GH131高温合金百科介绍

GH131高温合金百科介绍#上海商虎有色金属有限公司#

GH131（对应国标牌号：GH3131）是一种以铁镍为基体、采用固溶强化机制的奥氏体型高温合金。它在800℃以下的中高温环境中展现出优异的综合性能，尤其以出色的高温强度、良好的抗氧化和耐腐蚀能力著称，是航空航天、能源动力等领域关键热端部件的核心材料之一。

核心特性：

卓越的高温强度与持久性能： 通过钼（Mo）、钨（W）等难熔元素的固溶强化，GH131在650℃~800℃温度区间内能保持很高的抗拉强度和优异的抗蠕变、抗持久断裂能力，满足高温长时服役的严苛要求。

优异的抗氧化与耐腐蚀性： 含有较高比例的铬（Cr），使其在高温空气环境中能形成致密、稳定的氧化铬（Cr₂O₃）保护膜，有效抵抗氧化和多种含硫、氯等腐蚀性气体的侵蚀。

良好的冷热加工塑性： 相比部分沉淀强化型高温合金，GH131在固溶状态下具有较好的冷、热加工成形能力，便于制造形状复杂的零件。

良好的焊接性能： 可采用氩弧焊、点焊、缝焊等多种方式进行焊接，焊接接头性能良好。

主要化学成分（关键元素）：

基体： 镍（Ni）、铁（Fe）

主要强化元素： 铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W） - 提供固溶强化，显著提升高温强度和蠕变抗力。

微量元素： 铝（Al）、钛（Ti）、碳（C）、硼（B）、铈（Ce）等 - 铝、钛有助于形成少量强化相并改善抗氧化性；硼、铈等主要起净化晶界、改善热加工性和持久性能的作用。

典型应用领域：

航空航天发动机： 是其在800℃以下工作的关键热端部件的理想选择，广泛应用于：

燃烧室部件（火焰筒、燃烧室壳体）

加力燃烧室零部件

导向叶片（部分型号）

涡轮外环、密封环、支架等高温承力结构件

燃气轮机： 燃烧室火焰筒、过渡段、喷嘴等高温部件。

能源与化工设备： 高温炉管、炉辊、辐射管、热处理夹具、高温阀门部件、核电设备中某些特定部件等，要求耐高温氧化和一定强度的场合。

其他工业领域： 需要承受高温、应力和腐蚀环境的特殊零部件。

加工与制造要点：

热加工： 热塑性良好，适宜锻造、轧制等工艺。开锻温度通常为1140℃~1180℃，终锻温度不低于900℃。需注意控制变形量和冷却速度，避免裂纹。

冷加工： 固溶状态下具有良好的冷成形性（如冲压、旋压、弯曲），但加工硬化速率较快，中间可能需要安排退火处理。

焊接： 推荐采用氩弧焊（TIG/MIG）、电子束焊等方法。焊前需严格清洁，焊后一般需进行固溶处理以恢复接头性能。

热处理： 主要采用固溶处理（典型温度范围1100℃~1180℃，根据具体要求和材料规格调整），随后快速冷却（水冷或空冷），以获得均匀的奥氏体单相组织，达到最佳的综合性能。时效处理通常不作为GH131的必需工序。

总结：GH131高温合金凭借其在800℃以下优异的强度、抗氧化性、耐蚀性以及良好的工艺性能，成为制造航空发动机、燃气轮机等高端装备关键热端部件的基石材料之一。其铁镍基固溶强化的特性，平衡了性能、成本与加工性的需求，在高温材料领域占据着不可替代的重要地位。在选材时，需根据具体服役温度、应力水平和环境因素进行综合考量。

钴基高温合金因其优异的高温强度、耐腐蚀性（特别是抗氧化和硫化）和抗热疲劳性能，在极端高温环境（如喷气发动机、燃气轮机、化工设备）中应用广泛。以下是上海商虎有色金属有限公司一些主要的钴基高温合金牌号，按铸造和变形两大类列出：

一、铸造钴基高温合金

这些合金通常用于制造形状复杂、承受极高温度的部件，如涡轮导向叶片。

Haynes X-40 (AMS 5380, ASTM A567):

成分：Co-25Cr-10Ni-7.5W-0.5C (wt%)

特点：经典的铸造合金，具有良好的铸造性能、中高温强度和优异的抗氧化性（至约980°C）。成本相对较低。

应用：涡轮导向叶片、喷嘴环、工业炉部件。

Haynes X-45 (AMS 5386):

成分：Co-25Cr-10Ni-7.5W-0.25C-0.2Zr (wt%)

特点：X-40的改进型，通过降低碳含量和添加锆，提高了长期高温组织稳定性和抗热疲劳性能。

应用：涡轮导向叶片、喷嘴环、高温紧固件。

Mar-M 509 (AMS 5389):

成分：Co-23Cr-10Ni-7W-3.5Ta-0.6C-0.2Zr (wt%)

特点：通过添加钽(Ta)进行碳化物强化，具有非常高的高温强度（尤其在760°C以上）和优异的抗热腐蚀性能。

应用：涡轮导向叶片（特别是要求更高强度的场合）。

Mar-M 302 (AMS 5388):

成分：Co-21.5Cr-10Ni-7.5W-3.5Ta-0.5C-0.2Zr (wt%) - 与Mar-M 509类似，具体成分可能有微小调整。

特点：与Mar-M 509性能相近，高温强度高。

应用：涡轮导向叶片。

FSX-414 (AMS 5378):

