K402合金是一种广泛应用于高温、高应力环境下的铸造镍基高温合金。它以其优异的高温强度、出色的抗热疲劳性能以及良好的组织稳定性而著称，常被用于制造航空发动机、燃气轮机的涡轮导向叶片和其他关键热端部件。下面，我们将从多个核心指标对K402合金进行全面解析。
K402合金的化学成分是其卓越性能的基石，其设计思路体现了经典镍基高温合金的强化理念。各主要元素扮演着以下关键角色：
镍（Ni）：作为合金的基体元素，镍提供了稳定的面心立方奥氏体结构，这是合金具备优异高温强度和抗氧化、抗腐蚀能力的基础。
铬（Cr）：铬元素的核心作用在于提升合金的抗氧化和抗热腐蚀能力。它在高温下能在合金表面形成一层致密且附着力强的Cr₂O₃氧化膜，有效阻止氧向内扩散，保护基体。
钴（Co）、钨（W）、钼（Mo）：这些是重要的固溶强化元素。它们溶于镍基体中，引起晶格畸变，极大地提高了基体相的强度，尤其是在高温下抵抗塑性变形和蠕变的能力。钨和钼的协同作用尤为显著。
铝（Al）、钛（Ti）：它们是形成γ‘相（Ni₃(Al, Ti)）强化相的关键元素。γ‘相是镍基高温合金中最主要、最有效的沉淀强化相，它以共格的形式弥散分布在基体中，能有效地阻碍位错运动，从而提供极高的高温屈服强度和抗蠕变性能。铝和钛的含量直接决定了γ‘相的数量和强化效果。
碳（C）：碳与合金中的活性元素（如铪）结合，形成碳化物。这些碳化物主要分布在晶界上，能够强化晶界，阻止晶界在高温下的滑移和迁移，从而提高合金的持久寿命和抗蠕变能力。
此外，合金中还含有微量的硼（B）、锆（Zr）等元素，它们进一步优化了晶界状态，提升了材料的塑性和持久强度。
力学性能是衡量K402合金能否在极端环境下工作的关键。其性能数据通常与测试温度紧密相关，以下描述基于其典型的工作温度范围。
抗拉强度
K402合金在常温下具有很高的抗拉强度，通常能达到900 MPa以上。随着温度升高，其强度并不会像普通钢材一样急剧下降，而是保持在一个很高的水平。在800℃至900℃的典型高温区间，其抗拉强度依然能保持在600 MPa以上，这充分体现了其作为高温合金的优越性。抗拉强度反映了材料在断裂前所能承受的最大拉力。
屈服强度
屈服强度是材料开始发生明显塑性变形的临界应力值，对于结构件设计至关重要。K402合金的室温屈服强度通常在700 MPa量级。在高温下，其屈服强度表现同样出色，例如在850℃时，仍能保持500 MPa左右的高水平。这确保了在高温高压的工况下，K402合金制造的部件能够抵抗变形，保持尺寸稳定性和结构完整性。
硬度
K402合金的硬度值较高，这与其复杂的强化机制（固溶强化+沉淀强化）直接相关。其布氏硬度（HB）值通常在300至400 HBW的范围内。较高的硬度意味着材料具有更好的耐磨性和抵抗局部压入的能力，但同时也带来了加工难度较大的挑战。
密度
由于含有大量钨、钼、钴等高密度元素，K402合金的密度相对较高，大约在8.4 - 8.6 g/cm³之间。这一特性在设计需要重量控制的航空航天部件时，是需要综合考虑的因素之一。
K402合金的生产、检验和交付必须遵循严格的国家或行业标准，以确保其质量的一致性和可靠性。在中国，其主要执行标准是航空工业标准：
HB 7763-2005：《航空用高温合金锻件规范》
这个标准规定了K402合金锻件（虽然K402多以铸造方式使用，但标准涵盖其相关形式）的技术要求、质量保证规定、交付条件等。它是确保K402合金材料从冶炼、铸造到热处理全过程质量可控的核心文件。
此外，还可能参考GJB标准（国家军用标准） 以及企业内部更为严格的技术条件。在验收时，通常会依据标准对合金的化学成分、力学性能（包括高温持久和蠕变性能）、高低倍组织、无损探伤等项目进行全面的检测。
综上所述，K402合金通过其精巧的化学成分设计，实现了固溶强化与γ‘相沉淀强化的完美结合，从而具备了在高温恶劣环境下所需的高抗拉强度、高屈服强度、高硬度以及优良的热稳定性。其执行的标准HB 7763-2005等为其性能和质量提供了权威的保障。因此，K402合金是制造高性能航空发动机和燃气轮机关键热端部件的理想材料之一，在我国的航空航天和能源领域发挥着不可替代的作用。
