高温合金通常是指能够存在的 600~1200°C能在高机械应力下长期工作的合金材料在高机械应力下长期工作。

　　高温合金不强调耐温指标。耐受性高于高温合金的材料有很多，如难熔合金、陶瓷和碳复合材料。高温合金最根本的特点是一定温度下的高强度。以普通建筑钢材为例，室温下强度高，但建筑火灾燃烧时强度急剧下降，导致建筑倒塌。高温合金的优点是在 600~1200°C它在高温下仍能保持高强度和硬度，以承受高负荷。因此，俄罗斯热强合金，欧美叫超合金。(superalloy)。

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　　普通钢含有十多种化学元素，而高温合金通常含有十多种 30-40 高温合金之所以能在高温下保持高强度和硬度，主要是因为这些元素在组织中起着作用。

　　1)分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温冶金。

　　1)分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末高温冶金。

　　2)分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。3)分为固溶强化、及时强化、氧化物弥散强化和晶界强化。

　　在工艺分类方面，变形高温合金最广泛，占比最大 二是铸造高温合金，占70% 20%。镍基高温合金以合金为主要元素，应用最广泛，占比最大 80%，其次是镍-铁基，占比 钴基比例最小，14.3% 5.7%。

　　高温合金最早诞生 20 美国在世纪初被用作车站的防腐支架。二战以来，高温合金的发展进入了快速发展的时期。镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金已成功广泛应用。

　　目前，镍基高温合金是现代航空发动机、航天器、火箭发动机、船舶和工业燃气轮机的关键热端部件（如涡轮叶片、导向叶片、涡轮板、燃烧室等）。是核反应堆、化工设备、煤炭转化技术等方面所需的重要高温结构材料。

　　高温合金的发展主要经历了几个阶段：20世纪 40 40-50年代提出概念 喷气发动机的应用于20世纪50-60年代实现 真空熔炼技术在60-70年代取得了重大进展 70年代集中在合金化上 主要从事工艺研究，定向凝固、单晶合金、粉末冶金、机械合金化、陶瓷过滤等新工艺已成为高温合金发展的主要动力，其中定向凝固工艺制备的单晶合金尤为重要，广泛应用于航空发动机涡轮叶片。

　　二十世纪 80 自20世纪以来，数值模拟研究在国内外得到了广泛的发展，并在此基础上进行了显微组织和冶金缺陷预测研究。

　　二十世纪 80 自20世纪以来，数值模拟研究在国内外得到了广泛的发展，并在此基础上进行了显微组织和冶金缺陷预测研究。

　　经过近一个世纪的发展，国外有几十家实力雄厚的高温合金研发企业，承温能力提高到 1140°C，金属材料的温度极限已接近。

　　镍基高温合金在整个高温合金领域占有特别重要的地位。镍基合金比铁基和钴基合金具有更好的高温性能、良好的抗氧化性和耐腐蚀性。镍基高温合金是高温合金中应用最广泛、高温强度最高的合金。

　　主要原因是镍基合金能溶解更多的合金元素，保持良好的组织稳定性；二是形成共格有序 A3B 型金属间化合物[Ni3(Al,Ti)]作为强化相，有效强化合金获得高温强度高于铁基高温合金和钴基高温合金；第三，铬镍基高温合金比铁基高温合金具有更好的抗氧化性和耐燃气腐蚀性。镍基高温合金的发展决定了航空涡轮发动机和航空工业的发展。镍基单晶合金的使用温度接近合金熔点 90%已成为当代先进航空发动机热端部件不可替代的重要结构材料。

　　镍基高温合金含有十多种元素，在高温合金的性能中起着关键作用。以铸造镍基高温合金为例，铸造镍基高温合金γ添加铝、钛、铌、钽等相对基体γ加强相，γ相数较多，有的合金高达 60%；钴可以增加γ相溶解温度，提高合金使用温度；钼、钨、铬具有加强固溶体的作用，铬、钼、钽也能形成一系列碳化物，加强晶体边界；铝、铬有助于抗氧化，但铬会降低γ溶解度和高温强度，因此铬含量应较低；提高合金的中温塑性和强度；添加适量的硼、锆等元素，以增强晶界。研究表明，GMR235铸态合金含碳量 0.18%时，高温耐久性和抗拉强度最大，塑性好。研究表明，GMR235铸态合金含碳量 0.18%时，高温耐久性和抗拉强度最大，塑性好。添加硼和锆的合金耐久性显著提高，合金枝晶间距减小，碳化物沉淀减少，碳化物颗粒细化，各方面性能提高。

