媒体中心

技术百科 / Show
GH4738/GH738(Waspaloy)镍基时效强化合金全解析
作者:君木钢铁 所属分类:技术百科 时间:2026-09-22 13:59:50 浏览量:

一、牌号速览与命名对照

表 1 GH4738 牌号与命名对照

体系

名称

说明

中国新牌号

GH4738

GB/T 14992-2005  变形高温合金

中国原牌号

GH738

旧称,市场与合同中仍在大量使用

统一数字代号

H47380

ISC  编号

商业名称

Waspaloy

得名于美国  Wasp  系列航空发动机,现属注册商标

美国

UNS N07001

ASTM B637  体系

德国

W.Nr. 2.4654 / NiCr20Co13Mo4TiAl

EN  体系

法国

NC20K14 ( ATG W1 )

AFNOR  体系

英国

NPK 50

BS  体系

 

命名上有两个坑需要单独提醒。

第一个坑:GH738 与 GH4738 是同一合金。新旧牌号并存导致搜索结果、质保书、合同出现两种写法,采购方容易误判成两种材料;询价时建议两个牌号同时写出,并附执行标准。

第二个坑:UNS N07001 不要与 UNS N07080 混淆N07080 Nimonic 80A——成分相近的另一个牌号(Cr 同为 18~21%,但不含钴和钼,TiAl 总量也低)。两个编号只差最后两位,英文资料检索时一不留神就会串。N07080 对应国产 GH4080A,强度档位与 650℃ 以上持久能力都低于 GH4738,选型时若把 80A 的数据当成 Waspaloy 用,是会出安全事故级别的错误。

另外,GB/T 14992 2025 版已经发布,GH4738 牌号延续不变;本文成分仍按 2005 版扫描件原文核对,2025 版发布后新增的微量元素调整,以正式文本为准。

二、成分设计逻辑:为 760℃ 持久而生的元素配比

表 2 GH4738 化学成分(GB/T 14992-2005)与君木质保书实测对照

元素

GB/T 14992-2005

君木  0.25mm  冷带实测 ¹

C

0.03~0.10

0.062

Cr

18.00~21.00

19.28

Ni

Co

12.00~15.00

13.59

Mo

3.50~5.00

4.32

Al

1.20~1.60

1.40

Ti

2.75~3.25

2.99

Fe

≤2.00

0.81

B

0.003~0.010

0.003

Zr

≤0.060

0.04

Si

≤0.15

<0.15

Mn

≤0.10

<0.10

P

≤0.015

<0.015

S

≤0.015

0.0016

Cu

≤0.100

<0.10

 

¹ 炉号 WCJ20-4082-1VIM(真空感应)+VAR(真空自耗)双联冶炼,见第十一章。

GH4738 的强化骨架是 γ′ 相(Ni₃(Al,Ti))沉淀强化,体积分数约 20%~25%,加上 Co-Cr-Mo 的固溶强化和 BZr 的晶界微合金化。几个元素的设计意图值得展开:

Co 12~15%:把 γ′ 固溶线顶上去。 钴本身几乎不进 γ′,它的作用是提高 γ′ 固溶温度(约 1000~1020℃)并稳定基体,让合金在 760℃ 时效和使用温度下仍能撑住高体积分数的 γ′。这也是 GH4738 价格中钴占大头的原因。

Ti/Al 比约 2:1:偏向抗蠕变。 Ti 2.75~3.25 Al 1.20~1.60Ti 显著高于 Al。高 Ti/Al 比的 γ′ 富钛,抗蠕变性能好,代价是长期组织稳定性对热处理更敏感——这正是第四章 845℃ 稳定化步骤存在的根本原因。

Si ≤0.15、Mn ≤0.10:比同类牌号紧得多。 对比 GH4169 SiMn ≤0.35GH4738 把这两个元素收到 0.15/0.10,反映的是涡轮盘转动件对纯洁度的更高要求。

Fe ≤2.00:守住镍基底线。 GH4169 Fe 为余量不同,GH4738 是严格意义上的镍基合金,铁只是杂质级存在。

C、B、Zr:晶界工程三件套。 C 0.03~0.10 用于形成 MC M₂₃C₆ 碳化物,钉扎晶界并参与稳定化阶段的晶界组织调控;B 0.003~0.010 偏聚晶界,显著提升持久延性与缺口强度;Zr ≤0.060 与碳、硫结合净化晶界,进一步改善持久缺口敏感性。三个区间都极窄——硼超上限会直接带来热加工脆性,这几个微量元素的控制水平是熔炼能力最直接的试金石。

