GH761高温合金全面解析

一、材料概述

GH761是一种铁镍铬基沉淀硬化型变形高温合金，属于中国GB/T标准中的GH系列高温合金。该合金通过加入高铝、高钛及控制合适的铝钛比，显著提高了合金强度，具有高的屈服强度、良好的抗热疲劳及低周疲劳性能，700℃以下组织稳定。GH761在750℃以下具有良好的热加工性能及切削加工性能，广泛应用于航空发动机涡轮盘、压气机盘、鼓筒、涡轮机匣等高温承力零部件。

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二、化学成分设计

GH761高温合金的化学成分设计以镍为基体，通过多元合金化实现性能优化，主要元素含量如下（重量百分比）：


  • 镍(Ni)：52.0-60.0%，构成基体，提供优异的高温稳定性和耐腐蚀基础

  • 铬(Cr)：18.0-21.0%，赋予合金抗氧化和抗高温气体腐蚀能力

  • 钼(Mo)：2.8-3.3%，通过固溶强化提升高温强度

  • 钴(Co)：0-1.0%，可提升高温强度

  • 铝(Al)：0.3-0.6%，与钛共同形成γ'强化相

  • 钛(Ti)：2.0-2.6%，与铝形成γ'相(Ni₃(Al,Ti))，主导沉淀强化效应

  • 铁(Fe)：余量，平衡成本并稳定基体

  • 微量元素：碳(C)≤0.08%、硼(B)≤0.006%、锰(Mn)≤0.35%、硅(Si)≤0.35%、硫(S)≤0.015%、磷(P)≤0.015%

三、物理性能

GH761高温合金具有优异的物理性能参数：


  • 密度：8.10 g/cm³

  • 熔点：1325-1345℃

  • 比热容（100-800℃）：0.419-0.67 J/(kg·K)

  • 热导率（300-900℃）：13.3-28.7 W/(m·K)

  • 线胀系数（20-800℃）：15.7×10⁻⁶/℃

  • 磁性：无

四、力学性能

GH761高温合金在室温和高温下均表现出卓越的力学性能：


  • 室温性能

  • 抗拉强度：≥850 MPa

  • 屈服强度：≥550 MPa

  • 延伸率：≥15%

  • 硬度：≥250 HB

  • 700℃高温性能

  • 抗拉强度：≥500 MPa

  • 屈服强度：≥300 MPa

  • 延伸率：≥10%

该合金具有优异的抗蠕变性能，在高温长时间服役过程中能够有效抵抗蠕变变形，同时在循环载荷下表现出良好的抗疲劳特性。

五、热处理工艺

GH761高温合金的热处理制度包括固溶处理和时效处理两个阶段：

热处理制度Ⅰ（适用于棒材和环形件）：


  • 固溶处理：1090℃保温2小时，水冷

  • 一次时效：850℃保温4小时，空冷

  • 二次时效：750℃保温24小时，空冷

热处理制度Ⅱ（适用于涡轮盘及大型锻件）：


  • 固溶处理：1120℃保温2小时，水冷

  • 一次时效：850℃保温4小时，空冷

  • 二次时效：750℃保温24小时，空冷

对于大型锻件，固溶处理时需要采用阶梯升温工艺：低于800℃装炉，升温至800℃保温3小时，以70-80℃/h升温至1000℃保温1小时，再以70-80℃/h升温至1080℃保温1.5小时，最后以40℃/h升温至120℃保温2小时后水冷。

六、耐腐蚀性能

GH761高温合金在高温空气环境中能够快速形成一层由Cr₂O₃和Al₂O₃组成的致密氧化膜，展现出优良的抗氧化性能。在800℃的高温空气中，经过100小时的氧化试验，其氧化增重速率较低，氧化增重可控制在0.6mg/cm²以下。该合金对多种腐蚀介质具有良好的耐受性，在中性和弱酸性水溶液中，合金表面的氧化膜能够提供有效的防护。

七、焊接性能

GH761合金由于铝钛含量较高，焊接性能相对较差。焊接时需采用合理的焊接工艺和参数，常用的焊接方法包括气体保护焊(GTAW)、激光焊和电子束焊。焊接前需彻底清除母材表面氧化物，预热温度控制在150-200℃，层间温度不超过250℃，焊后需缓慢冷却至室温以避免产生应力集中和裂纹。

八、应用领域

GH761高温合金凭借其卓越的高温综合性能，在多个工业领域得到广泛应用：

航空航天领域：主要用于制造航空发动机涡轮盘、压气机盘、鼓筒、涡轮机匣、整流叶片、精密螺栓等关键热端部件，能够在高温高压环境下保持性能稳定。

能源动力领域：应用于燃气轮机叶片、核反应堆冷却系统、超临界发电设备等高温部件，显著提升设备的热效率与服役寿命。

化工与冶金领域：用于制造高温反应器、裂解炉管、换热器、高温炉具等设备，耐受酸性或碱性介质的腐蚀，同时承受高温高压环境。

其他领域：还用于汽车和船舶的高性能发动机部件、高温模具、高温密封件等，提升整体设备的可靠性和寿命。

九、制造工艺

GH761高温合金的制造过程包括真空感应熔炼(VIM)和电渣重熔(ESR)等工艺。真空感应熔炼能够在高真空环境下减少合金元素的烧损，去除气体和杂质，提高合金的纯净度。电渣重熔则进一步去除合金中的有害杂质和夹杂物，改善合金的结晶组织，提高合金的致密度和均匀性。铸锭经均匀化退火后，通过热轧和冷轧工艺加工成各种形状的制品。

十、技术标准

GH761高温合金的技术标准包括：


  • 协上五新05—1978《GH761合金饼材暂行技术条件》

  • 3B80-301—1987《航空用GH761合金热轧棒材技术条件(暂行)》

  • 3BS0-302—1987《航空用GH761合金环形件技术条件(暂行)》

  • 3B80-304—1987《航空用GH761合金锻件技术条件(暂行)》

这些标准为GH761高温合金的生产、使用和检验提供了依据，保证了其质量和性能的稳定性。

GH761高温合金凭借其优异的高温强度、抗氧化性、抗蠕变性能和良好的加工性能，已成为现代工业中不可或缺的关键材料，在航空航天、能源动力、化工冶金等领域发挥着重要作用。随着材料科学与制造技术的不断进步，GH761合金的应用范围将进一步扩展，为高端装备制造提供更可靠的材料保障。