K446 鎳基沉淀硬化型等軸晶鑄造高溫合金是一種綜合性能優(yōu)良的高溫合金，在高溫強(qiáng)度、抗氧化性和鑄造工藝性能之間實(shí)現(xiàn)了良好平衡，廣泛應(yīng)用于航空航天、能源動(dòng)力等領(lǐng)域的中高溫部件。

化學(xué)成分上，K446 合金以鎳為基體，占比約 60% - 65%，為合金提供了良好的韌性和穩(wěn)定性基礎(chǔ)。鉻元素含量為 15% - 17%，這一含量既能在高溫下形成穩(wěn)定的氧化膜，提供良好的抗氧化和抗腐蝕能力，又不會(huì)因鉻含量過(guò)高而導(dǎo)致 TCP 相析出，保證了合金的組織穩(wěn)定性。

鋁和鈦元素的總含量為 7% - 9%，其中鋁占 4.5% - 5.5%，鈦占 2.5% - 3.5%，二者形成的 γ' 強(qiáng)化相體積分?jǐn)?shù)約為 50% - 55%。這些 γ' 相顆粒均勻分布在基體中，與基體保持共格關(guān)系，能有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，為合金提供強(qiáng)大的沉淀強(qiáng)化效果，使合金在高溫下仍能保持較高的強(qiáng)度。

鎢元素含量為 4% - 5%，作為重要的固溶強(qiáng)化元素，鎢原子融入鎳基固溶體后會(huì)造成晶格畸變，增強(qiáng)原子間的結(jié)合力，從而提高合金的高溫強(qiáng)度和硬度，同時(shí)鎢還能提高合金的抗蠕變性能，尤其在 900℃以上的高溫環(huán)境中效果顯著。

合金中添加了 0.08% - 0.12% 的鈮元素，鈮與碳結(jié)合形成細(xì)小的 NbC 碳化物，這些碳化物彌散分布在晶內(nèi)和晶界，起到彌散強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化的雙重作用，進(jìn)一步提升了合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能。0.01% - 0.02% 的鋯元素則通過(guò)細(xì)化晶粒，使等軸晶晶粒度從 3 - 4 級(jí)細(xì)化至 5 - 6 級(jí)，提高合金的室溫塑性和沖擊韌性，使合金在承受沖擊載荷時(shí)不易斷裂。

性能方面，K446 合金的高溫力學(xué)性能尤為突出。室溫下，其抗拉強(qiáng)度達(dá) 1050MPa，屈服強(qiáng)度為 750MPa，延伸率 18%，硬度 HRC34 - 37，展現(xiàn)出良好的強(qiáng)韌性平衡。在 850℃高溫下，抗拉強(qiáng)度仍保持在 800MPa，屈服強(qiáng)度 580MPa，延伸率 10%；900℃時(shí)的抗拉強(qiáng)度為 680MPa，屈服強(qiáng)度 500MPa，延伸率 8%，完全滿足中高溫部件的強(qiáng)度要求。

在 850℃、250MPa 應(yīng)力下的持久試驗(yàn)中，K446 合金的斷裂時(shí)間超過(guò) 1600 小時(shí)，持久塑性達(dá) 4% - 5%，斷口呈韌性斷裂特征，存在大量韌窩，表明其在高溫下仍具有良好的塑性儲(chǔ)備?？谷渥冃阅軠y(cè)試顯示，在 900℃、150MPa 應(yīng)力下，1000 小時(shí)的蠕變變形量?jī)H為 0.6%，且蠕變曲線的第二階段（穩(wěn)態(tài)蠕變）持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，蠕變速率低，說(shuō)明合金在高溫下能長(zhǎng)期保持尺寸穩(wěn)定。

抗氧化性能方面，950℃靜態(tài)空氣中氧化 1000 小時(shí)后，氧化增重為 20g/m2，氧化膜由 Cr?O?和 Al?O?組成，雖有局部輕微剝落，但整體仍能有效保護(hù)基體，較同類型低鋁鈦合金的抗氧化性能提升約 25%。

