GH1140高温合金板 是一种以铁-镍-铬为基体,通过加入铝、钛等元素形成强化相,并辅以钨、钼固溶强化的奥氏体形变高温合金。该合金在高温下具有优异的抗氧化性能、足够的热强性和良好的冷热加工塑性,特别适合于制造在800~900℃范围内承受较低应力的高温部件。
GH1140相当于苏联牌号ЭИ702,其在中国的牌号体系归类为固溶强化型铁基高温合金。该合金板材的核心特性源于其独特的化学成分和热处理工艺。
其主要特性可归纳为以下几点:
优异的高温抗氧化性:在900℃以下的大气环境中,能够长期稳定工作,表面形成致密的氧化膜,有效阻止内部金属被进一步氧化。
良好的热强性:在800~850℃温度区间,具备承受中等载荷的能力,持久寿命和抗蠕变性能满足设计要求。
出色的冷热加工性能:与同类高温合金相比,GH1140具有良好的塑性,易于进行冲压、焊接、辊轧等加工,成品率高。
以固溶强化为主:其强度主要来自于钨、钼等元素溶入基体带来的固溶强化效应,而非沉淀硬化,因此通常在固溶处理后直接使用,组织稳定。
GH1140合金的化学成分是保证其性能的基础。其主要元素构成如下(以下为典型值范围):
镍 (Ni):约35-40%,是形成和稳定奥氏体基体的核心元素。
铬 (Cr):约20-23%,主要提供抗氧化和抗腐蚀能力。
铁 (Fe):作为基体元素,含量约余量。
钨 (W):约1.4-2.2%,和钼一起起重要的固溶强化作用,提高高温强度。
钼 (Mo):约2.0-3.0%,与钨协同作用,增强原子间结合力,提升抗蠕变能力。
铝 (Al):约0.8-1.3%,与钛共同形成强化相,同时有助于提高抗氧化性。
钛 (Ti):约0.3-0.7%,与铝共同作用。
碳 (C)、锰 (Mn)、硅 (Si)、磷 (P)、硫 (S)、硼 (B)、铈 (Ce) 等为微量杂质或控制添加元素,对材料的纯净度、晶界强度和工艺性能有重要影响。
物理性能:GH1140合金的线膨胀系数较高,导热性较差,这是在设计和焊接过程中需要考虑的重要因素。
力学性能(以固溶状态板材为例):
高温持久强度:在800℃、施加137MPa的应力条件下,其持久寿命通常不低于40小时。
高温拉伸强度:在800℃时,仍能保持较高的抗拉强度。
室温力学性能:具有良好的强度和塑性的匹配。
GH1140高温合金板采用固溶热处理。典型的工艺为:在1100℃~1150℃的温度范围内进行加热保温,然后快速冷却(通常是水冷或空冷)。此过程的目的是将合金元素充分溶解到奥氏体基体中,获得均匀的单相过饱和固溶体,从而优化材料的塑性、韧性和抗氧化性能,为后续的冷成型加工或直接使用做好准备。
凭借其综合性能,GH1140高温合金板被广泛应用于制造航空、航天以及工业燃气轮机中需要承受高温的薄壁结构件,典型部件包括:
航空发动机的燃烧室部件:如燃烧室火焰筒、加力燃烧室壳体等。
燃气轮机的燃烧室。
其他热端部件:如隔热屏、导流叶片、尾喷管等。
高温环境下的结构板材冲压焊接件。
冲压成型:该合金的冷、热成型性能良好,适合制造形状复杂的冲压件。热成型温度范围通常在1000~1150℃。
焊接性能:GH1140具有优良的焊接性能,可采用氩弧焊、点焊、缝焊等多种方法进行可靠连接。焊前无需预热,焊后一般也不需要进行热处理,但具体工艺需根据部件要求确定。
GH1140高温合金板是一种成熟、可靠的铁镍基高温材料。它以其在800~900℃范围内优异的抗氧化性、良好的综合强韧性和卓越的工艺成型性,在航空航天及能源动力领域占据了重要地位,是制造中高温段关键薄壁承力构件的理想选择之一。