GH2135

务实创新 诚信经营

GH2135 高温合金

1 范围

本规范规定了 GH2135（别名 GH135）Fe-Ni-Cr 基沉淀强化型变形高温合金的生产全流程要求、产品分类、技术参数、检验规则、标志包装及应用指引，是产品生产、检验、交付的统一技术依据。
本规范适用于航空航天、能源动力、机械制造等领域用 GH2135 变形产品（锻件、棒材、板材、带材、丝材、管材、环形件等）的生产制造，覆盖从原材料熔炼到成品交付的全链条，适用于 650℃至 750℃高温环境下，承受高强度、抗蠕变、耐氧化及低周疲劳要求的核心承力部件（较同类镍基合金节省 Ni 41%、Cr 5.5%，成本优势显著）。

2 规范性引用文件

标准编号
标准名称
适用范围
GB/T 14992-2008
高温合金和金属间化合物高温材料的分类和牌号
牌号定义
GJB 1952A-2004
航空用高温合金冷轧薄板规范
冷轧薄板产品
GJB 3165-1998
航空承力件用高温合金热轧和锻制棒材规范
航空承力棒材
HB 5495-2012
航空用高温合金薄板、带材规范
薄板 / 带材 / 箔材专项要求
HB/Z 140
高温合金热处理工艺导则
热处理工艺参考
YB/T 5245-2019
普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材
通用级棒材
ASTM B906-18
高温合金带、薄板和箔材通用标准
板 / 带 / 箔材国际参考
AMS 5893G
沉淀硬化高温合金箔材规范
箔材表面完整性要求

3 产品分类与牌号

3.1 材料牌号与特性

  • 中国牌号：GH2135（别名 GH135）
  • 国际相近牌号：A-286（美国）、S66286（英国）
  • 合金类型：Fe-Ni-Cr 基沉淀强化型变形高温合金
  • 核心强化机制：
    1. 析出强化：Al、Ti 与 Ni 形成 γ' 相（Ni₃(Al,Ti)），弥散分布于基体，主导强度提升；
    1. 固溶强化：Cr、W、Mo 多元素协同，提升高温抗蠕变能力与热稳定性；
    1. 晶界强化：微量 B、Ce 净化晶界，增强晶界强度，改善抗氧化膜粘附性。

3.2 产品形态与规格

产品类型
常用规格范围
供应状态
锻件（涡轮盘 / 环坯 / 模具）
按需定制（最大单件重量可定制）
固溶 + 时效、粗加工 / 精加工
棒材
热轧棒 Φ10~Φ300mm，锻制棒 Φ300~Φ500mm
黑皮、退火 + 磨光、固溶 + 时效
板材
冷轧板厚度 0.2~4.0mm，热轧板厚度 4~60mm，特厚板＞60mm
固溶 + 酸洗 + 矫直 + 切边
带材 / 箔材
带材厚度 0.2~3.0mm，箔材厚度 0.05~0.2mm
固溶 + 酸洗、成卷供应
丝材
圆丝 Φ0.5~Φ12mm
冷拉、中间退火、成盘供应
管材
无缝管 Φ6~Φ108mm（壁厚 0.8~8.0mm）
冷拔 / 轧、固溶 + 酸洗 + 校直
环形件
直径≤2.5m，按需定制
辗环成型 + 局部热处理

4 技术要求

4.1 化学成分（质量百分比，%）

元素
含量范围
功能说明
Fe
余量
基体元素，降低合金成本，保证结构稳定性
Ni
33.0~36.0
奥氏体基体核心元素，促进 γ' 相形成
Cr
14.0~16.0
形成 Cr₂O₃致密氧化膜，提升高温抗氧化性
W
1.7~2.2
固溶强化核心元素，提升抗蠕变能力
Mo
1.7~2.2
与 W 协同强化，改善热强性
Al
2.0~2.8
形成 γ' 相关键元素，参与析出强化
Ti
2.1~2.5
与 Al 协同优化 γ' 相分布，增强强化效果
C
≤0.08
控制碳化物析出，避免晶界脆化
B
≤0.015
强化晶界，提升持久寿命与塑性
Ce
≤0.03
净化晶界，改善氧化膜粘附性
Si
≤0.5
脱氧残余元素，避免过量损害热塑性
Mn
≤0.4
改善热加工性能，严控含量
P
≤0.02
有害杂质，避免晶界脆化
S
≤0.02
有害杂质，严控以提升韧性与抗裂性

