高溫合金通常是指能夠存在的 600~1200°C能在高機(jī)械應(yīng)力下長(zhǎng)期工作的合金材料在高機(jī)械應(yīng)力下長(zhǎng)期工作。

　　高溫合金不強(qiáng)調(diào)耐溫指標(biāo)。耐受性高于高溫合金的材料有很多，如難熔合金、陶瓷和碳復(fù)合材料。高溫合金最根本的特點(diǎn)是一定溫度下的高強(qiáng)度。以普通建筑鋼材為例，室溫下強(qiáng)度高，但建筑火災(zāi)燃燒時(shí)強(qiáng)度急劇下降，導(dǎo)致建筑倒塌。高溫合金的優(yōu)點(diǎn)是在 600~1200°C它在高溫下仍能保持高強(qiáng)度和硬度，以承受高負(fù)荷。因此，俄羅斯熱強(qiáng)合金，歐美叫超合金。(superalloy)。

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　　普通鋼含有十多種化學(xué)元素，而高溫合金通常含有十多種 30-40 高溫合金之所以能在高溫下保持高強(qiáng)度和硬度，主要是因?yàn)檫@些元素在組織中起著作用。

　　1)分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫冶金。

　　1)分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫冶金。

　　2)分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。3)分為固溶強(qiáng)化、及時(shí)強(qiáng)化、氧化物彌散強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化。

　　在工藝分類方面，變形高溫合金最廣泛，占比最大 二是鑄造高溫合金，占70% 20%。鎳基高溫合金以合金為主要元素，應(yīng)用最廣泛，占比最大 80%，其次是鎳-鐵基，占比 鈷基比例最小，14.3% 5.7%。

　　高溫合金最早誕生 20 美國(guó)在世紀(jì)初被用作車站的防腐支架。二戰(zhàn)以來(lái)，高溫合金的發(fā)展進(jìn)入了快速發(fā)展的時(shí)期。鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金已成功廣泛應(yīng)用。

　　目前，鎳基高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)、航天器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的關(guān)鍵熱端部件（如渦輪葉片、導(dǎo)向葉片、渦輪板、燃燒室等）。是核反應(yīng)堆、化工設(shè)備、煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)等方面所需的重要高溫結(jié)構(gòu)材料。

　　高溫合金的發(fā)展主要經(jīng)歷了幾個(gè)階段：20世紀(jì) 40 40-50年代提出概念 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用于20世紀(jì)50-60年代實(shí)現(xiàn) 真空熔煉技術(shù)在60-70年代取得了重大進(jìn)展 70年代集中在合金化上 主要從事工藝研究，定向凝固、單晶合金、粉末冶金、機(jī)械合金化、陶瓷過(guò)濾等新工藝已成為高溫合金發(fā)展的主要?jiǎng)恿?，其中定向凝固工藝制備的單晶合金尤為重要，廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片。

　　二十世紀(jì) 80 自20世紀(jì)以來(lái)，數(shù)值模擬研究在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了顯微組織和冶金缺陷預(yù)測(cè)研究。

　　二十世紀(jì) 80 自20世紀(jì)以來(lái)，數(shù)值模擬研究在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了顯微組織和冶金缺陷預(yù)測(cè)研究。

　　經(jīng)過(guò)近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，國(guó)外有幾十家實(shí)力雄厚的高溫合金研發(fā)企業(yè)，承溫能力提高到 1140°C，金屬材料的溫度極限已接近。

　　鎳基高溫合金在整個(gè)高溫合金領(lǐng)域占有特別重要的地位。鎳基合金比鐵基和鈷基合金具有更好的高溫性能、良好的抗氧化性和耐腐蝕性。鎳基高溫合金是高溫合金中應(yīng)用最廣泛、高溫強(qiáng)度最高的合金。

　　主要原因是鎳基合金能溶解更多的合金元素，保持良好的組織穩(wěn)定性；二是形成共格有序 A3B 型金屬間化合物[Ni3(Al,Ti)]作為強(qiáng)化相，有效強(qiáng)化合金獲得高溫強(qiáng)度高于鐵基高溫合金和鈷基高溫合金；第三，鉻鎳基高溫合金比鐵基高溫合金具有更好的抗氧化性和耐燃?xì)飧g性。鎳基高溫合金的發(fā)展決定了航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和航空工業(yè)的發(fā)展。鎳基單晶合金的使用溫度接近合金熔點(diǎn) 90%已成為當(dāng)代先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件不可替代的重要結(jié)構(gòu)材料。

