K403（K3）镍基合金百科

K403（又名K3）是一种铸造镍基高温合金，在中国高温合金体系中具有重要地位。它是在前苏联ЖС6К合金的基础上发展而来的，是我国自主研发的第一代定向凝固和单晶高温合金的母合金。

主要特性

K403合金的设计目标是在高温（900-1000°C）下具有极高的强度和良好的综合性能。其核心特性如下：

优异的高温强度与蠕变抗力

通过加入大量的铝（Al）、钛（Ti）形成强化相γ‘相（Ni₃(Al, Ti)），体积分数很高，使其在高温下具有极高的抗拉强度和出色的抗蠕变性能。

适合在高温高应力下长期工作，是制造涡轮叶片等热端部件的理想材料。

良好的抗氧化和抗热腐蚀性能

合金中含有一定量的铬（Cr）和铝（Al），能在表面形成致密、附着力强的氧化膜（主要是Cr₂O₃和Al₂O₃），有效抵抗高温氧化和燃气中的热腐蚀（如硫酸盐引起的腐蚀）。

组织稳定性和使用温度高

在长期高温使用过程中，组织相对稳定，有害相（如拓扑密排相TCP）不易析出，保证了长期使用的可靠性。

最高工作温度可达约1000°C，长期使用温度在900-980°C 范围。

铸造性能

作为一种典型的铸造合金，它具有较好的铸造流动性，适合制造形状复杂的空心气冷涡轮叶片和导向叶片。通常采用熔模精密铸造工艺生产。

化学成分（典型值，wt%）

镍（Ni）： 余量

铬（Cr）： 10.0-12.0

钴（Co）： 4.5-6.0

钨（W）： 4.8-5.5

钼（Mo）： 3.8-4.5

铝（Al）： 5.3-5.9

钛（Ti）： 2.3-2.9

碳（C）： 0.10-0.18

硼（B）： 0.012-0.025

锆（Zr）： 0.03-0.08

其他： 铁（Fe）、硅（Si）、锰（Mn）、硫（S）、磷（P）等杂质元素含量很低。

主要应用领域

由于其卓越的高温性能，K403主要用于制造：

航空发动机和燃气轮机的涡轮工作叶片和导向叶片。

其他在高温、高应力环境下工作的关键部件。

需要注意的局限性

难以塑性加工和焊接： 合金化程度极高，非常硬且脆，无法进行锻造、轧制等热塑性加工。焊接性能也很差，通常不进行焊接修复，一般采用钎焊或更换部件。

密度较高： 相比一些新型高温合金，其密度偏大，对追求减重的先进发动机设计不利。

成本高昂： 含有大量稀缺战略金属（如钴、钨），且铸造工艺复杂，成本很高。

牌号对应关系

中国国标（GB）： K403

旧称/俗称： K3（在工厂和行业内广泛使用，但并非标准牌号）

类似合金： 在性能和应用上，它与美国的IN-100、苏联的ЖС6К 合金属于同一级别。

总结

K403（K3）是一种高性能的铸造镍基高温合金，以其在900-1000°C区间内极高的强度和良好的抗腐蚀性著称，是我国第一代航空发动机涡轮叶片的核心材料。它专为铸造复杂形状的高温部件而设计，但同时也具有难以加工、密度大和成本高的特点。