GH4220高溫合金

一、概述

GH4220是Ni-Co-Cr基沉淀硬化型變形高溫合金，使用溫度900℃~950℃，合金中加入較多的鋁、鈦元素形成γ’沉淀強化相，ω（γ’）可達40%以上。同時加入鈷、鉻、鎢和鉬元素進行固溶強化，并加入微量鈰、硼和鎂元素進行晶界強化。合金具有較高的高溫強度和高溫塑性，綜合性能良好。適于制造工作溫度在900℃~950℃的燃氣渦輪工作葉片。冶韓集團主要產品有轉動部件用熱軋棒材、模鍛渦輪葉片等。
GH4220合金已用于制作航空發動機的Ⅰ級渦輪工作葉片。批產和使用情況良好。
GH4220合金通過特殊的彎晶熱處理工藝，達到控制晶界上第二相的析出種類及形態，使之形成彎曲的晶界。使晶界與晶內強度匹配性好，降低了晶界脆性，從而顯著地提高合金的高溫塑性和持久強度。
二、、材料核心優勢
高溫綜合性能突出
在900℃下強度保持率比Inconel 718高40%，工作溫度上限提升150℃。
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組織穩定性優異
經1000h/900℃暴lu后，γ相（Ni3(Al,Ti)），主導沉淀強化；

碳（C）：≤0.08%、硼（B）：0.005%-0.02%，優化晶界強度；

鐵（Fe）：≤5%、錳（Mn）：≤0.5%，作為雜質元素控制。
物理性能
密度：8.2-8.4 g/cm3，輕量化設計適用于航空部件；

熔點：1320-1360℃，適應ji端高溫環境；

熱膨脹系數：14.5×10??/℃（20-1000℃），與陶瓷涂層匹配性良好；

導熱系數：11.6 W/(m·K)（室溫），高溫下導熱性能穩定；

電阻率：1.25 μΩ·m（室溫），滿足電熱設備需求。

三、機械性能
1. 高溫強度
抗拉強度：≥850 MPa（900℃）；

屈服強度：≥620 MPa（900℃）；

持久強度：≥220 MPa（900℃/100h），顯著優于GH4169等傳統合金。

2. 蠕變抗力
在950℃/150 MPa條件下，穩態蠕變速率≤1×10?? s?1，適用于長期高溫服役的渦lun盤和葉片。

3. 疲勞性能
高周疲勞極限：≥450 MPa（10?次循環，800℃）；

低周疲勞壽命：≥5000次（應變幅0.6%，900℃）。

4. 韌性指標
室溫沖擊功：≥60 J；

斷裂韌性KIC：≥90 MPa·m1/2（800℃）。
四、GH4220熱處理制度

轉動件用熱軋棒材：

標準熱處理制度： 1220℃±10℃*4h/AC+1050℃±10℃*4h/A+950℃±10℃*2h/AC，HB341-285；

彎晶熱處理制度：12 20℃*4h/(3-7) min→1100℃/AC+1050℃*4h/AC+950℃*2h/AC。
五、供應形式與加工工藝
主要供應形式

棒材（Φ20-300mm，ASTM B637標準）；

板材（厚度0.5-50mm，AMS 5542標準）；

鍛件（自由鍛/模鍛，晶粒度控制在ASTM 5-8級）；

絲材（Φ0.1-5mm，用于焊接和增材制造）。

關鍵工藝控制

熔煉：真空感應熔煉（VIM）+電渣重熔（ESR）雙聯工藝，降低氧含量至≤10 ppm；

熱處理：1180℃/2h固溶處理（空冷） + 850℃/8h時效（空冷）；

表面處理：Al-Si滲層（提高1000℃抗氧化壽命3倍以上）。
六、應用領域
航空發動機

渦輪葉片：承受1600℃燃氣沖擊，GH4220表面配合熱障涂層（TBCs）使用；

燃燒室襯套：在富氧環境中保持抗氧化性能；

渦lun盤：通過等溫鍛造工藝成型，滿足高轉速下的離心載荷。

能源裝備

燃氣輪機熱端部件、核反應堆過熱器管道；

石油化工裂解爐輻射段爐管（耐高溫硫腐蝕）。

航天領域

huo箭發動機推力室、再生冷卻噴管；

高超聲速飛行器熱防護結構。

工業制造

玻璃模具、高溫熱處理夾具；

半導體擴散爐用耐高溫支架。