盘锻件专用标准 GB/T 40313-2021 GB/T 14992 之上进一步收紧:S 上限压到 0.002Ti 调整为 2.80~3.30Zr 收为 0.02~0.08,并明确 Al+Ti ≥4.3;对 PbBiSnSbSeTeAg 等痕量元素逐一设限(多为 10⁻⁴ 量级)。转动件对低熔点痕量元素的敏感度远高于静止件,这是盘件标准与通用牌号标准拉开的差距。

三、物理常数与室温性能

表 3 GH4738 物理常数(各手册典型口径)

项目

数值

备注

密度

8.19~8.22 g/cm³

各手册口径略有差异

熔化区间

1329~1407℃

原厂手册口径

磁性

无磁

FCC  奥氏体

弹性模量(室温)

约  210~213 GPa

典型值

弹性模量( 750℃ )

约  155 GPa

典型值

γ′  固溶线

约  1000~1020℃

超过则  γ′  回溶,强度断崖

时效后硬度

33~44 HRC

随固溶路线与时效参数浮动

 

室温力学性能的"保证值"取决于产品形态与验收标准,第九章展开;这里给一个量级感:盘锻件标准要求室温抗拉 ≥1250 MPa、屈服 ≥880 MPa,而 0.25mm 薄带经完整时效后实测抗拉可达 1400 MPa 量级(第十一章实测表)。

四、三阶段热处理:845℃ 稳定化是这个牌号的灵魂

表 4 GH4738 标准热处理制度

阶段

温度 / 时间

冷却

作用

固溶

995~1035℃ ×4h (或  1080℃ ×4h )

油冷 / 水冷(或空冷)

回溶  γ′ ,确定晶粒度基调

稳定化

845℃ ±10℃ ×4h (盘锻件标准)或  ×24h

空冷

析出一次粗  γ′ ,晶界析出  M₂₃C₆

时效

760℃ ±10℃ ×16h

空冷

析出二次细  γ′ ,达到最终强度

 

读这张表的正确方式:中间那一步不能省。

845℃ 稳定化(stabilization)在 718 的热处理里找不到对应物,但它恰恰是 GH4738 长期组织稳定性的关键。机理在于:Ti/Al 比约 2:1 的成分设计使合金有析出 η 相(Ni₃Ti,正交结构、无强化作用)的组织倾向。在 845℃ 停留,让晶内先析出一次较粗的 γ′、晶界析出链状 M₂₃C₆ 碳化物,等于把后续长期服役时 η 相形核的通道提前占用掉;同时稳定的晶界碳化物形貌也在持久试验中表现为更长的寿命和更小的缺口敏感性。行业经验一致认为:跳过 845℃ 稳定化、只做"固溶+760℃ 时效"的简化工艺,在数千至上万小时的长期时效后会面临 η 相析出带来的脆化风险。

这也是为什么采购文件上写"固溶+时效"四个字远远不够——稳定化温度、保温时间、冷却方式都要落在纸面上。对比 GH4169718 的双时效(720℃620℃)都在低温侧,目的是控制 δ 相与 γ″ 的配比;738 的三阶段里多出一段 845℃ 中温平台,目的则是管理 η 相与晶界碳化物。两套制度形似而神异,工艺文件互相抄写是要出事的。

组织稳定性还有另一面:GH4738 基本无 σ 相等 TCP 相的析出倾向,650~730℃ 长期时效后组织稳定,这是它优于部分高铬高钼时效合金的地方——γ′ 强化合金里常见"持久强度上去了、长期组织下来了"的失衡,738 靠稳定化步骤把两端都接住。但"没有 TCP 之忧"不等于"没有组织之忧"η 相风险始终存在,稳定化仍是前提,两件事不要混为一谈。

五、一套成分,三个固溶温度

表 5 三条固溶路线与性能取向(对应 AMS 5706/5707/5708 三个棒材规范)

固溶路线

晶粒度

性能取向

典型牺牲

约  927℃ ( 1700℉ )固溶, AMS 5706

细晶

室温 / 中温拉伸、疲劳

持久寿命

996~1035℃ ( 1825~1895℉ )固溶油淬, AMS 5707

中等晶粒

拉伸+持久折中

综合最优的常用档

约  1079℃ ( 1975℉ )固溶空冷, AMS 5708

粗晶

760℃  持久与蠕变

拉伸强度、疲劳

 

