K402（K2）镍基铸造高温合百科

K402（通常称为K2）是一种镍基铸造高温合金。它属于第一代定向凝固高温合金，是中国自主研发并在航空航天等领域广泛应用的重要材料。

主要特性

K402合金的设计目标是在高温下（约900-1100°C） 承受高应力，并具备优异的抗氧化和抗热腐蚀性能。其核心特性如下：

优异的高温强度与抗蠕变性：

通过添加高含量的钨（W）、钼（Mo）、铝（Al）、钛（Ti） 等强化元素，形成坚固的γ‘相（Ni₃(Al, Ti)）进行沉淀强化。

含有碳化物形成元素（如铬、钨），晶界上析出的碳化物能有效阻碍晶界滑移，提升高温持久和蠕变性能。

良好的抗氧化和抗热腐蚀能力：

含有较高比例的铬（Cr），能在合金表面形成致密且附着力强的Cr₂O₃氧化膜。

添加了钇（Y） 等稀土元素，进一步改善氧化膜的粘附性和稳定性，显著提升在高温燃气环境下的耐腐蚀寿命。

组织稳定性好：

在长期高温服役过程中，其主要的强化相γ‘相不易粗化或转化为有害相（如拓扑密堆相），能保持性能的稳定。

采用定向凝固工艺：

K402通常采用定向凝固（DS）或单晶（SC） 工艺铸造。这种工艺消除了横向晶界，使零件全部由平行于主应力轴的柱状晶或单个晶体构成，从而极大地提高了高温抗蠕变性能和热疲劳性能。

化学成分（典型范围，wt.%）

各生产厂家的具体成分可能略有调整，但大体范围如下：

镍（Ni）： 余量

铬（Cr）： 约 8.0-10.0

钴（Co）： 约 9.0-11.0

钨（W）： 约 9.0-11.0

钼（Mo）： 约 1.0-2.0

铝（Al）： 约 4.5-5.5

钛（Ti）： 约 1.0-2.0

钽（Ta）： 约 2.5-3.5

铪（Hf）： 少量添加（改善塑性）

碳（C）、硼（B）、锆（Zr）、钇（Y）： 微量添加（净化晶界、强化效果）

铁（Fe）： ≤ 0.5

主要应用领域

由于其卓越的高温性能，K402合金主要用于制造航空发动机和燃气轮机中最关键、最苛刻的热端部件，例如：

涡轮导向叶片

涡轮工作叶片（尤其是采用定向/单晶工艺的叶片）

其他在高温燃气中承受高负荷的静止或转动部件。

总结

K402（K2）是一种高性能的镍基定向凝固高温合金。其核心特点是：通过合金化和定向凝固工艺，实现了在约1000°C级别高温下出色的强度、抗蠕变、抗氧化和抗热腐蚀的综合平衡，是现代先进航空发动机不可或缺的关键材料之一。