　　鎳基高溫合金含有十多種元素，在高溫合金的性能中起著關(guān)鍵作用。以鑄造鎳基高溫合金為例，鑄造鎳基高溫合金γ添加鋁、鈦、鈮、鉭等相對(duì)基體γ加強(qiáng)相，γ相數(shù)較多，有的合金高達(dá) 60%；鈷可以增加γ相溶解溫度，提高合金使用溫度；鉬、鎢、鉻具有加強(qiáng)固溶體的作用，鉻、鉬、鉭也能形成一系列碳化物，加強(qiáng)晶體邊界；鋁、鉻有助于抗氧化，但鉻會(huì)降低γ溶解度和高溫強(qiáng)度，因此鉻含量應(yīng)較低；提高合金的中溫塑性和強(qiáng)度；添加適量的硼、鋯等元素，以增強(qiáng)晶界。研究表明，GMR235鑄態(tài)合金含碳量 0.18%時(shí)，高溫耐久性和抗拉強(qiáng)度最大，塑性好。研究表明，GMR235鑄態(tài)合金含碳量 0.18%時(shí)，高溫耐久性和抗拉強(qiáng)度最大，塑性好。添加硼和鋯的合金耐久性顯著提高，合金枝晶間距減小，碳化物沉淀減少，碳化物顆粒細(xì)化，各方面性能提高。

　　鎳基高溫合金是 20 世紀(jì) 30 年代末開始發(fā)展。英國(guó)于 1941 第一年生產(chǎn)鎳基高溫合金 Nimonic75.為了提高蠕變性，添加了鋁并開發(fā)出來(lái) Nimonic80。美國(guó)于40 蘇聯(lián)在年中 40 年底，中國(guó)于 50 年中還開發(fā)了鎳基合金。

　　鎳基合金的發(fā)展包括合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新。50 20世紀(jì)初，真空熔煉技術(shù)的發(fā)展為含有高鋁和鈦的鎳基合金的煉制創(chuàng)造了條件。早期鎳基合金多為變形合金 20世紀(jì)末，由于渦輪葉片工作溫度的提高，合金需要更高的高溫，但合金強(qiáng)度高，難以變形，甚至不能變形。因此，采用熔模精密鑄造工藝，開發(fā)了一系列高溫強(qiáng)度好的鑄造合金。60 在20世紀(jì)中期開發(fā)了更好的定向晶體、單晶高溫合金和粉末冶金高溫合金。為滿足船舶和工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的需要，60 自20世紀(jì)以來(lái)，開發(fā)了一批耐熱性好、組織穩(wěn)定的高鉻鎳基合金。在從 40 年代初到 70 年代末大約 40 鎳基合金的工作溫度在年內(nèi)從 700°C提高到 1100°C，平均每年都在增加 10°C 左右。

　　鎳基高溫合金可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金。

　　變形高溫合金是高溫合金中應(yīng)用最廣泛的一種 70%。變形高溫合金主要采用傳統(tǒng)的鍛造、軋制、擠壓等冷熱變形手段。我國(guó)鎳基變形高溫合金采用拼音字母 GH 加序號(hào)表示，如 GH4169、GH141 等。

　　高溫合金塑性低，變形阻力大，普通熱加工方法難以變形。因此，需要采用鋼錠直接軋制、鋼錠包裝直接軋制、墩餅包裝等新工藝，以及鎂微合金化和彎曲晶界熱處理工藝，以提高塑性。

　　隨著使用溫度和強(qiáng)度的提高，高溫合金的合金化程度越來(lái)越高，熱加工成型越來(lái)越困難，必須采用鑄造工藝。此外，空心葉片中復(fù)雜冷卻技術(shù)的復(fù)雜型腔只能采用精密鑄造工藝生產(chǎn)，因此鎳基鑄造高溫合金在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中是必不可少的。鑄造高溫合金也被廣泛使用，約占比 20%。如國(guó)內(nèi)鑄造高溫合金K加序號(hào)， K1、K2 等。

　　隨著耐熱合金的工作溫度越來(lái)越高，合金中的強(qiáng)化元素越來(lái)越多，成分也越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致部分合金只能在鑄造狀態(tài)下使用，不能熱加工變形。此外，合金元素的增加嚴(yán)重分析了鎳基合金凝固后的成分，導(dǎo)致組織和性能不均勻。上述問(wèn)題可通過(guò)粉末冶金工藝生產(chǎn)來(lái)解決。由于粉末顆粒小，制粉時(shí)冷卻速度快，消除了偏析，提高了熱加工性能，將只能鑄造的合金轉(zhuǎn)化為可熱加工的變形高溫合金，提高了屈服強(qiáng)度和疲勞性能。粉末高溫合金為生產(chǎn)高強(qiáng)度合金創(chuàng)造了新的途徑。目前，國(guó)內(nèi)粉末高溫合金已應(yīng)用于渦輪盤、壓氣機(jī)盤等先進(jìn)型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要組成部分。

