GH4133高温合金（对应旧牌号GH33A）是一种镍铬基沉淀硬化型变形

GH4133高温合金全面解析

概述

GH4133高温合金（对应旧牌号GH33A）是一种镍铬基沉淀硬化型变形高温合金，其使用温度在750℃以下。该合金是在GH4033合金基础上通过进一步合金化发展而成，适当提高了强化元素铝、钛含量，并添加了难熔金属铌，形成了以镍-铬固溶体为基、γ'相[Ni₃(Al,Ti,Nb)]为主要强化相的时效硬化型合金。

这种合金具有优异的综合性能，晶粒均匀细小，屈服强度高，易于热加工成形，组织稳定性良好，适合于制造航空发动机的涡轮盘和工作叶片等重要承力件。与改进型GH4133B相比，GH4133在成分和性能上略有差异，但仍然具备优良的高温强度和抗疲劳性能。

化学成分与物理特性

GH4133高温合金的化学成分经过精心设计，各元素含量范围为：碳（C）≤0.07%，硅（Si）≤0.65%，锰（Mn）≤0.35%，磷（P）≤0.015%，硫（S）≤0.007%，铬（Cr）19.00-22.00%，镍（Ni）为基体元素（含量≥50%），钴（Co）15-20%，钼（Mo）3-5%，铝（Al）0.70-1.20%，钛（Ti）2.50-3.00%，铌（Nb）1.15-1.65%，硼（B）≤0.010%，铈（Ce）≤0.010%。

该合金的物理参数包括：密度约为8.21g/cm³，无磁性，热导率在100-800℃范围内为10.5-27.6 W/（m·k），线胀系数（25-800℃）为16.6×10⁻⁶/k。其弹性模量随温度升高而下降，20℃时约为223GPa，600℃时降至190GPa，700℃时进一步降至183GPa。

力学性能

GH4133合金在室温下具有优异的力学性能，抗拉强度≥1100MPa，屈服强度≥800MPa，延伸率≥15%。在高温环境下，该合金仍能保持良好的性能表现，700℃时抗拉强度≥750MPa，持久强度（700℃/450MPa）≥100h。

该合金的高温蠕变性能良好，700℃下稳态蠕变速率＜5×10⁻⁷/s。其高周疲劳极限（700℃，R=-1，10⁷次循环）可达400MPa以上。不过，合金在700℃以上的持久塑性偏低，且具有一定的缺口敏感性。

性能特点

高温稳定性是GH4133合金的突出优势。该合金在750℃以下能够保持稳定的组织结构，具有良好的抗氧化性能，其抗氧化温度可达800℃（依赖Cr₂O₃保护膜）。合金的耐腐蚀性能适用于航空燃油环境，但抗硫化性能相对较弱。

该合金具有优良的热加工性能，易于热加工成形。其锻造温度范围为1120-1180℃，终锻温度需≥900℃。需要注意的是，热加工时应避免在γ'相析出区间（750-950℃）停留，以免影响材料性能。

在焊接性能方面，GH4133合金的焊接性较差，仅限于真空电子束焊或氩弧焊，并且需要进行焊后热处理。

热处理工艺

GH4133合金的标准热处理制度根据产品形式有所不同。对于盘形锻件，通常采用1080℃±10℃保温8小时空冷+750℃±10℃保温16小时空冷的工艺。对于棒材，可采用（1070-1090）℃保温（8-8.5）小时空冷+（740-760）℃保温（16-16.5）小时空冷的工艺。

热处理过程中需要严格控制工艺参数，避免时效温度过高（＞800℃）导致γ'相粗化，从而影响合金的性能。适当的热处理可以确保γ'相均匀析出，优化合金的微观结构和力学性能。

应用领域

在航空航天领域，GH4133合金被广泛应用于航空发动机涡轮盘、叶片、承力环等重要承力部件。该合金已用于制造多种型号航空发动机的涡轮盘和工作叶片，特别适用于工作温度在750℃以下的环境。此外，它还用于制造飞机发动机的高温螺栓和拉杆等部件。

在工业领域，GH4133合金用于制造燃气轮机的低压涡轮部件、工业汽轮机的高温部件等。在石化、核能等领域，该合金凭借其良好的抗蠕变性能和抗应力松弛能力，被用于制造高温环境下的关键设备部件。

总结

GH4133高温合金以其优异的高温强度、良好的抗氧化性能和热加工性能，在航空航天和工业领域发挥着重要作用。尽管与改进型GH4133B相比，其在最高使用温度、高温强度等方面略有差距，但凭借其成熟的工艺和稳定的性能，仍然是一种重要的高温合金材料。

随着材料技术的不断发展，通过激光冲击强化等表面处理技术，可以进一步提高GH4133合金的疲劳性能和使用寿命。该合金在700℃以上长期使用时，需要注意监控η相（Ni₃Ti）在晶界上析出的风险，以确保材料长期服役的可靠性。