同一支成分单,固溶温度从 927℃ 拉到 1079℃,晶粒由细变粗,性能重心从"拉得断"移向"蠕不死"。工程上的口诀是:盘件与长寿命转动件走高温固溶(持久优先),紧固件与高周疲劳件走低温固溶(拉伸疲劳优先)GB/T 40313-2021 给盘锻件试样规定的热处理制度是 995~1035℃ ±10℃/4h 油冷或水冷——国标盘件选择了中间偏细晶的路线,与其"拉伸+持久+低周疲劳"三位一体的验收体系配套。

采购时只写"Waspaloy 棒材、AMS 5706 5707 5708 任一"是不负责任的写法。三个规范交货状态相同、成分相同,性能表却是三套取向,用错场景的代价要到耐久试车才暴露。

六、温度边界:650~815℃ 的主场

表 6 GB/T 40313-2021 盘锻件验收指标(GH4738)

项目

要求

室温拉伸

Rm ≥1250 MPa , Rp0.2 ≥880 MPa , A ≥15% , Z ≥18%

室温硬度

341~401 HBW

535℃  拉伸

Rm ≥1150 MPa , Rp0.2 ≥830 MPa , A ≥12% , Z ≥18%

730℃  持久

550 MPa  下  ≥23 h

缺口持久

缺口试样断裂时间须大于光滑试样

持久断后伸长

≥5%

晶粒度

平均  5  级或更细,相邻部位级差  ≤2  级

 

其中"缺口持久必须大于光滑持久"这条要单独说:它强制验证材料在应力集中部位不发生缺口脆化,与 GH4169 篇讨论过的"制度二持久缺口脆化"是同一类问题的两种监管方式——718 靠选时效制度规避,738 直接把缺口敏感性写进验收。

表 7 典型温度性能与持久水平(行业典型值,非保证值)

温度

Rm ( MPa )

Rp0.2 ( MPa )

持久参考

650℃

920~980

620~670

650℃/415 MPa >1000 h

730℃

730℃/550 MPa ≥23 h (验收口径)

760℃

830~880

590~640

760℃/365 MPa ≈100 h ; 760℃/240 MPa ≈1000 h

815℃

可短时承载

870℃

仅低应力静止件

 

温度边界要分四层看,不能只记一个数字:

  1. 抗氧化温度:表面 Cr₂O₃ 膜,连续抗氧化到约 950~1040℃——但这与强度无关;
  2. 长期承力设计区间650~815℃,涡轮盘、轴、紧固件的主场;
  3. 低应力上限:约 870℃,燃烧室类低应力静止件可以用到;
  4. 下限FCC 奥氏体无韧脆转变,低温无工程障碍,但低温承力件没有理由选它而不是 GH4169

一句话定位:GH4738 填补的是 GH4169 上限(650℃)与粉末冶金盘合金(约 950℃)之间的中温高应力空白。

七、焊接:应变时效裂纹是与 718 的分水岭

Al+Ti 总量约 4.3% γ′ 强化体系有一个与生俱来的风险:γ′ 析出动力学快,焊接热影响区在时效温度区间经历热循环时,晶界先析出碳化物、基体快速时效,局部延性枯竭,在拘束应力下开裂——即应变时效裂纹(strain-age cracking)。这是 A-286X-750Waspaloy 这一族高 Al+Ti 合金的共性难题,而 GH4738 Ti/Al 比高,敏感性居前。

工艺纪律因此非常明确:

  • 只在固溶态焊接,焊后做完整的"固溶+稳定化+时效",不能像 GH4169 那样焊后直接时效了事(718 篇强调过的"免中间消应力"红利,在 738 上完全不存在);
  • 焊材用同成分的 AMS 5828ERFeNiCr? 应为 AWS A5.14 ERNiCrCoMo-1 类同成分丝),君木常备 φ1.2φ1.6 两种规格;
  • 高应力主承力区避免设计焊缝,焊缝远离最大应力截面是选图阶段就要做决定的事。

把话说透:GH4738 不是"不可焊",而是"不为焊而生"。薄壁焊接结构请回到 GH3536GH5188 GH4099 这类固溶强化为主的板材体系——这也是第十章选型边界的核心逻辑。