　　航空發(fā)展集團(tuán)航空材料研究所生產(chǎn)的粉末渦輪盤和空心單晶葉片

　　渦輪噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)

　　渦輪噴氣式航空發(fā)動(dòng)機(jī)是各種軍用飛機(jī)、民用飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置。燃?xì)廨啓C(jī)是現(xiàn)代大型軍艦的首選動(dòng)力裝置。燃?xì)廨啓C(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是柴油機(jī)和蒸汽輪機(jī)。但由于燃?xì)廨啓C(jī)具有功率密度高、啟動(dòng)速度快、噪聲低等先天優(yōu)點(diǎn)，更符合軍艦動(dòng)力系統(tǒng)的性能要求，燃?xì)廨啓C(jī)已成為各國(guó)軍艦動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的首選。本節(jié)討論了燃?xì)廨啓C(jī)和航空渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理與核心機(jī)基本相同。

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　　高溫合金在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金結(jié)構(gòu)件

　　火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是運(yùn)載火箭和彈道導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)按推進(jìn)劑型分為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　高溫合金在固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的使用較少。主要由藥柱、燃燒室(外殼)、噴嘴組件和點(diǎn)火裝置組成的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。燃燒室必須承受促進(jìn)劑燃燒 2500~3500°C壓力通常是高溫 1~20MPa，一般采用高強(qiáng)度合金鋼、鈦合金或復(fù)合材料制成，藥柱與燃燒內(nèi)壁之間設(shè)有隔熱襯。

　　到目前為止，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼材料一般經(jīng)歷了四代發(fā)展過(guò)程，第一代是金屬材料；第二代是玻璃纖維復(fù)合材料；第三代是有機(jī)芳綸復(fù)合材料；第四代是高強(qiáng)度中模碳纖維復(fù)合材料。

　　由于固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部無(wú)旋轉(zhuǎn)部件，工作時(shí)間通常較短，雖然溫度過(guò)高，但結(jié)構(gòu)部件負(fù)荷較低，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高溫、高負(fù)荷、長(zhǎng)期工作特性的高溫合金需求較少。

　　固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

　　我國(guó)高溫合金的發(fā)展可分為三個(gè)階段

　　世界上只有 4 在美國(guó)、英國(guó)、俄羅斯、中國(guó)等國(guó)家形成了自己的高溫合金體系。自 1956 第一爐高溫合金 GH3030 到目前為止，我國(guó)高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)歷過(guò) 50 多年的發(fā)展歷程。回顧 50 多年來(lái)，我國(guó)高溫合金從零開始，從模仿到獨(dú)立創(chuàng)新，合金耐溫性從低到高，應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)、新材料開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量，建立和完善我國(guó)高溫合金體系，使我國(guó)航空航天工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展所需的高溫合金材料，也為其他工業(yè)部門的發(fā)展提供所需的高溫材料。

　　歷經(jīng) 50 經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)已形成了生產(chǎn)設(shè)備相對(duì)先進(jìn)、規(guī)模較大的生產(chǎn)基地。變形高溫合金廠：東北特種鋼集團(tuán)撫順特種鋼公司、寶鋼特種鋼業(yè)務(wù)部、攀鋼集團(tuán)長(zhǎng)城特種鋼公司；鍛件熱加工廠：西南鋁公司、第二重型機(jī)械集團(tuán)萬(wàn)航模鍛廠，中航工業(yè)宏遠(yuǎn)航空鍛造公司和安達(dá)航空鍛造公司(均為中航重機(jī)子公司)；中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)各航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司生產(chǎn)精密鑄件的精密鑄造廠；還形成了一批研究水平高、研究手段齊全的科研單位:鋼研高鈉(原鋼鐵研究院高溫合金研究所)、北京航空材料研究所(621) 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所，北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、西北理工大學(xué)等。

　　全球高溫合金市場(chǎng)概況

　　2012 年，全球高溫合金消費(fèi)量為 28 占鋼鐵總消耗量的萬(wàn)噸 0.02%的市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1000 億美元。高溫合金價(jià)格遠(yuǎn)高于其他鋼鐵品種，均價(jià)為 1.6 航空航天高端產(chǎn)品價(jià)格可達(dá)1萬(wàn)美元/噸 3.6 一萬(wàn)美元/噸遠(yuǎn)高于不銹鋼 0.33 粗鋼每噸1萬(wàn)美元 0.07 萬(wàn)美元/噸。高溫合金價(jià)格遠(yuǎn)高于其他鋼鐵品種，均價(jià)為 1.6 航空航天高端產(chǎn)品價(jià)格可達(dá)1萬(wàn)美元/噸 3.6 一萬(wàn)美元/噸遠(yuǎn)高于不銹鋼 0.33 粗鋼每噸1萬(wàn)美元 0.07 萬(wàn)美元/噸。