成分：Co-29.5Cr-10.5Ni-7W-0.25C (wt%)

特点：高铬含量带来极佳的抗氧化和抗热腐蚀性能，尤其在含硫环境中。强度和铸造性能略低于X-40。

应用：工业燃气轮机导向叶片、化工裂解管、高温阀门。

WI-52 (AMS 5390):

成分：Co-21Cr-11Ni-4W-2Ta-1.5Zr-0.45C (wt%)

特点：通过钽和锆强化，具有很高的高温蠕变强度。

应用：涡轮导向叶片。

二、变形（锻造/轧制）钴基高温合金

这些合金通常用于制造板材、棒材、线材、锻件等，应用于燃烧室、火焰筒等部件。

Haynes 25 / L-605 (AMS 5537, AMS 5759, UNS R30605):

成分：Co-20Cr-15W-10Ni-1.5Mn-0.1C (wt%)

特点：应用最广泛的变形钴基合金之一。在高达1095°C具有优异的抗氧化性，良好的成形性和焊接性，中等强度。通过冷加工可显著提高强度。

应用：喷气发动机燃烧室、火焰筒、尾喷管、燃气轮机过渡段、高温弹簧、紧固件、化工设备。

Haynes 188 (AMS 5608, UNS R30188):

成分：Co-22Cr-22Ni-14W-1.5Mn-0.9La-0.1C (wt%) - 添加了镧(La)改善氧化膜粘附性。

特点：在高温（980-1100°C）下具有极佳的抗氧化性、良好的抗热腐蚀性和优异的抗热疲劳性能。强度和蠕变性能优于Haynes 25。成形性和焊接性好。

应用：燃烧室衬套、火焰稳定器、加力燃烧室、高温热交换器、工业炉部件。

UMCo-50 (Haynes 150):

成分：Co-27Cr-5Fe-0.05C (wt%) - 基本不含镍和钨。

特点：高铬含量带来卓越的抗氧化性（至1150°C）和抗硫化性能。强度较低，但抗热疲劳和抗热冲击性能优异。焊接性好。

应用：工业炉辊、热处理夹具、辐射管、玻璃工业模具、化工设备。

S-816 (AMS 5790):

成分：Co-20Cr-20Ni-4Mo-4W-4Nb-4Fe-0.4C (wt%) - 成分复杂，多种元素强化。

特点：通过多种元素（Mo, W, Nb, C）的固溶和碳化物强化，在高温下（约760°C）具有很高的强度和蠕变强度。但加工性较差，焊接困难。

应用：高温紧固件、涡轮叶片（早期应用）、阀门。

MP35N / MP159 (UNS R30035):

成分：Co-35Ni-20Cr-10Mo (wt%) - 实际上是钴-镍-铬-钼合金，但常归类为钴基合金。

特点：通过冷加工和时效处理能达到极高强度（强度是普通不锈钢的3-4倍）和优异的耐腐蚀性（接近镍基合金C-276）。抗应力腐蚀开裂性能好。生物相容性良好。

应用：高强度紧固件、弹簧（如航空、医疗）、深海设备、医疗器械（人工关节、骨科植入物、心脏起搏器导线）、化工设备。

主要合金元素的作用

钴(Co): 基体，提供固溶强化基础，高温下保持面心立方(FCC)结构稳定，抗热疲劳性好。

铬(Cr): 提供抗氧化和抗热腐蚀性的关键元素（形成Cr₂O₃保护膜）。

钨(W): 主要的固溶强化元素，显著提高高温强度。

镍(Ni): 稳定奥氏体(FCC)结构，改善热加工性、焊接性和韧性。

碳(C): 形成碳化物（主要是M₇C₃, M₂₃C₆, MC），提供沉淀强化。含量需精确控制，过高损害韧性和焊接性。

钽(Ta), 铌(Nb): 形成稳定的MC型碳化物，提供高温强化，改善抗蠕变性。

锆(Zr): 晶界强化，改善抗蠕变和抗热疲劳性能。

镧(La): 改善氧化膜的粘附性，提高抗氧化剥落能力。

钼(Mo): 固溶强化，提高强度和耐腐蚀性（特别是还原性酸）。

主要应用领域

航空航天： 喷气发动机燃烧室、火焰筒、导向叶片、涡轮外环、尾喷管、加力燃烧室部件、高温紧固件、弹簧。

能源： 燃气轮机燃烧室、过渡段、导向叶片、热交换器管、工业炉辊、辐射管、热处理夹具。

化工与石化： 裂解炉管、阀门、泵轴、密封件（耐高温腐蚀环境）。

医疗： 人工关节（髋、膝）、骨科植入物、牙科器械、心脏起搏器导线（MP35N）。

玻璃工业： 模具、输送部件。

重要提示：

以上牌号是常见的代表，并非全部。合金牌号和具体成分会因生产厂家、标准（如AMS, ASTM, UNS）和应用需求而有细微差异。

选择具体牌号时，必须综合考虑工作温度、应力状态、环境（氧化、硫化、熔盐腐蚀等）、寿命要求、加工工艺性、成本等因素。

对于关键应用，务必查阅最新的合金数据手册和制造商提供的详细技术资料，以获得最准确的化学成分、物理性能、机械性能和加工指南。

希望这个列表能帮助你了解钴基高温合金的主要牌号及其特点！