GH140高温合金是一种以铁镍为基的奥氏体

GH140高温合金：性能、应用与工艺综述
一、 引言GH140高温合金是一种以铁镍为基的奥氏体型变形高温合金

。该合金在成分设计上注重

中等的持久强度

和

优异的抗氧化性能

，使其在800℃以下的工作环境中表现出色。相较于一些需要大量战略元素（如钴）的顶级高温合金，

GH140

具有成本相对较低、工艺性能良好等优点，因此在多个工业领域，特别是航空航天和能源工业中，得到了长期且广泛的应用。本文将系统阐述

GH140高温合金

的化学成分、微观组织、主要性能特点、应用领域及其关键的制备加工工艺。

二、 化学成分与微观组织

GH140高温合金

的化学成分是其优异性能的基石。其基本体系为

Fe-Ni-Cr

，通常镍含量占主导，以保证稳定的

奥氏体

基体。合金中关键强化元素包括：

• 
  
• 
  
  
  ：含量通常在20%以上，其主要作用是形成致密的
  
  Cr2O3
  
  氧化膜，提供卓越的
  
  抗氧化性能
  
  和耐燃气腐蚀能力。
• 
  
• 
  
  
  
  
  ：作为重要的固溶强化元素，它们能有效地溶解到
  
  奥氏体
  
  基体中，通过引起晶格畸变来显著提高合金的
  
  高温强度
  
  和抗蠕变能力。
• 
  
• 
  
  
  
  
  ：这两种元素是形成
  
  γ‘相
  
  的主要成分。
  
  γ‘相
  
  是一种金属间化合物，作为沉淀强化相，其数量、大小和分布直接决定了合金的强度水平。
  
  GH140
  
  中的
  
  γ‘相
  
  含量适中，使其在800℃以下能保持稳定的强化效果。
• 
  
• 
  
  
  ：与强碳化物形成元素结合，在晶界析出碳化物，有助于改善晶界强度。

经过标准的热处理制度后，

GH140合金

的典型微观组织由

γ奥氏体

基体、弥散分布的

γ‘相

、晶内和晶界分布的碳化物组成。这种多相组织共同保证了其综合性能。

三、 主要性能特点

GH140高温合金

的性能特点鲜明，主要体现在以下几个方面：

1. 
   
2. 
   
   优异的高温抗氧化性
   
   ：得益于较高的铬含量，合金在高温下能形成稳定且具有保护性的氧化层，可长期在800℃的空气中工作而不过度氧化。这是其能够应用于航空发动机和燃气轮机的关键。
3. 
   
4. 
   
   良好的力学性能
   
   ：在800℃以下，合金具有
   
   中等的持久强度
   
   、良好的抗疲劳性能和抗蠕变性能。其强度水平足以满足许多高温结构件的要求，同时保持了较好的塑性，有利于后续加工。
5. 
   
6. 
   
   出色的工艺性能
   
   ：作为
   
   变形高温合金
   
   
   GH140
   
   具有良好的
   
   热加工塑性
   
   ，能够通过
   
   热轧
   
   
   热锻
   
   等常规塑性加工方法成型为棒材、板材、丝材和锻件。此外，它也具备良好的
   
   焊接性能
   
   ，可采用氩弧焊、电子束焊等方法进行连接，焊后裂纹倾向相对较低。
7. 
   
8. 
   
   组织稳定性
   
   ：在长期时效过程中，
   
   GH140合金
   
   的微观组织较为稳定，
   
   γ‘相
   
   不易发生粗化或转化为有害相，这保证了其长期使用下的性能可靠性。

四、 应用领域

基于上述性能，

GH140高温合金

主要应用于以下领域：

• 
  
• 
  
  航空航天领域
  
  ：是制造航空发动机的关键材料之一，常用于制作
  
  燃烧室
  
  部件、
  
  涡轮盘
  
  
  机匣
  
  、导向叶片、支撑环和紧固件等非转动件或次承力件。这些部件工作在高温燃气环境中，对材料的耐热性和强度有严格要求。
• 
  
• 
  
  能源工业领域
  
  ：在燃气轮机中，用于制造
  
  涡轮叶片
  
  （尤其是静叶）、
  
  燃烧室
  
  火焰筒等高温部件。
• 
  
• 
  
  其他工业领域
  
  ：也可用于制造热处理工业中的各种高温炉辊、辐射管、马弗罐等耐热构件。

五、 关键制备与加工工艺

GH140高温合金

的制备与加工是一个精密控制的过程，主要包括：

• 
  
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  熔炼工艺
  
  ：通常采用
  
  真空感应熔炼
  
  
  电渣重熔
  
  的双联工艺。
  
  真空感应熔炼
  
  能精确控制合金成分并有效去除气体和杂质；随后的
  
  电渣重熔
  
  则能进一步净化金属、改善铸锭的结晶组织和成分均匀性，为后续
  
  热加工
  
  奠定良好基础。
• 
  
• 
  
  热加工工艺
  
  ：这是将铸锭转化为有用坯料的关键步骤。通过
  
  热锻
  
  
  热轧
  
  
  热挤压
  
  等在再结晶温度以上进行塑性变形，可以破碎粗大的铸态组织，获得均匀、细小的等轴晶粒，从而显著提高合金的力学性能。
  
  热加工
  
  的温度、变形量和变形速率需要精确控制。
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• 
  
  热处理工艺
  
  ：热处理是调整和最终确定合金微观组织与性能的核心环节。对于
  
  GH140
  
  ，标准的热处理制度通常是
  
  固溶处理
  
  
  时效处理
  
  
  固溶处理
  
  将强化相溶解到基体中，获得过饱和固溶体；随后的
  
  时效处理
  
  则促使细小的
  
  γ‘相
  
  均匀弥散析出，达到峰值强化状态。

六、 结语

总而言之，

GH140高温合金

作为一种经典的铁镍基

变形高温合金

，以其均衡的

高温强度

、卓越的

抗氧化性能

和良好的

工艺性能

，在高温材料领域占据了重要的一席之地。尽管在绝对最高使用温度上可能不及一些先进的镍基单晶高温合金，但其优异的综合性能和成本效益使其在特定的中高温应用场景中仍是不可替代的关键材料。随着制备加工技术的不断进步，其性能潜力和应用范围有望得到进一步拓展。