半个世纪以来，中国发展并形成了许多镍基高温合金体系，以满足日益增长的电力、运输、航空和航空航天行业的需求，特别是镍基高温合金的发展，为中国航空发动机性能的显著提高做出了重大贡献。简要介绍了镍基高温合金的发展过程，总结了近年来镍基高温合金的研究进展，探讨了镍基高温合金的应用和发展趋势。高温合金用于现代燃气涡轮发动机50%以上的优质材料，其中镍基高温合金用量约占发动机材料的40%。镍基合金在中高温下综合性能优异。适用于长期高温工作，具有耐腐蚀性和耐磨性。它是最复杂的合金，广泛应用于高温零件，也是许多冶金工人对所有超合金最感兴趣的合金。镍基高温合金主要用于航空航天领域950~1050℃航空发动机工作叶片、涡轮板、燃烧室等结构部件。因此，研究镍基高温合金对我国航空航天的发展具有重要意义。1 镍基高温合金以镍为基体(含量一般大于50%)，650~1000℃高温合金强度高，抗氧化性好，耐燃气腐蚀性好。它是在Cr20Ni在80合金的基础上发展，以满足1000，℃在气体介质中添加如高温热强度(高温强度、蠕变阻力、高温疲劳强度)和大量的强化元素，如W、Mo、Ti、Al、Nb、Co确保其优越的高温性能。除了固溶强化，高温合金更依赖于Al、Ti等与Ni形成金属间化合物γ′相(Ni3Al或Ni3Ti等)沉淀强化和部分小稳定MC、M23C碳化物晶体内弥散强化B、Zr、Re净化和加强晶界Cr目的是进一步提高高温合金的抗氧化性和耐高温腐蚀性。镍基高温合金综合性能好，已广泛应用于航空航天、汽车、通信和电子工业部门。随着镍基合金潜在性能的探索，研究人员对其使用性能提出了更高的要求，国内外学者开发了等温锻造、挤压变形、包装变形等镍基合金的新加工工艺。2 镍基高温合金在整个高温合金领域发挥着特别重要的作用。它的开发和使用始于20世纪30年代末，是在喷气飞机对高温合金性能提出更高要求的背景下发展起来的。1941年，英国首次生产镍基合金Nimonic75(Ni-20Cr-0.4Ti)，为了提高蠕变强度，增加铝Nimonic80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。20世纪40年代中期，苏联在20世纪40年代末开发了镍基高温合金。镍基高温合金的发展包括合金成分的改进和生产工艺的创新。20世纪50年代初，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；20世纪50年代末，采用熔模精密铸造工艺，开发了一系列高温强度良好的铸造合金；自20世纪60年代以来，还开发了一批耐热性好、组织稳定的高铬镍基合金。镍基合金的工作温度从40年代初到70年代末约为40年代℃提高到1100℃，平均每年增加10℃左右。镍基合金的工作温度从40年代初到70年代末约为40年代℃提高到1100℃，平均每年增加10℃左右。镍基高温合金的发展趋势如图1所示。

　　图1 镍基高温合金发展趋势3 镍基高温合金性能研究3.1 镍基高温合金的力学性能研究于20世纪70年代，B.H.Kean在进行持久实验时，发现挤压比为16:1In-100合金，在1040℃实验温度下的延伸率为1330%，这与合金中沉淀的第二相粒子控制晶粒的生长有关。粉末高温合金由于其细晶组织，更容易获得超塑性In-100、In-713、U-通过粉末冶金，700等镍基高温合金可获得超塑性，延伸率可达1000%。也可以通过快速凝固实现高温合金晶粒的细化，从而获得组织超塑性。500~600毛雪平等℃镍基合金在高温条件下C276分析了温度对弹性模量、屈服应力、断裂强度和伸长率的影响C276在高温下屈服流变，塑性好。3.2 镍基高温合金在高温条件下氧化可靠Al2O3和Cr2O3.镍基合金必须含有这两种元素之一或两种，特别是当强度不是合金的主要要求时，应特别注意合金的耐高温氧化热腐蚀性。