2.4951 NiCr20Ti镍合金百科解析

2.4951 NiCr20Ti镍合金百科解析

一、 概述与定义

2.4951合金，通常也被称为NiCr20Ti或镍铬20钛合金，是一种经典的奥氏体镍基高温合金。其德国材料编号为2.4951，与此对应的常见商业牌号是Nimonic 75。这款合金是早期Nimonic系列合金中的代表性产品，以其优异的高温强度、出色的抗氧化性以及良好的成形性而闻名。

本质上，它是一种以镍（Ni）为基体，添加了足量的铬（Cr）以形成抗氧化保护层，并辅以钛（Ti）和碳（C）进行强化处理的合金。虽然与后续发展的更复杂的沉淀强化型超级合金（如Nimonic 80A或Inconel 718）相比，其高温极限稍低，但2.4951因其卓越的可靠性和相对较低的成本，至今仍在许多中高温领域发挥着不可替代的作用。

二、 化学成分

2.4951合金的化学成分是其性能的基础，各元素扮演着不同的关键角色：

镍 (Ni)：作为基体元素，含量占比最高（约余量）。镍确保了合金具有稳定的面心立方奥氏体结构，这是其具备良好韧性、可塑性和耐腐蚀性的根本。

铬 (Cr)：含量通常在18-21%之间。铬的主要作用是在高温下于合金表面形成一层致密且附着性极强的氧化铬（Cr₂O₃）保护膜。这层膜能有效阻隔氧气、硫化物等有害介质向内扩散，从而提供卓越的抗氧化和抗渗碳能力。

钛 (Ti)：含量约为0.2-0.6%。钛与碳（C）和氮（N）有很强的亲和力，能形成稳定的碳氮化物（主要是TiC）。这些细小的颗粒在晶界处析出，能有效地钉扎晶界，阻止晶粒在高温下长大，从而显著提高合金的蠕变强度和持久强度。

碳 (C)：含量控制在一个较低的范围内（约0.08-0.15%）。碳与钛结合形成强化相，是重要的强度来源。但其含量需精确控制，过高会导致晶界脆化。

铁 (Fe)：允许含有少量铁（通常≤5.0%），可视为杂质或少量添加元素，对成本有一定影响，但过量会可能损害高温性能。

硅 (Si)、锰 (Mn)、铜 (Cu)：这些通常被视为残余元素或杂质，其含量被严格限制在较低水平，以防止对合金的加工性能和高温性能产生不利影响。

三、 主要特性

优异的高温强度：在750°C至850°C的温度区间内，2.4951合金能保持较高的蠕变强度和抗拉伸强度，能够长期承受一定的机械应力而不发生过度变形或断裂。

杰出的抗氧化性：得益于高铬含量，该合金在高温空气环境中能长时间稳定工作，最高连续使用温度可达约950°C，短时使用温度可达1000°C以上。

良好的耐腐蚀性：对多种腐蚀介质，包括许多有机和无机化学品，都表现出良好的抵抗力。尤其能抵抗燃烧产物中的硫化物和氯化物的侵蚀。

出色的成形性与焊接性：相较于更复杂的高温合金，2.4951具有非常好的冷、热加工性能，可以通过冲压、拉伸、旋压等工艺制成复杂形状。它也易于通过常规方法进行焊接，如钨极惰性气体保护焊（TIG）、金属惰性气体保护焊（MIG）等。

稳定的组织性能：其强化机制主要依赖于碳化物的弥散分布，组织在长期高温暴露下依然稳定，不易发生有害相变。

四、 应用领域

基于以上特性，2.4951合金被广泛应用于需要耐热、耐腐蚀的场合：

航空航天工业：早期和现代的燃气涡轮发动机中，用于制造燃烧室火焰筒、过渡段、点火器套筒、涡轮导向叶片固定环等非转动热端部件。

工业燃气轮机：同样用于燃烧室组件、热交换器管道等。

热处理与冶金工业：用于制造各种高温炉具，如辐射管、马弗罐、炉辊、热处理料篮、烧结托盘、线材退火管等。

核电领域：用于制造热交换器管道和其他一些高温结构件。

化工与过程工业：用于制造催化再生装置、裂解管等耐高温腐蚀的设备。

五、 加工与热处理

热加工：适合在1000°C至1150°C的温度范围内进行锻造、轧制等热加工操作。

冷加工：由于其奥氏体结构具有良好的韧性，可以进行冷轧、拉拔和深冲。但加工硬化率较高，中间可能需要进行退火处理以恢复塑性。

热处理：标准的热处理制度是固溶处理。通常将材料加热至1050°C至1150°C，保温一段时间后快速冷却（通常是水淬）。这个过程的目的是溶解加工过程中析出的碳化物，得到均匀的过饱和固溶体，为后续使用中碳化物的均匀析出创造条件，从而获得最佳的高温性能和室温韧性。

焊接：焊接性能良好。推荐使用与之匹配的焊丝（如Nimonic 75焊丝）。焊前无需预热，焊后一般也不要求进行沉淀硬化处理，但一道固溶处理有时被用来消除焊接残余应力并优化焊缝区的性能。