八、加工成形要点

热加工窗口约 980~1170℃,上限之上热塑性骤降,下限之下因快速加工硬化而开裂,窗口比 GH4169 窄,环形件与盘件轧锻需要频繁回炉、快转移。终锻温度与固溶温度共同决定晶粒度,进而决定第五章那条性能取向线落在哪里——盘件采购把晶粒度 5 级或更细、级差 ≤2 级写进验收,管的就是这条链。

切削加工属于难加工梯队:固溶态最宜切削,加工面即刻冷作硬化,刀具不允许在切削区内停留;刚性装夹、正前角硬质合金、低转速大进给、充分冷却,是行业通行的工艺包。冷成形(薄带冲压、弹簧成形)在退火态进行,成形后必须做完整三阶段热处理——0.25mm 薄带退火态 HRB 93.5~95.5,时效后冲 HRC 39 量级,强度翻倍正是时效的收益,也意味着成形窗口只在退火态存在。

薄带供应由此形成一套与 GH4099 冷轧板"交货态只控上限"同源的分工哲学:弹性元件用的 0.2~0.5mm 带材以退火态交货,保的是成形窗口;强度由用户成形后的完整时效来兑现。若采购方误按"交货即高强"写单,要么拿到的是已经硬到冲不动的料,要么把时效工序漏在厂外——两种结果都是批量损失,下单前把"谁做时效"写进合同即可避免。

九、执行标准与产品形态

表 8 GH4738 相关标准体系

标准

覆盖范围

说明

GB/T 14992-2005 ( 2025  版已发布)

牌号与化学成分

只是牌号标准,不含力学与热处理要求

GB/T 40313-2021

变形高温合金盘锻件

含  GH4738  力学、持久、疲劳、晶粒度验收

AMS 5704

锻件(固溶+稳定化+时效态)

AMS 5706 / 5707 / 5708

棒、锻件、环件(三条固溶路线)

见第五章

AMS 5709

锻件、棒材(固溶+稳定化+时效态)

AMS 5544

板材、带材、薄板

AMS 5586

管材

AMS 5828

焊丝

同成分填充金属

ASTM B637

棒材、锻件(工业级)

 

这里要点破一个很多采购都踩过的坑:GB/T 14992 只是"牌号与成分"标准。君木 2023 年两单 GH738 冷轧板的合同验收条款写的正是"按照 GB/T 14992,并出具材质证明"——它保证的是化学成分对表,力学性能与热处理制度必须由产品标准(如 GB/T 40313)、企业技术条件(如质保书引用的 Q/S10-0429-2004 带材技术条件)或 AMS 规范来补位。采购单上只写 GB/T 14992 而不指定产品标准与热处理状态,等于力学验收是空白,这条在第十一章的核对清单里会再次出现。

质保书口径同样能反映文件深浅的差别:君木那批 0.25mm 冷带的质保书引用企业技术条件 Q/S10-0429-2004,交付了室温+540℃ 拉伸、双态硬度、晶粒度、弯曲、晶间腐蚀的完整数据组;而两单冷轧板按合同约定以 GB/T 14992 验收,材质单提供成分与交货状态,力学一栏留空。同一个牌号,三种文件深度——按用途点单,紧固件和转动件的采购文件深度必须向上看齐。

表 9 君木 GH4738/GH738 实际供货与采购记录

形态

规格( mm )

数量

业务方向

冷轧带

0.25 × C

68.1 kg

供货(弹性元件用薄带)

冷轧板

0.755 × 915 × 1320

7.5 kg

供货(四川远航华诚, JM230412-D2 )

冷轧板

1.0 × 1000 × 1000

8.8 kg

供货(四川远航华诚, JM230525-D2 )

焊丝

φ1.2 、 φ1.6 × C

各  10 kg

备货(新苏华, JM260716-D4 )

 

如需 GH4738 板带、焊丝的现货行情与质保书样本,可通过文末方式与上海君木联系,成分单与热处理制度可在合同阶段逐项确认。

十、应用地图与选型边界

表 10 GH4738 与相近牌号选型分工

牌号

强化机制

温度定位

适用形态

一句话分工

GH4738

γ′ ( Ti/Al≈2:1 )