虽然高温合金的高温氧化行为非常复杂，但高温合金的氧化性能因合金元素的含量而异，但高温合金的抗氧化能力通常表现为氧化动力学和氧化膜的组成变化。赵越等着研究K447在700~950℃恒温氧化发现其氧化动力学符合抛物线规律：900℃以下是900~950的完全抗氧化等级℃而且抗氧化K氧化膜分为三层，外层疏松Cr2O3和TiO含少量混合物NiO及NiCr2O尖晶石；中间层是Cr2O三、内氧化物层是Al2O3并含有少量TiN，随着温度的升高，表面氧化物颗粒变大，导致表面松动，氧化反应加快。利用静态增重法研究950种新型镍基高温合金℃氧化发现氧化动力学也遵循抛物线的规律，在氧化过程中发生内部氧化Cr2O三为主，并含有(Co，Ni)Cr2O4、Al2O3及TiO2。薛茂全在研究MoS800镍基高温合金℃发现恒温氧化100h之后，由于合金表面的氧化Cr2O3和NICr2O四、保护膜逐渐抑制氧化过程MoS因此，合金产生的氧化分解和挥发性增加MoS2.添加不利于材料的抗氧化性。3.3 镍基高温合金疲劳行为研究在实际应用中，各部件承受高温、高应力，特别是在启动、加速或减速、快速加热或冷却各种瞬时热应力和机械应力，导致局部塑性变形和疲劳影响部件寿命，因此研究其高温疲劳行为。何卫锋等正在研究激光冲击工艺GH根据742镍基高温合金疲劳性能的影响，激光冲击强化可延长镍基高温合金抗拉疲劳寿命316倍以上，振动疲劳寿命214倍，残余压应力深度110倍mm。当435室温旋转弯曲疲劳时，研究铸造镍基高温合金的郭晓光发现应力比R=-1，转速为5000r/min(8313Hz)在实验室静态空气介质环境中，K435合金室温旋转弯曲疲劳极限为220MPa，裂纹主要发生在样品表面或近表面缺陷处，主要由裂纹萌生区、裂纹稳态扩展区和瞬时断裂区组成。黄志伟正在研究铸造镍基高温合金M963高温低周疲劳发现高温氧化作用在同一总应变范围内，M由于合金强度高，延性低，变形以弹性为主，M963合金塑性应变幅度低，过渡疲劳寿命低。余慧臣发现，760温度对合金变形有明显影响，因为合金在不同温度范围内有不同的微变形机制℃以下合金为850循环硬化℃和980℃时间表现为循环软化。3.4 研究镍基高温合金的高温蠕变作为温度T≥(0.3~0.5)Tm与时间相关的塑性变形发生在恒定载荷的连续作用下。3.4 研究镍基高温合金的高温蠕变作为温度T≥(0.3~0.5)Tm当材料在恒定载荷的连续作用下发生与时间相关的塑性变形时。事实上，原子热运动在高温下加剧，使位错从障碍物中解放，导致蠕变。在分析镍基单晶合金的拉伸蠕变特性时，水利发现980~1020℃、200~280MPa蠕变曲线由初始、稳态和加速蠕变组成γ′从最初的立方体形态演变为垂直于应力轴N-筏形；初始阶段位错在基体八面体滑移系中运动；不同的柏氏矢量位错在稳态阶段相遇，反应形成位错网；蠕变末期，应力集中导致位错网大量损坏γ′这是合金蠕变断裂的主要原因。在研究热处理对镍基单晶高温合金高温蠕变性能的影响时，李楠发现尺寸为0.4μm左右立方，规则排列γ′高温蠕变性能好，小γ′相和较大的γ′均匀性不利于合金在高温下的蠕变性能。在研究热处理对镍基单晶高温合金高温蠕变性能的影响时，李楠发现尺寸为0.4μm左右立方，规则排列γ′高温蠕变性能好，小γ′相和较大的γ′均匀性不利于合金在高温下的蠕变性能。二次及时处理对提高合金的高温蠕变强度影响不大。筏形组织的改进影响了合金在高温下的蠕变性能γ′不利于提高合金的高温蠕变性能。4 镍基高温合金强化研究4.1 热处理合金二相粒子γ′探索合适的热处理系统，对控制和稳定合金的微组织，提高合金的高温性能具有积极意义。经过长期的反复研究，时效强化的本质是从过饱和固溶体中沉淀许多非常小的沉淀颗粒，形成一些小的溶质原子富集区。固体溶解处理前，必须严格控制加热温度，使溶质原子在不导致合金熔化的情况下最大限度地溶解在固体溶解体中。