　　镍基高温合金是 20 世纪 30 年代末开始发展。英国于 1941 第一年生产镍基高温合金 Nimonic75.为了提高蠕变性，添加了铝并开发出来 Nimonic80。美国于40 苏联在年中 40 年底，中国于 50 年中还开发了镍基合金。

　　镍基合金的发展包括合金成分的改进和生产工艺的创新。50 20世纪初，真空熔炼技术的发展为含有高铝和钛的镍基合金的炼制创造了条件。早期镍基合金多为变形合金 20世纪末，由于涡轮叶片工作温度的提高，合金需要更高的高温，但合金强度高，难以变形，甚至不能变形。因此，采用熔模精密铸造工艺，开发了一系列高温强度好的铸造合金。60 在20世纪中期开发了更好的定向晶体、单晶高温合金和粉末冶金高温合金。为满足船舶和工业燃气轮机的需要，60 自20世纪以来，开发了一批耐热性好、组织稳定的高铬镍基合金。在从 40 年代初到 70 年代末大约 40 镍基合金的工作温度在年内从 700°C提高到 1100°C，平均每年都在增加 10°C 左右。

　　镍基高温合金可分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金。

　　变形高温合金是高温合金中应用最广泛的一种 70%。变形高温合金主要采用传统的锻造、轧制、挤压等冷热变形手段。我国镍基变形高温合金采用拼音字母 GH 加序号表示，如 GH4169、GH141 等。

　　高温合金塑性低，变形阻力大，普通热加工方法难以变形。因此，需要采用钢锭直接轧制、钢锭包装直接轧制、墩饼包装等新工艺，以及镁微合金化和弯曲晶界热处理工艺，以提高塑性。

　　随着使用温度和强度的提高，高温合金的合金化程度越来越高，热加工成型越来越困难，必须采用铸造工艺。此外，空心叶片中复杂冷却技术的复杂型腔只能采用精密铸造工艺生产，因此镍基铸造高温合金在实际生产应用中是必不可少的。铸造高温合金也被广泛使用，约占比 20%。如国内铸造高温合金K加序号， K1、K2 等。

　　随着耐热合金的工作温度越来越高，合金中的强化元素越来越多，成分也越来越复杂，导致部分合金只能在铸造状态下使用，不能热加工变形。此外，合金元素的增加严重分析了镍基合金凝固后的成分，导致组织和性能不均匀。上述问题可通过粉末冶金工艺生产来解决。由于粉末颗粒小，制粉时冷却速度快，消除了偏析，提高了热加工性能，将只能铸造的合金转化为可热加工的变形高温合金，提高了屈服强度和疲劳性能。粉末高温合金为生产高强度合金创造了新的途径。目前，国内粉末高温合金已应用于涡轮盘、压气机盘等先进型号发动机的重要组成部分。

　　航空发展集团航空材料研究所生产的粉末涡轮盘和空心单晶叶片

　　涡轮喷气式航空发动机和燃气轮机

　　涡轮喷气式航空发动机是各种军用飞机、民用飞机和巡航导弹的动力装置。燃气轮机是现代大型军舰的首选动力装置。燃气轮机的主要竞争对手是柴油机和蒸汽轮机。但由于燃气轮机具有功率密度高、启动速度快、噪声低等先天优点，更符合军舰动力系统的性能要求，燃气轮机已成为各国军舰动力系统发展的首选。本节讨论了燃气轮机和航空涡轮喷气发动机的工作原理与核心机基本相同。

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　　高温合金在航空发动机中的应用

　　航空发动机高温合金结构件

　　火箭发动机是运载火箭和弹道导弹的动力装置，火箭发动机按推进剂型分为固体火箭发动机和液体火箭发动机。

　　高温合金在固体火箭发动机中的使用较少。主要由药柱、燃烧室(外壳)、喷嘴组件和点火装置组成的固体火箭发动机结构相对简单。燃烧室必须承受促进剂燃烧 2500~3500°C压力通常是高温 1~20MPa，一般采用高强度合金钢、钛合金或复合材料制成，药柱与燃烧内壁之间设有隔热衬。

　　到目前为止，固体火箭发动机外壳材料一般经历了四代发展过程，第一代是金属材料；第二代是玻璃纤维复合材料；第三代是有机芳纶复合材料；第四代是高强度中模碳纤维复合材料。