4.2 物理性能（标准热处理后）

性能指标
数值范围
测试条件
密度（ρ）
7.92~7.98g/cm³
室温
熔化温度范围
1360~1400℃
-
热导率（λ）
15.2W/(m·K)
室温
22.8W/(m·K)
700℃
比热容（c）
460J/(kg·K)
室温
720J/(kg·K)
700℃
线膨胀系数（α）
14.5×10⁻⁶/℃
20~700℃
电阻率（ρ）
1.28μΩ·m
室温
弹性模量（E）
208GPa
室温
165GPa
700℃
磁性能
弱磁性
室温（非电磁敏感环境适用）

4.3 力学性能（典型值）

性能指标
室温
650℃
750℃
测试条件
抗拉强度（Rm）
≥930MPa
≥750MPa
≥550MPa
标准热处理制度
屈服强度（Rp0.2）
≥680MPa
≥600MPa
≥400MPa
标准热处理制度
断后伸长率（A）
≥15%
≥18%
≥20%
标准热处理制度
断面收缩率（Z）
≥20%
≥25%
≥30%
标准热处理制度
布氏硬度（HBW）
285~341
-
-
标准热处理后
持久强度
-
≥590MPa
≥350MPa
断裂寿命≥30h
持久寿命
-
≥30h
≥15h
650℃/590MPa；750℃/350MPa
冲击韧性（αk）
≥60J
-
-
室温

4.4 特殊性能要求

  • 抗氧化性：700℃时氧化速率≤0.04g/(m²・h)，长期服役无氧化剥落；
  • 耐腐蚀性：3.5% NaCl 溶液中年腐蚀速率≤0.03mm，耐高温燃气腐蚀；
  • 组织稳定性：标准热处理后为 γ 基体 +γ' 相 + 少量碳化物，800℃以上长期时效可能析出 σ 相（晶内）、Laves 相（晶界），需控制服役温度；
  • 工艺适应性：热加工塑性良好，冷加工硬化率较高，焊接性能良好；
  • 低周疲劳性能：700℃以下低周疲劳性能优异，满足发动机涡轮盘等交变载荷部件需求。

5 生产工艺要求

5.1 熔炼工艺

工艺类型
适用产品
核心要求
真空感应熔炼（VIM）
通用级产品
保证成分均匀性，P、S 含量≤0.02%
真空感应熔炼 + 电渣重熔（VIM+ESR）
航空级关键部件
降低气体与杂质含量，提升材料纯净度

5.2 热加工工艺

加工类型
加热温度
终加工温度
关键控制
锻造
1120~1160℃
≥900℃
单次变形量≤45%，破碎铸态组织，避免晶粒粗化
热轧
1100~1140℃
≥850℃
控制轧制速度≤3m/s，保证板形平整
开坯
1130~1170℃
≥920℃
均匀化处理，消除铸造偏析

5.3 冷加工工艺

  • 冷轧（板 / 带 / 箔材）：道次变形量≤15%，累计变形量超 30% 需中间退火（1050℃×1h），箔材晶粒度需达 ASTM 8 级以上，表面粗糙度 Ra≤0.5μm；
  • 冷拉（棒 / 丝 / 管材）：采用硬质合金模具，拉拔速度≤3m/min，中间固溶处理温度 1080℃左右；
  • 切削加工：需用专用刀具，优化工艺参数，降低加工硬化影响。