在人工及时处理中，必须严格控制加热温度和保温时间，以达到理想的强化效果；生产有时采用分段限制，即在室温或略高于室温的温度下保温一段时间，然后在较高温度下保温一段时间。官秀荣在研究新型高温合金的固溶处理条件和高温时效时，发现高温时效4h因为γ′方度好，尺寸小(150~320nM)，延长时间，γ′长大，继续延长时间，γ′边缘开始钝化。在研究新型镍基高温合金长期时效后的组织稳定性和高温性能时，发现合金为850℃时效4000h之后，主要沉淀相对γ′相、MC和微量的M23C没有长条η相和脆化相σ经分析，合金组织稳定，强度明显高于原合金。林万明在研究高温时效对高温镍基合金沉淀强化的影响时，发现经过一定时间的处理，γ′沉淀强化相呈球形分散γ温度随时升高，γ′沉淀相颗粒粗化，降低合金屈服强度，提高拉伸塑性；随着时间限制的延长，合金屈服强度增加，但时间限制超过1万h屈服强度和伸长率开始下降。在研究热处理过程中，当403镍基高温合金的组织和性能受到影响时，姜帅峰等K发现合金经过1140℃、1180℃不完全固溶后，组织大小为2 种尺寸的γ′相；经过1210℃完全固溶后，空冷，均匀沉淀0.2μM的γ′经过1190年，合金的抗拉强度和硬度有所提高℃，4h，AC 940℃，16h，AC处理后，合金具有最佳的抗拉强度和硬度；1190℃，4h，AC 980℃，16h，AC处理后，γ′相长大到0.6μM，合金硬度相对下降。4.2 由于镍基高温合金成分非常复杂，含有铬、铝等活性元素，氧化或热腐蚀环境中高温合金零件表面化学不稳定，机械加工零件表面留下加工硬化或残余应力等表面缺陷，对高温合金零件的化学性能和机械性能有非常不利的影响。4.2 由于镍基高温合金成分非常复杂，含有铬、铝等活性元素，高温合金零件表面在氧化或热腐蚀环境中表现为表面化学不稳定，机械加工零件表面留下加工硬化或残余应力等表面缺陷，对高温合金零件的化学性能和机械性能有非常不利的影响。为消除这些影响，经常采取表面保护、喷丸处理、表面颗粒细化和表面改性等措施。喷丸强化是提高工业疲劳性能的常用表面改性技术。高玉魁发现喷丸强化可以延长DD随着温度的升高，单晶高温合金的疲劳寿命降低。在实际应用中，发现喷丸处理对材料强化效果差，合金疲劳性能略有提高。随着高能脉冲激光制造水平的提高，激光冲击强化技术的发展无疑是一种理想的替代方法。它是一种新型的金属表面强化技术，通过强激光诱导的冲击波将残余压力应力引入金属表面，抑制疲劳裂纹的萌发。在研究激光冲击对镍基合金疲劳行为的影响时，王成发现激光冲击处理的强化效应可以大大降低裂纹膨胀率，延缓疲劳裂纹的发生，抑制裂纹的膨胀。在某些强化区域，应力强度因子的门槛值可以显著提高，材料的疲劳性能可以显著提高。此外，激光冲击强化可以细化材料的内部晶粒，延长材料的疲劳寿命1.5~4倍。4.3 镍基高温合金可以溶解更多的合金元素，如Cr、W、Mo、Co、Si、Fe、Al、Ti、B、Nb、Ta、Hf等等。在基体中添加这些合金元素会产生合金强化效应，影响镍基高温合金的性能，改善合金组织.3.1 RE在镍基合金中加入微量稀土元素，可提高合金的热加工性能和抗氧化性能。在研究稀土对镍基高温合金性能的影响的电子理论中，周永军发现稀土和杂质硫相互吸引，分散和固定部分杂质，可以提高合金的高温性能.3.2 C最近的研究发现，添加碳可以净化合物

　　金液能提高合金的耐腐蚀性，降低再结晶的概率。微量添加碳也有助于降低合金缩孔含量。在研究碳对单晶镍基高温合金铸造组织的影响时，刘丽荣发现，随着碳含量的增加，合金的初始熔化温度逐渐降低，共晶数量和尺寸逐渐增加，碳化物的形状从斑点变为斑点和骨架的网状结构，分支间距变化较大，分支间距变化较小，W 和Al元素偏析减少，Ta和Mo元素偏析增加。薛茂全正在研究900种镍基高温合金的石墨含量℃当发现石墨含量低(0%、3%)时，镍基合金氧化动力学符合抛物线规律，表面氧化膜无剥落；当石墨含量为0%时，合金氧化膜由合金氧化膜制成Cr2O3和NiCr2O4.