　　高溫合金廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，其中航空航天領(lǐng)域占一半以上 55%。二是電力領(lǐng)域，占比 20%。

　　能夠在全球范圍內(nèi)生產(chǎn)航空航天高溫合金的企業(yè)不得超過(guò) 50 家主要集中在美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日本和中國(guó)。發(fā)達(dá)國(guó)家一般以高溫合金產(chǎn)品為戰(zhàn)略軍事物資，很少出口。

　　美、德、法、日是世界上高溫合金的主要生產(chǎn)國(guó)。撫順特鋼產(chǎn)量居世界前列，國(guó)內(nèi)上鋼五廠(即寶鋼特鋼) 30 但總體而言，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量較低，總產(chǎn)量不到全球產(chǎn)量的十分之一。

　　2009 我國(guó)高溫合金材料年產(chǎn)量 1 需求達(dá)到1萬(wàn)噸左右 2 萬(wàn)噸以上。到。到 2013年，市場(chǎng)供應(yīng)變化不大，但需求增長(zhǎng)至 3 萬(wàn)噸左右。截止 2016年，國(guó)內(nèi)高溫合金產(chǎn)量達(dá)到 2 萬(wàn)

　　噸左右。

　　2009 高端新型高溫合金在中國(guó)航空航天和發(fā)電領(lǐng)域的市場(chǎng)需求是 后面有3000多噸 5~10 年內(nèi)，每年呈現(xiàn) 速度增長(zhǎng)超過(guò)15%。保守估計(jì) 2017年，航空航天和發(fā)電領(lǐng)域高端高溫合金的市場(chǎng)需求已經(jīng)達(dá)到 9000 噸以上。

　　軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶燃?xì)廨啓C(jī)和巡航導(dǎo)彈航空發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)高溫合金領(lǐng)域最確定的剛性需求。

　　目前，全球民航機(jī)隊(duì)使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)基本上是羅羅，GE、普惠(及其合資公司 CFMI、IAE)三大航發(fā)制造巨頭壟斷，很少?gòu)闹袊?guó)高溫合金開發(fā)企業(yè)購(gòu)買高溫合金產(chǎn)品。中航工業(yè)商業(yè)為中國(guó)自主研發(fā)的大型飛機(jī) C919 預(yù)計(jì)2025年將提供發(fā)動(dòng)機(jī) 年服役。

　　因此，我國(guó)高溫合金開發(fā)企業(yè)短期內(nèi)進(jìn)入民航發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的阻力較大。在軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，由于軍事產(chǎn)品的特殊性，外國(guó)企業(yè)進(jìn)入國(guó)內(nèi)軍事產(chǎn)品市場(chǎng)存在自然障礙。此外，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)高溫合金擁有多個(gè)基礎(chǔ)品牌，國(guó)外高溫合金企業(yè)難以進(jìn)入我國(guó)軍事市場(chǎng)。

　　目前，軍事領(lǐng)域高溫合金的應(yīng)用方向主要是軍用飛機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、船舶燃?xì)廨啓C(jī)和巡航導(dǎo)彈航空發(fā)動(dòng)機(jī)。軍用高溫合金市場(chǎng)空間的初步計(jì)算。

　　雖然與國(guó)外先進(jìn)水平仍存在差距，但從近年來(lái)的公共信息來(lái)看，我國(guó)高溫合金及其產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)單位取得了巨大進(jìn)展。目前的技術(shù)能力和生產(chǎn)水平基本上可以支持先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等產(chǎn)品型號(hào)的發(fā)展。

　　? 國(guó)內(nèi)軍用高溫合金母合金的主要供應(yīng)商，上游母合金材料主要包括撫順特鋼、鋼鐵研究高鈉、航空材料研究所、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所及其控股企業(yè)、新興民營(yíng)企業(yè)圖南股份。精密鑄造企業(yè)主要有高鈉、航空材料研究所、中航精密鑄造、圖南股份、中科三耐、江蘇永漢等新興企業(yè)。鍛件制造商主要包括陜西宏遠(yuǎn)、貴州安達(dá)、中國(guó)鋁業(yè)西南鋁業(yè)、萬(wàn)航模鍛、無(wú)錫、貴州航空科技等新興企業(yè)。

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