鑄造工藝性能是 K446 合金的一大優(yōu)勢(shì)。在標(biāo)準(zhǔn)流動(dòng)性測(cè)試中，1500℃澆注溫度下，螺旋線長(zhǎng)度達(dá)到 600mm 以上，能夠輕松填充壁厚 1.5mm - 3mm 的復(fù)雜型腔，尤其適合制造帶有交錯(cuò)冷卻通道的部件，如燃?xì)廨啓C(jī)的渦輪導(dǎo)向葉片。葉片內(nèi)部通常設(shè)計(jì)有 10 - 20 條冷卻通道，最小直徑僅 3mm，K446 合金憑借優(yōu)異的流動(dòng)性，能確保這些通道完整成型，保證冷卻效果。

鑄件的尺寸精度可達(dá) CT5 - CT6 級(jí)，表面粗糙度 Ra≤1.6μm，內(nèi)部缺陷（如氣孔、縮松）等級(jí)控制在 2 級(jí)以下，鑄造合格率超過(guò) 90%，適合批量生產(chǎn)。熱疲勞性能測(cè)試顯示，在 850℃至室溫的冷熱循環(huán)中，經(jīng)過(guò) 500 次循環(huán)后，合金樣品的最大裂紋長(zhǎng)度僅為 0.3mm，熱疲勞壽命優(yōu)于多數(shù)同類型合金。

應(yīng)用場(chǎng)景上，K446 合金在航空航天領(lǐng)域主要用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室部件、渦輪導(dǎo)向葉片和高壓渦輪外環(huán)等。某型中等推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室火焰筒采用該合金鑄造，火焰筒工作溫度在 850℃ - 950℃之間，需承受燃?xì)獾母咚贈(zèng)_刷和劇烈的熱應(yīng)力，采用 K446 合金后，火焰筒的服役壽命達(dá)到 3500 小時(shí)，較原用合金提高了 700 小時(shí)。

在地面燃?xì)廨啓C(jī)中，K446 合金用于制造一級(jí)渦輪導(dǎo)向葉片和燃燒室過(guò)渡段，在某型 100MW 燃?xì)廨啓C(jī)中，這些部件在 900℃的工作環(huán)境下，服役 25000 小時(shí)后仍無(wú)明顯腐蝕和變形，大大降低了設(shè)備的維護(hù)成本。

在石油化工領(lǐng)域，K446 合金制成的高溫反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)件，如攪拌軸、熱電偶保護(hù)套管等，在 850℃、高壓含硫環(huán)境中，抗腐蝕和抗蠕變性能優(yōu)異，5 年服役后仍能保持良好的性能，確保反應(yīng)器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

生產(chǎn)工藝上，K446 合金采用真空感應(yīng)爐熔煉母合金，熔煉溫度控制在 1550℃ - 1580℃，保溫時(shí)間 3 小時(shí)，確保合金元素充分溶解并均勻分布。由于鎢元素熔點(diǎn)高，熔煉時(shí)需先將鎢制成鎢鎳合金塊，再加入爐中，以促進(jìn)其溶解。

鑄造采用熔模精密鑄造工藝，蠟?zāi)２捎弥袦叵灹?，通過(guò)組合壓型成型復(fù)雜部件，模殼采用多層涂掛工藝，面層使用熔融石英砂，背層使用莫來(lái)石砂，焙燒溫度控制在 1050℃，以保證模殼強(qiáng)度和透氣性。

澆注溫度根據(jù)鑄件厚度調(diào)整在 1490℃ - 1520℃，澆注速度控制在 8 - 12kg/s，采用底注式澆注系統(tǒng)，確保金屬液平穩(wěn)充型，減少卷渣和氣孔。對(duì)于大型部件，如直徑超過(guò) 1m 的渦輪外環(huán)，采用階梯式澆道，控制金屬液的充型速度和順序。

熱處理工藝為 “1120℃×4h 固溶處理 + 空冷 + 850℃×20h 時(shí)效處理 + 空冷”，固溶處理使合金元素充分溶解，時(shí)效處理促進(jìn) γ' 相均勻析出，控制 γ' 相尺寸在 0.3 - 0.5μm，確保合金性能達(dá)到最佳狀態(tài)。熱處理后的鑄件需進(jìn)行 100% 熒光滲透檢測(cè)，確保表面無(wú)裂紋等缺陷。