K402鑄造高溫合金

一、概述

鑄造高溫合金K402（GB/T 14992標準中的牌號）是一種鎳基沉淀強化型鑄造高溫合金，專為極端高溫與復雜應力環境設計。該合金通過鋁（Al）、鈦（Ti）等元素形成γ相高溫粗化并提升固溶強化效果。

鎢（W）和鉬（Mo）：總量約5%~8%，通過原子置換強化基體，顯著提高抗蠕變性能。

鋁（Al）和鈦（Ti）：總量5%~7%，形成γ相沉淀強化與多元固溶強化協同作用，在高溫下保持組織穩定性，長期服役后仍具備優異的力學性能。
物理與機械性能上海冶韓合金集團公司銷售部歡迎新老客戶來電咨詢!周工/TEL：①③⑧---①⑥①⑥---⑥③④③（vx號）

物理性能

密度：約8.4~8.6 g/cm3，與同類鎳基鑄造合金相當。

熔點：約1340°C~1380°C，適合高溫精密鑄造工藝。

熱膨脹系數：20°C~1000°C范圍內為14.5~16.5×10??/°C，與陶瓷熱障涂層匹配性良好。

導熱系數：約11 W/(m·K)，減少熱沖擊導致的應力集中。

機械性能

室溫抗拉強度：≥950 MPa，延伸率≥6%。

高溫強度：在950°C下抗拉強度≥500 MPa，持久強度（1000小時）≥200 MPa。

抗蠕變性能：在900°C/250 MPa條件下，穩態蠕變速率≤5×10??/s。

硬度：鑄態硬度約320~380 HV，經熱處理后可提升至420 HV以上。

三、圓棒形態的制造與特性

K402圓棒采用真空感應熔煉（VIM）結合定向凝固技術制備，通過控制凝固速率與溫度梯度優化晶粒取向（如柱狀晶或單晶結構），直徑范圍通常為30~250 mm，長度可達4米。其核心優勢包括：

高溫性能各向異性：定向凝固圓棒的縱向力學性能顯著優于橫向，適用于承受單一方向高載荷的部件。

近凈成形能力：精密鑄造可減少后續加工量，降低材料損耗與成本。

表面質量：鑄態表面粗糙度Ra≤8 μm，支持直接涂層處理（如熱障涂層TBC）。
四、鑄造與加工工藝要點

熔煉與鑄造

采用雙真空熔煉（VIM+VAR）工藝，確保低氧（≤50 ppm）、低氮（≤80 ppm）含量。

定向凝固時冷卻速率控制在3~10°C/min，避免雜晶缺陷。

熱處理

固溶處理：1200°C~1240°C保溫4~6小時，快速冷卻以溶解粗大γ相均勻析出，提升強度。

機械加工

車削采用CBN（立方氮化硼）刀具，切削速度≤30 m/min，避免加工硬化。

磨削需使用金剛石砂輪，冷卻液充分供給以防止熱損傷。

表面強化

滲鋁或鉑改性鋁涂層，提升抗氧化與抗熱腐蝕性能。

激光熔覆鈷基合金涂層用于修復磨損表面。
五、核心應用領域

航空發動機高壓渦輪葉片
作為渦輪葉片材料，在高溫燃氣（>900°C）中承受離心力與熱應力，抗熱腐蝕性能延長葉片壽命。

工業燃氣輪機燃燒室噴嘴
用于制造燃油噴嘴或火焰筒，耐受高溫氧化與硫化物腐蝕，提升燃燒效率。

核電反應堆堆內構件
作為控制棒導向管或支撐柱，在輻射與高溫高壓水環境中保持結構完整性。

石化裂解爐輻射段爐管
在乙烯裂解爐中用于制造爐管支架，抵抗滲碳與高溫蠕變變形。
六、挑戰與未來發展方向

當前局限性

工藝復雜性：定向凝固技術要求嚴苛，設備投資與能耗較高。

資源依賴：高鈷、鎢含量導致成本受國際市場波動影響顯著。

技術突破方向

單晶化技術：開發低成本單晶圓棒制備工藝，提升高溫疲勞性能。

增材制造融合：結合3D打印與鑄造技術，制造內部含冷卻通道的復雜部件。

再生循環利用：建立廢料回收體系，降低戰略金屬資源消耗。