1、高温合金简介 (1)2、高温合金的主要类别 (1)2.1变形高温合金 (2)2.1.1固溶强化型合金 (2)2.1.2时效强化型合金 (2)2.2铸造高温合金 (2)2.3粉末冶金高温合金 (3)2.4氧化物弥散强化(ODS)合金 (3)2.5金属间化合物高温材料 (3)3、高温合金的强化机理 (3)3.1固溶强化 (3)3.2沉淀强化及第二相强化 (4)3.3晶界强化 (4)3.4碳化物强化及质点弥散强化 (5)4、常用高温合金的分类 (6)4.1铁基超耐热合金 (6)4.1.1铁基高温合金的成分和性能 (6)4.2镍基超耐热合金 (6)4.2.1镍基高温合金的组织特点 (6)4.3钴基超耐热合金 (7)4.3.1钴基高温合金的成分 (7)4.3.2钴基高温的高温性能 (7)5、高温合金的几种制造工艺 (7)6、高温合金的应用 (8)7、参考文献 (8)1、高温合金简介高温合金分为三类材料：760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料，抗拉强度800MPa。

或者说是指在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。

按照现有的理论，760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。

按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。

按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等。

高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件，还用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。

2、高温合金的主要类别2.1变形高温合金变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。

按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。

GH后第一位数字表示分类号即1、固溶强化型铁基合金2、时效硬化型铁基合金3、固溶强化型镍基合金4、钴基合金GH后，二，三，四位数字表示顺序号。

2.1.1固溶强化型合金使用温度范围为900～1300℃，最高抗氧化温度达1320℃。

例如GH128合金，室温拉伸强度为850MPa、屈服强度为350MPa；1000℃拉伸强度为140MPa、延伸率为85%,1000℃、30MPa 应力的持久寿命为200小时、延伸率40%。

固溶合金一般用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件。

2.1.2时效强化型合金使用温度为-253～950℃，一般用于制作航空、航天发动机的涡轮盘与叶片等结构件。

制作涡轮盘的合金工作温度为-253～700℃,要求具有良好的高低温强度和抗疲劳性能。

例如：GH4169合金，在650℃的最高屈服强度达1000MPa；制作叶片的合金温度可达950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸强度为490MPa，940℃、200MPa的持久寿命大于40小时。

变形高温合金主要为航天、航空、核能、石油民用工业提供结构锻件、饼材、环件、棒材、板材、管材、带材和丝材。

2.2铸造高温合金铸造高温合金是指可以或只能用铸造方法成型零件的一类高温合金。

其主要特点是：1.具有更宽的成分范围由于可不必兼顾其变形加工性能，合金的设计可以集中考虑优化其使用性能。

如对于镍基高温合金，可通过调整成分使γ’含量达60%或更高，从而在高达合金熔点85%的温度下，合金仍能保持优良性能。

2.具有更广阔的应用领域由于铸造方法具有的特殊优点，可根据零件的使用需要，设计、制造出近终形或无余量的具有任意复杂结构和形状的高温合金铸件。

根据铸造合金的使用温度，可以分为以下三类：第一类：在-253～650℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在很大的范围温度内具有良好的综合性能，特别是在低温下能保持强度和塑性均不下降。

如在航空、航天发动机上用量较大的K4169合金，其650℃拉伸强度为1000MPa、屈服强度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa应力下的持久寿命为200小时。

已用于制作航空发动机中的扩压器机匣及航天发动机中各种泵用复杂结构件等。

第二类：在650～950℃使用的等轴晶铸造高温合金这类合金在高温下有较高的力学性能及抗热腐蚀性能。

例如K419合金，950℃时，拉伸强度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小时的持久强度极限大于230MPa。

这类合金适于用做航空发动机涡轮叶片、导向叶片及整铸涡轮。

第三类：在950～1100℃使用的定向凝固柱晶和单晶高温合金这类合金在此温度范围内具有优良的综合性能和抗氧化、抗热腐蚀性能。

例如DD402单晶合金，1100℃、130MPa的应力下持久寿命大于100小时。

这是国内使用温度最高的涡轮叶片材料，适用于制作新型高性能发动机的一级涡轮叶片。

随着精密铸造工艺技术的不断提高，新的特殊工艺也不断出现。

细晶铸造技术、定向凝固技术、复杂薄壁结构件的CA技术等都使铸造高温合金水平大大提高，应用范围不断提高。

2.3粉末冶金高温合金采用雾化高温合金粉末，经热等静压成型或热等静压后再经锻造成型的生产工艺制造出高温合金粉末的产品。

采用粉末冶金工艺，由于粉末颗粒细小，冷却速度快，从而成分均匀，无宏观偏析，而且晶粒细小，热加工性能好，金属利用率高，成本低，尤其是合金的屈服强度和疲劳性能有较大的提高。

FGH95粉末冶金高温合金，650℃拉伸强度1500MPa；1034MPa应力下持久寿命大于50小时，是当前在650℃工作条件下强度水平最高的一种盘件粉末冶金高温合金。

粉末冶金高温合金可以满足应力水平较高的发动机的使用要求,是高推重比发动机涡轮盘、压气机盘和涡轮挡板等高温部件的选择材料。

2.4氧化物弥散强化(ODS)合金是采用独特的机械合金化(MA)工艺，超细的(小于50nm)在高温下具有超稳定的氧化物弥散强化相均匀地分散于合金基体中，而形成的一种特殊的高温合金。