六、 总结

2.4951 (NiCr20Ti / Nimonic 75) 是一款经过时间考验的“功勋”级镍基高温合金。它在极高的性能、可加工性和经济性之间取得了卓越的平衡。虽然它不是当今性能最顶尖的超级合金，但其在中高温范围内的可靠性、出色的抗氧化性和易于加工制造的特点，使其在从航空航天到工业炉制造的众多关键领域持续保有旺盛的生命力，是高温材料家族中不可或缺的重要一员。

一、 镍基高温合金

这是其产品系列中最核心的部分，种类最全，应用最广。

GH系列（国标牌号）:

GH3030 (GH30): 固溶强化型，800℃以下有良好的抗氧化和热强度，用于燃烧室部件。

GH3039 (GH39): 固溶强化型，用于900℃以下的燃烧室、加力燃烧室等。

GH3044 (GH44): 固溶强化型，抗氧化性好，用于950℃以下的燃烧室和涡轮部件。

GH3128 (GH128): 固溶强化型，具有高的塑性和良好的冲压、焊接性能，用于950℃以下的火焰筒、壳体等。

GH3536 (哈氏合金B-2): 优异的耐盐酸、硫酸腐蚀和抗应力腐蚀开裂能力，用于化工环境。

GH3625 (Inconel 625): 强度高，耐氧化和腐蚀性能优异，应用极其广泛，从航空航天到海洋、化工。

GH4169 (Inconel 718): 王牌产品，沉淀强化型，在-253℃到700℃温度范围内具有良好的综合性能，广泛应用于航空发动机涡轮盘、压气机盘、叶片、机匣等关键部件。

GH4099 (Inconel 699): 高铬含量，具有优良的高温抗氧化和抗腐蚀性能。

GH4133 (GH33): 沉淀强化型，用于750℃以下的涡轮叶片、涡轮盘等。

GH4145 (Inconel X-750): 沉淀强化型，具有良好的耐腐蚀、抗氧化性能和高温强度，用于弹簧、密封环等。

GH4180 (GH80): 类似Nimonic 80A，用于燃气轮机叶片。

国外对应牌号:

Inconel 600, 601, 625, 718, X-750

Hastelloy B-2, B-3, C-22, C-276, X (虽然哈氏合金更侧重于耐蚀合金，但因其高镍含量和高温性能，也常被归入此类)

Nimonic 75, 80A

Alloy 20 (CN3MN, 20号合金): 优异的耐硫酸腐蚀性能。

二、 铁镍基高温合金

GH系列:

GH1015, GH1016: 固溶强化型，抗氧化性好，用于制造850℃以下的燃烧室和加热炉构件。

GH1131 (GH131): 固溶强化型，用于制造850~1000℃的燃烧室部件。

GH2036, GH2132 (A-286): 沉淀强化型，用于650℃~700℃的涡轮盘、紧固件等。

GH2135 (GH135)

GH2747: 具有极佳的高温抗氧化性，适用于高温炉辊、炉管等。

三、 钴基高温合金

国标牌号: GH5188 (GH188, 对应Haynes 188)

特点：在高达1100℃的温度下仍具有优异的强度和抗氧化性，耐热腐蚀和耐磨性好。用于燃气轮机喷嘴、导向叶片等。

四、 耐蚀合金

虽然不完全等同于高温合金，但因其成分和性能有重叠，商虎也大量经营。

Monel 400, K500 (蒙乃尔合金): 优异的耐海水和酸碱腐蚀能力。

Incoloy 800, 800H, 825, 925 (因科洛伊合金): 良好的综合耐腐蚀和力学性能。

哈氏合金系列 (如上所述)。

总结表格（部分常见牌号）

商虎/国标牌号 近似美标牌号 主要特点和应用

GH4169 Inconel 718 应用最广，700℃以下高强度，用于涡轮盘、叶片等。

GH3625 Inconel 625 高强度，耐腐蚀抗氧化，应用广泛。

GH4145 Inconel X-750 高温弹簧、密封环、紧固件。

GH3536 Hastelloy B-2 耐盐酸、硫酸腐蚀。

GH2132 A-286, S66286 铁镍基，650℃~700℃的涡轮盘、紧固件。

GH5188 Haynes 188 钴基，1100℃下抗氧化，用于导向叶片、喷嘴。

Alloy C-276 Hastelloy C-276 极佳的耐点蚀、缝隙腐蚀能力。

Alloy 20 Carpenter 20, CN3MN 优异的耐硫酸腐蚀，化工阀门、泵。

如何获取最准确的信息？

访问官方网站：搜索“上海商虎合金集团”或“上海商虎特种合金”，在其官网的“产品中心”通常可以找到最全的牌号列表和产品形态（棒、板、管、丝等）。

直接联系：由于其库存和代理关系可能动态变化，最可靠的方式是直接联系其销售或技术部门，告知您的具体需求（如牌号、规格、标准、用途），他们会提供最准确的现货或订货信息。

希望这份详细的列表能帮助到您！