当石墨含量为3%时，合金氧化膜由合金氧化膜组成Cr2O3.当石墨含量增加到6%时，大量石墨的氧化分解导致合金初始氧化严重，石墨分解孔加速氧化反应过程。4.3.3 Cr为了保持合金的组织稳定性，第二代和第三代单晶高温合金不得不提高不熔金属元素，降低元素Cr的含量，Cr持续降低含量会损害合金的抗氧化性和耐腐蚀性，并在第四代镍基单晶高温合金中引入新的合金元素Ru，能提高镍基高温合金的液相线温度，提高合金的高温蠕变性能和组织稳定性，类似于第三代单晶高温合金，第四代单晶高温合金Cr2%~4%的质量分数仍然较低。目前国内外对高Cr Ru镍基高温合金的研究仍然非常有限。目前国内外对高Cr Ru镍基高温合金的研究仍然非常有限。石立鹏等人正在研究高温合金Ru和高Cr对镍基高温合金组织稳定性的影响Cr能促进TCP而高Ru的添加在高Cr能有效抑制合金TCP从而提高组织稳定性。4.3.4 其它元素Al、Ti和Ta元素是近年来单晶高温合金发展的重要元素。Al和Ti是γ′同时形成元素Ti也是MC碳化物形成元素；Ta可替换部分Al和Ti而进入γ′也与碳形成稳定TaC，绝大多数单晶高温合金只有微量碳Ta几乎都进入γ′相。因此，Al、Ti和Ta是γ′相形成和强化元素的含量可以决定合金的强化相γ′百分含量及其强化程度。刘丽荣等待研究Al、Ti和Ta随着镍基单晶高温合金时效组织含量的影响Al、Ti、Ta热处理后总量增加γ′从圆形到立方形再到不规则形状，γ′和γ两相的错配度γ′950后，相形成元素加入量逐渐增加℃直到1000hγ′相也没有形筏。在1050℃、500h长期时效后，部分合金与木筏连接，但错配度最小，合金最大A E没有形筏，但尺寸明显增大，高Al、Ti和Ta含量合金E在持久试验过程中沉淀大量富含量W 和Mo的μ相。5 镍基高温合金的应用及发展趋势5.1 镍基高温合金在航空航天发动机中的应用条件为600~1200℃，应力复杂，材料要求严格；镍基高温合金耐热强度足够高，塑性好，耐高温氧化和气体腐蚀，组织稳定性长。因此，镍基高温合金主要用于制造涡轮发动机热端部件和航空火箭发动机的各种高温部件。在航空涡轮发动机中，镍基高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮板；除发动机轴、燃烧室隔板、涡轮进气管和喷灌外，还主要用于航空航天火箭发动机。随着我国工业化的发展，镍基高温合金逐渐应用于能源、运输、石化、冶金矿山、玻璃建材等民用工业部门。目前，镍基高温合金主要用于柴油机和内燃机增压涡轮、工业燃气轮机、内燃机阀座、转向辊等.2 从使用和发展的角度分析镍基高温合金的发展趋势，必须向低密度方向发展镍基高温合金的发展趋势。(1)追求高强度。添加适量Al、Ti、Ta，保证γ′强化相的数量；增加大量W、Mo、Re难熔金属元素也是提高强度的有效途径。但为了保持良好的组织稳定性，不沉淀σ、μ加入新一代合金等有害相Ru提高合金的组织稳定性。(2)开发具有优异耐热性和耐腐蚀性的单晶合金。添加适量W、Ta等待难熔金属，确保高Cr内容。(3)开发低密度单晶合金。从航空发动机设计的角度来看，密度高的合金很难有所作为，尤其是对动叶片，离心力大。因此，应开发低密度单晶高温合金，如CMSX-6、RR2000、TMS-61、AM-3、ONERAM-3等，其中的RR事实上，2000单晶合金是在IN100(K17)以合金为基础，密度为7.87g/cm3。6 结论镍基高温合金在整个高温合金领域占有特别重要的地位。镍基高温合金的发展势在必行。镍基高温合金是航空工业中使用的重要金属材料。随着飞机发动机和满足高峰负荷发电要求的工业燃气轮机的出现，所用材料应具有抗疲劳、抗热疲劳、热膨胀系数低、弹性模量高、密度低等综合性能。因此，高温合金的发展具有较高的耐热性和耐腐蚀性，对我国航空工业的发展具有重要意义。