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GH4220高温合金

一、概述

GH4220是Ni-Co-Cr基沉淀硬化型变形高温合金，使用温度900℃~950℃，合金中加入较多的铝、钛元素形成γ’沉淀强化相，ω（γ’）可达40%以上。同时加入钴、铬、钨和钼元素进行固溶强化，并加入微量铈、硼和镁元素进行晶界强化。合金具有较高的高温强度和高温塑性，综合性能良好。适于制造工作温度在900℃~950℃的燃气涡轮工作叶片。冶韩集团主要产品有转动部件用热轧棒材、模锻涡轮叶片等。
GH4220合金已用于制作航空发动机的Ⅰ级涡轮工作叶片。批产和使用情况良好。
GH4220合金通过特殊的弯晶热处理工艺，达到控制晶界上第二相的析出种类及形态，使之形成弯曲的晶界。使晶界与晶内强度匹配性好，降低了晶界脆性，从而显著地提高合金的高温塑性和持久强度。
二、、材料核心优势
高温综合性能突出
在900℃下强度保持率比Inconel 718高40%，工作温度上限提升150℃。

组织稳定性优异
经1000h/900℃暴lu后，γ相（Ni3(Al,Ti)），主导沉淀强化；

碳（C）：≤0.08%、硼（B）：0.005%-0.02%，优化晶界强度；

铁（Fe）：≤5%、锰（Mn）：≤0.5%，作为杂质元素控制。
物理性能
密度：8.2-8.4 g/cm³，轻量化设计适用于航空部件；

熔点：1320-1360℃，适应ji端高温环境；

热膨胀系数：14.5×10⁻⁶/℃（20-1000℃），与陶瓷涂层匹配性良好；

导热系数：11.6 W/(m·K)（室温），高温下导热性能稳定；

电阻率：1.25 μΩ·m（室温），满足电热设备需求。

三、机械性能
1. 高温强度
抗拉强度：≥850 MPa（900℃）；

屈服强度：≥620 MPa（900℃）；

持久强度：≥220 MPa（900℃/100h），显著优于GH4169等传统合金。

2. 蠕变抗力
在950℃/150 MPa条件下，稳态蠕变速率≤1×10⁻⁸ s⁻¹，适用于长期高温服役的涡lun盘和叶片。

3. 疲劳性能
高周疲劳极限：≥450 MPa（10⁷次循环，800℃）；

低周疲劳寿命：≥5000次（应变幅0.6%，900℃）。

4. 韧性指标
室温冲击功：≥60 J；

断裂韧性KIC：≥90 MPa·m¹/²（800℃）。
四、GH4220热处理制度

转动件用热轧棒材：

标准热处理制度： 1220℃±10℃*4h/AC+1050℃±10℃*4h/A+950℃±10℃*2h/AC，HB341-285；

弯晶热处理制度：12 20℃*4h/(3-7) min→1100℃/AC+1050℃*4h/AC+950℃*2h/AC。
五、供应形式与加工工艺
主要供应形式

棒材（Φ20-300mm，ASTM B637标准）；

板材（厚度0.5-50mm，AMS 5542标准）；

锻件（自由锻/模锻，晶粒度控制在ASTM 5-8级）；

丝材（Φ0.1-5mm，用于焊接和增材制造）。

关键工艺控制

熔炼：真空感应熔炼（VIM）+电渣重熔（ESR）双联工艺，降低氧含量至≤10 ppm；

热处理：1180℃/2h固溶处理（空冷） + 850℃/8h时效（空冷）；

表面处理：Al-Si渗层（提高1000℃抗氧化寿命3倍以上）。
六、应用领域
航空发动机

涡轮叶片：承受1600℃燃气冲击，GH4220表面配合热障涂层（TBCs）使用；

燃烧室衬套：在富氧环境中保持抗氧化性能；

涡lun盘：通过等温锻造工艺成型，满足高转速下的离心载荷。

能源装备

燃气轮机热端部件、核反应堆过热器管道；

石油化工裂解炉辐射段炉管（耐高温硫腐蚀）。

航天领域

huo箭发动机推力室、再生冷却喷管；

高超声速飞行器热防护结构。

工业制造

玻璃模具、高温热处理夹具；

半导体扩散炉用耐高温支架。