　　由于固体火箭发动机结构简单，内部无旋转部件，工作时间通常较短，虽然温度过高，但结构部件负荷较低，固体火箭发动机对高温、高负荷、长期工作特性的高温合金需求较少。

　　固体火箭发动机和液体火箭发动机

　　我国高温合金的发展可分为三个阶段

　　世界上只有 4 在美国、英国、俄罗斯、中国等国家形成了自己的高温合金体系。自 1956 第一炉高温合金 GH3030 到目前为止，我国高温合金的研究、生产和应用已经历过 50 多年的发展历程。回顾 50 多年来，我国高温合金从零开始，从模仿到独立创新，合金耐温性从低到高，应用先进技术、新材料开发、生产技术和产品质量，建立和完善我国高温合金体系，使我国航空航天工业生产发展所需的高温合金材料，也为其他工业部门的发展提供所需的高温材料。

　　历经 50 经过多年的发展，我国已形成了生产设备相对先进、规模较大的生产基地。变形高温合金厂：东北特种钢集团抚顺特种钢公司、宝钢特种钢业务部、攀钢集团长城特种钢公司；锻件热加工厂：西南铝公司、第二重型机械集团万航模锻厂，中航工业宏远航空锻造公司和安达航空锻造公司(均为中航重机子公司)；中国航空发动机集团各航空发动机公司生产精密铸件的精密铸造厂；还形成了一批研究水平高、研究手段齐全的科研单位:钢研高钠(原钢铁研究院高温合金研究所)、北京航空材料研究所(621) 中国科学院金属研究所，北京科技大学、东北大学、西北理工大学等。

　　全球高温合金市场概况

　　2012 年，全球高温合金消费量为 28 占钢铁总消耗量的万吨 0.02%的市场规模达到1000 亿美元。高温合金价格远高于其他钢铁品种，均价为 1.6 航空航天高端产品价格可达1万美元/吨 3.6 一万美元/吨远高于不锈钢 0.33 粗钢每吨1万美元 0.07 万美元/吨。高温合金价格远高于其他钢铁品种，均价为 1.6 航空航天高端产品价格可达1万美元/吨 3.6 一万美元/吨远高于不锈钢 0.33 粗钢每吨1万美元 0.07 万美元/吨。

　　高温合金广泛应用于各个领域，其中航空航天领域占一半以上 55%。二是电力领域，占比 20%。

　　能够在全球范围内生产航空航天高温合金的企业不得超过 50 家主要集中在美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本和中国。发达国家一般以高温合金产品为战略军事物资，很少出口。

　　美、德、法、日是世界上高温合金的主要生产国。抚顺特钢产量居世界前列，国内上钢五厂(即宝钢特钢) 30 但总体而言，国内产量较低，总产量不到全球产量的十分之一。

　　2009 我国高温合金材料年产量 1 需求达到1万吨左右 2 万吨以上。到。到 2013年，市场供应变化不大，但需求增长至 3 万吨左右。截止 2016年，国内高温合金产量达到 2 万

　　吨左右。

　　2009 高端新型高温合金在中国航空航天和发电领域的市场需求是 后面有3000多吨 5~10 年内，每年呈现 速度增长超过15%。保守估计 2017年，航空航天和发电领域高端高温合金的市场需求已经达到 9000 吨以上。

　　军用航空发动机、船舶燃气轮机和巡航导弹航空发动机是我国高温合金领域最确定的刚性需求。

　　目前，全球民航机队使用的航空发动机基本上是罗罗，GE、普惠(及其合资公司 CFMI、IAE)三大航发制造巨头垄断，很少从中国高温合金开发企业购买高温合金产品。中航工业商业为中国自主研发的大型飞机 C919 预计2025年将提供发动机 年服役。

　　因此，我国高温合金开发企业短期内进入民航发动机领域的阻力较大。在军用航空发动机领域，由于军事产品的特殊性，外国企业进入国内军事产品市场存在自然障碍。此外，经过多年的发展，我国高温合金拥有多个基础品牌，国外高温合金企业难以进入我国军事市场。

　　目前，军事领域高温合金的应用方向主要是军用飞机航空发动机、船舶燃气轮机和巡航导弹航空发动机。军用高温合金市场空间的初步计算。

　　虽然与国外先进水平仍存在差距，但从近年来的公共信息来看，我国高温合金及其产品的开发和生产单位取得了巨大进展。目前的技术能力和生产水平基本上可以支持先进航空发动机、燃气轮机等产品型号的发展。

　　? 国内军用高温合金母合金的主要供应商，上游母合金材料主要包括抚顺特钢、钢铁研究高钠、航空材料研究所、中国科学院金属研究所及其控股企业、新兴民营企业图南股份。精密铸造企业主要有高钠、航空材料研究所、中航精密铸造、图南股份、中科三耐、江苏永汉等新兴企业。锻件制造商主要包括陕西宏远、贵州安达、中国铝业西南铝业、万航模锻、无锡、贵州航空科技等新兴企业。

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