5.4 热处理制度（按产品类型区分）

产品类型
工艺参数
保温时间
冷却方式
性能特点
热轧 / 锻制棒材
1080℃±10℃（固溶）+ 830℃±10℃（一次时效）+ 700℃±10℃（二次时效）
固溶 8h，一次时效 8h，二次时效 16h
空冷（AC）
强度与塑性均衡，抗蠕变性能优异
盘锻件 / 环形件
1140℃±10℃（固溶）+ 830℃±10℃（一次时效）+ 650℃±10℃（二次时效）
固溶 4h，一次时效 8h，二次时效 16h
空冷（AC）
高温强度峰值，适配涡轮盘等承力件
板材
1030℃±10℃（固溶）+ 750℃±10℃（时效）
固溶（空冷），时效 16h
空冷（AC）
成形性良好，抗氧化性能佳
焊接件
1080℃±10℃（固溶）+ 830℃±10℃（一次时效）+ 700℃±10℃（二次时效）
固溶 8h，一次时效 6h，二次时效 12h
空冷（AC）
消除焊接残余应力，保证接头强度

6 检验规则

6.1 检验项目

  1. 化学成分分析：采用光谱分析法逐炉检测，关键元素（Al、Ti、Ni、Cr）需用化学分析法验证；
  1. 力学性能测试：室温拉伸、高温持久、冲击韧性、低周疲劳试验，每批次抽样≥3 件，覆盖不同规格；
  1. 金相组织检查：光学显微镜观察，晶粒尺寸符合对应产品要求（箔材 ASTM 8 级以上），无过量有害相析出；
  1. 尺寸与表面质量：逐件检查，尺寸公差符合对应产品标准，表面无裂纹、夹杂、起皮等缺陷；
  1. 无损检测：
    • 内部缺陷：超声波探伤（灵敏度 φ1.0mm 平底孔）；
    • 表面缺陷：渗透检测（PT）或磁粉检测（MT），无肉眼可见裂纹；
    • 航空级涡轮盘件：额外增加涡流检测，裂纹深度≤50μm。

6.2 抽样与判定

  • 化学成分：每炉抽样 1 次，不合格则该炉产品判定为不合格；
  • 力学性能：抽样试验不合格时，允许加倍抽样复检，仍不合格则批次报废；
  • 无损检测：发现缺陷需标记返修，返修后重新检测，无法修复则剔除；
  • 尺寸偏差：超差产品允许返工，返工后仍不达标则判定为不合格。

7 标志、包装与贮存

7.1 标志

每件产品需标识：材料牌号（GH2135/GH135）、规格、炉批号、热处理状态、执行标准、生产厂家、生产日期，航空级产品需标注 “航空专用”。

7.2 包装

  • 板 / 带 / 箔材：防潮牛皮纸 + 塑料薄膜 + 镀锌铁皮包装，避免表面划伤；
  • 棒 / 丝材：棒材捆扎（涂防锈油），丝材成盘后真空包装；
  • 管材：两端封口保护，多层防潮包装；
  • 航空级产品：真空 + 充氮包装，附防潮指示卡。

7.3 贮存

  • 存放于干燥、通风、无腐蚀性气体库房，温度 5~30℃，相对湿度≤60%；
  • 避免与酸碱、盐类物质接触，堆放高度≤1.2m，防止产品变形；
  • 贮存期≤12 个月，定期检查包装完整性，发现锈蚀及时处理；
  • 箔材需单独密封存放，避免吸潮与机械损伤。

8 应用概况

  • 航空航天：航空发动机 Ⅰ、Ⅱ 级涡轮盘、承力环、燃烧室部件，装备战斗机在外场使用；
  • 能源动力：3000 马力燃气轮机火焰筒，超超临界机组高温部件；
  • 机械制造：750~850℃热成形模具（锻锤砧子、水压机镶块砧、热冲压模具）；
  • 其他：高温炉窑结构件、化工高温反应器辅助部件、汽车发动机高温承力件。

9 附录

9.1 注意事项

  1. 焊接可采用常规方法，重要部件需预热并优化工艺，焊后进行完整热处理；
  1. 热加工需严格控制终锻温度≥900℃，避免低温加工导致裂纹；
  1. 服役温度需控制在 750℃以下，800℃以上长期使用易析出有害相，导致性能衰减；
  1. 冷加工后需及时进行热处理，消除残余应力，防止变形开裂。

9.2 质量证明书

供货时随附完整质量证明书，包含：化学成分检测报告、力学性能测试数据、热处理工艺曲线、无损检测结果、炉批号追溯信息、产品合格标识。

产品优势

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