haynes 188)

特点：在高达1100℃的温度下仍具有优异的强度和抗氧化性，耐热腐蚀和耐磨性好。用于燃气轮机喷嘴、导向叶片等。

四、 耐蚀合金

虽然不完全等同于高温合金，但因其成分和性能有重叠，商虎也大量经营。

Monel 400, K500 (蒙乃尔合金): 优异的耐海水和酸碱腐蚀能力。

Incoloy 800, 800H, 825, 925 (因科洛伊合金): 良好的综合耐腐蚀和力学性能。

哈氏合金系列 (如上所述)。

总结表格（部分常见牌号）

商虎/国标牌号 近似美标牌号 主要特点和应用

GH4169 Inconel 718 应用最广，700℃以下高强度，用于涡轮盘、叶片等。

GH3625 Inconel 625 高强度，耐腐蚀抗氧化，应用广泛。

GH4145 Inconel X-750 高温弹簧、密封环、紧固件。

GH3536 Hastelloy B-2 耐盐酸、硫酸腐蚀。

GH2132 A-286, S66286 铁镍基，650℃~700℃的涡轮盘、紧固件。

GH5188 Haynes 188 钴基，1100℃下抗氧化，用于导向叶片、喷嘴。

Alloy C-276 Hastelloy C-276 极佳的耐点蚀、缝隙腐蚀能力。

Alloy 20 Carpenter 20, CN3MN 优异的耐硫酸腐蚀，化工阀门、泵。

如何获取最准确的信息？

访问官方网站：搜索“上海商虎合金集团”或“上海商虎特种合金”，在其官网的“产品中心”通常可以找到最全的牌号列表和产品形态（棒、板、管、丝等）。

直接联系：由于其库存和代理关系可能动态变化，最可靠的方式是直接联系其销售或技术部门，告知您的具体需求（如牌号、规格、标准、用途），他们会提供最准确的现货或订货信息。

希望这份详细的列表能帮助到您！