650~815℃  承力

盘、环、棒、紧固件

中温高应力转动件

GH4169

γ″ + γ′

≤650℃

板、棒、带、管全形态

可焊性好、综合成本低的通用主力

GH4099

γ′ +固溶

900~950℃  板材

板、带、管

高温薄壁焊接结构件

GH5188

钴基固溶

≤980℃  板材

板、带

燃烧室类高温板材

 

应用地图:航空发动机与工业燃气轮机的涡轮盘、压气机盘、挡板、密封环、环形锻件、轴类与高温紧固件;燃气轮机导向器组件;涡轮增压器转子等 650~815℃ 高应力部位。

顺带看一眼 GB/T 14992 里的"47 系邻居"GH4710(原 GH710)、GH4742(原 GH742)与 GH4738 同属 γ′ 强化镍基盘件合金,成分同源、定位互补—— 738 的持久余量在某工况下吃紧,向上比较 GH4742(重载盘件常用)与 GH4710(工业燃机盘件、叶片常用)是自然的选择路径;反之若成本与焊接性优先,则下移到 GH4169。牌号族谱理清了,询价时报哪个号就不会摇摆。

不适用边界(选材时同样要敢写):

  • 长期承力超过 850℃ 的转动件——请上移到 FGH4095/FGH4096 粉末盘或定向凝固、单晶叶片合金,738 在这个区间持久寿命不够;
  • 薄壁焊接燃烧室与加力筒体——焊接性与成形性都不是 738 的主场,选 GH3536 / GH5188 / GH4099
  • 低温深冷承力件——GH4169 更经济且低温强度更高;
  • 强氧化性酸、高浓度氢氟酸等湿态腐蚀介质——这是耐蚀合金(C 系、825625)的地盘,738 的耐蚀设计只针对燃气氧化与热腐蚀。

十一、君木供应与采购核对要点

表 11 君木 GH738 冷带质保书实测(炉号 WCJ20-4082-1,0.25×C mm,退火交货)

项目

退火态(交货)

退火+时效 ¹

时效态  540℃

Rm ( MPa )

976 / 1007

1400 / 1390

1240 / 1240

Rp0.2 ( MPa )

505 / 537

1050 / 1040

990 / 970

A ( % )

53.4 / 52.8

36 / 32

27.0 / 24.5

硬度

93.5 / 95.5 HRB

39.0 / 39.5 HRC

晶粒度

7.5  级

弯曲 / 晶间腐蚀

合格

 

¹ 标准三阶段热处理后的复验数据;交货退火制度 1080℃ ×5min、喷氢快冷(连续炉);冶炼 VIMVAR

这张表的看点有两个:退火态到时效态,抗拉从约 1000 MPa 跳到 1400 MPa薄带的时效响应非常充分540℃ 中温断面仍保持 990 MPa 量级的屈服,这正是高温紧固件看中的中温保强度能力。

表 12 GH4738 采购核对清单

核对项

要点

牌号写法

GH738 / GH4738  并写,注明  GB/T 14992

产品标准

盘锻件对  GB/T 40313-2021 ;棒材对  AMS 5706/5707/5708  之一;板带对  AMS 5544  或企业技术条件

热处理制度

固溶温度(三选一)+ 845℃  稳定化+ 760℃  时效,逐段写入

冶炼路线

盘件 / 转动件  VIM + VAR ;带材  VIM + VAR  或  VIM + ESR

晶粒度

盘件平均  ≥5  级、级差  ≤2  级;薄带按技术条件

焊接件

明确固溶态焊接+焊后完整热处理,焊缝避开高应力区

质保文件

化学成分+力学+热处理炉次信息齐全的材质证明书

 

君木长期供应 GH4738/GH738 板材、带材、环形锻件与焊丝,支持按 AMSGB/T 40313 及企业技术条件组织检验与交付,质保与材质单随货同行。询价请明确牌号、规格、执行标准与热处理状态,以便快速核算。

联系我们 · Contact

项目

信息

核心联系方式

邮箱  jmsteelgroup@163.com |电话  +86-21-67885501

阿里巴巴店铺

junmualloy.1688.com

业务范围

镍基高温合金、耐蚀合金、特种不锈钢板 / 带 / 棒 / 丝 / 环形锻件

支持标准

GB/T 、 GJB 、 AMS 、 ASTM 、 ASME  等国内外标准订货

服务行业

航空航天、燃气轮机、化工、海洋工程、核电、换热器

询价提示

提供牌号、规格、执行标准与数量,可快速出具报价与材质单