其合金强度在接近合金本身熔点的条件下仍可维持，具有优良的高温蠕变性能、优越的高温抗氧化性能、抗碳、硫腐蚀性能。

目前已实现商业化生产的主要有三种ODS合金：MA956合金在氧化气氛下使用温度可达1350℃，居高温合金抗氧化、抗碳、硫腐蚀之首位。

可用于航空发动机燃烧室内衬。

MA754合金在氧化气氛下使用温度可达1250℃并保持相当高的高温强度、耐中碱玻璃腐蚀。

现已用于制作航空发动机导向器蓖齿环和导向叶片。

MA6000合金在1100℃拉伸强度为222MPa、屈服强度为192MPa；1100℃，1000小时持久强度为127MPa，居高温合金之首位，可用于航空发动机叶片。

2.5金属间化合物高温材料金属间化合物高温材料是近期研究开发的一类有重要应用前景的、轻比重高温材料。

十几年来，对金属间化合物的基础性研究、合金设计、工艺流程的开发以及应用研究已经成熟，尤其在Ti-Al、Ni-Al和Fe-Al系材料的制备加工技术、韧化和强化、力学性能以及应用研究方面取得了令人瞩目的成就。

Ti3Al基合金(TAC-1)，TiAl基合金(TAC-2)以及Ti2AlNb基合金具有低密度(3.8～5.8g/cm3)、高温高强度、高钢度以及优异的抗氧化、抗蠕变等优点，可以使结构件减重35～50%。

Ni3Al基合金，MX-246具有很好的耐腐蚀、耐磨损和耐气蚀性能，展示出极好的应用前景。

Fe3Al基合金具有良好的抗氧化耐磨蚀性能，在中温(小于600℃)有较高强度，成本低，是一种可以部分取代不锈钢的新材料。

3、高温合金的强化机理3.1固溶强化固溶强化是将一些合金元素加入到铁、镍或钴基高温合金中，而仅形成单相奥氏体来达到强化的目的。

高温合金中，合金元素的固溶强化作用首先是与溶质和溶剂原子尺寸因素差别相关联，此外两种原子的电子因素差别和化学因素差别都有很大影响，而这些因素也是决定合金元素在基体中的溶解度的因素。

固溶强化提高热强性主要反映在两方面：（1）通过原子结合力的提高和晶格的畸变，使在固溶体中的滑移阻力增加，也就是使滑移变形困难而强化，这在温度T≤0.6T熔（熔点的绝对温度）时是相当重要的。

（2）在高温使用条件下（T≥0.6T熔）更为突出的是通过原子结合力的提高，降低固溶体中元素的扩散能力，提高再结熔晶温度，阻碍扩散式形变过程的进行，因而直接影响滑移变形对形变量的贡献。

3.2沉淀强化及第二相强化通过时效处理，从过饱和固溶体中析出第二相（γ’、γ"、碳化物等），以强化合金。

γ‘相与基体相同，均为面心立方结构，点阵常数与基体相近，并与晶体共格，因此γ相在基体中能呈细小颗粒状均匀析出，阻碍位错运动，而产生显著的强化作用。

γ’相是A3B 型金属间化合物，A代表镍、钴，B代表铝、钛、铌、钽、钒、钨，而铬、钼、铁既可为A 又可为B。

镍基合金中典型的γ‘相为Ni3(Al,Ti)。

γ’相的强化效应可通过以下途径得到加强：①增加γ‘相的数量；②使γ’相与基体有适宜的错配度，以获得共格畸变的强化效应；③加入铌、钽等元素增大γ’相的反相畴界能，以提高其抵抗位错切割的能力；④加入钴、钨、钼等元素提高γ‘相的强度。

γ"相为体心四方结构，其组成为Ni3Nb。

因γ"相与基体的错配度较大,能引起较大程度的共格畸变，使合金获得很高的屈服强度。

但超过700℃，强化效应便明显降低。

钴基高温合金一般不含γ相，而用碳化物强化。

主要合金相为：（1）γ’相γ’相是镍基合金和很多铁基合金的强化相，其点阵常数与γ基体相近，一般相差1%以下。

考虑到高温下γ’的稳定性，通常要求γ和γ’之间只有较小的失调度。

γ’沿基体的{100}面析出，并与基体共格。

γ和γ’之间的界面能较低，所以γ’有较高的组织稳定性。

γ’相的数量、尺寸和分布对合金的高温强度有重要影响。

镍基合金的高温强度随γ’的数量增加而增高。

大多数镍基合金中γ’相的体积分数为30%以上，最强的合金中达60%以上。

合金中γ’相的体积分数小时，其颗粒大小和间距对合金的性能有重要影响。

（2）TCP 相TCP 相是指Laves 相（B 2A）相(BA)、μ相(B 7A 6)、相等。

其中A 元素通常指周期表中Mn 族以左的元素，如钛族、钒族、铬族等；B 元素为锰族及锰族以右的元素，如铁、钴、镍等。

它呈板状或针状，在特殊成分并且在特定条件下的合金中才可能形成。

这种相存在的可能性随锭块中溶液偏析而增大，TCP 相是高温合金中的脆性相，使合金断裂强度和塑性降低，对强化产生负作用。

（3）碳化物一类是具有复杂结构的碳化物，如M 23C 6、M 6C，亦称半碳化物，金属原子高度密排，碳原子处于间隙位置。