•第二次世界大战期间，为了满足新型航空 发动机的需要，高温合金的研究和使用进入 了蓬勃发展时期。
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金属材料学
高温合金的发展史
•１９４０年，高温合金涡轮叶片的第一批喷气发动机取代 了活塞式发动机。燃气涡轮旋转叶片流入的气体温度愈高， 发动机的推力也就愈大。 •４０年代初，英国在８０Ｎｉ－２０Ｃｒ合金中加入少量 铝和钛，研制成第一种较高的高温强度的镍基合金。
它是现代航空发动机、航天器和火箭发动 机以及舰艇和工业燃气轮机的关键热端部 件材料（如涡轮叶片、导向器叶片、涡轮
盘、燃烧室和机匣等），也是核反应堆、
化工设备、煤转化技术等方面需要的重要 高温结构材料。
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高温合金的应用领域
高温合金
汽车增压器喷嘴环叶片
第十章 镍基合金
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第一节 高温合金概述
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高温合金
•高温合金指６００℃～１ ２００℃能承受一定
应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。
• 以高熔点金属Ni（1450℃）、Co（ 1480℃）、 Mo（2620℃）等为基体，加入其他元素构成的 在高温下使用的金属材料。

按强化方式，可分为固溶强化高温合金、时效强化高温 合金和氧化物弥散强化高温合金。

按主要用途又可分为板材合金、棒材合金和盘材合金。
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高温合金的分类
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高温合金的发展
•２０世纪３０年代后期起，英、德、美等
国开始研究高温合金。
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发动机涡轮盘用高温合金
•喷射沉积快速凝固工艺制造的高温合金涡轮盘，与粉末高
温合金相比，工序简单，成本降低，具有良好的锻造加工 性能。 •快凝组织特性又奠定了其性能优势，包括远优于铸锻工艺、 相当或高Ｆ粉末冶金工艺的强度与持久寿命，优于粉末冶 金工艺的塑性、韧性及低周疲劳寿命，因晶粒细化而改善 的热加工性能等。
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发动机涡轮盘用高温合金
•由于传统变形盘的工艺设备均能使蔼用， 且材料利用率高，成本明显低于粉末盘， •因此，喷射盘有可能成为粉末盘的强劲对 手，是一种有极大发展潜力的制备技术。
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航空发动机叶片材料
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高温合金的特点
1、具有高的热稳定性、热强性、高温蠕 变性能； 2、抗氧化、抗腐蚀、抗疲劳性能好；
3、比强度高和弹性模量高，热膨胀系数
小，导热性好； 4、具有良好的加工工艺性能。
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高温合金的应用领域
外同代合金相当，已用于直升机小发动凯涡轮叶 片； •第二代单晶高温合金DD6正在推广应用于先进的 涡轮发动机叶片，其承温能力相当于国外同代合
金，而成本更低。
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高温合金的未来
1. 难熔金属合金：目前使用的高温合金，其使用温度很难突 破合金熔点温度的80%，近似1100℃。难熔金属的熔点大 大超过高温合金，约2000℃。由这些金属组成的合金，可
燃气轮机涡轮零件
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高温合金的分类

高温合金材料按制造工艺，可分为变形高温合金、铸造 高温合金、粉末冶金高温合金和发散冷却高温合金。

按合金基体元素，可分为铁基、镍基和钴基高温合金，
使用最广的是镍基高温合金，其高温持久强度最高，钴
基高温合金次之，铁基高温合金最低。
蠕变抗力，利用高温金属作韧化元素，从而很好
地克服了金属间化合物的脆性。
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航空发动机叶片材料
•采用真空热压箔、物理气相沉积、铸造和固态反
应等方法已研制出几种微米层次的微叠层复合材
料，包括Nb-Cr2Nb、NB-Nb5Si3以及Nb-MoSi2
等。
•同期，美国开始用维塔利姆钴基合金制作发动机叶片，还
研制出Inconel镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。
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发动机涡轮盘用高温合金
•发动机涡轮盘在60 年代前一直是用锻造高温合金
制造，典型的牌号有A286和Inconel 718。 •70年代，美国GE公司采用快速凝固粉末Rene95 合金制作了CFM56发动机涡轮盘，大大增加了它 的推重比，使用温度显著提高。从此，粉末冶金 涡轮盘得以迅速发展。
•微叠层纳米热障涂层可望将叶片的耐温能力提高 260℃。除用于叶片外，微叠层复合材料在无疲劳 合金涂层、抗砂蚀树脂基复合材料风扇叶片涂层 等方面也有应用机遇。
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航空发动机叶片材料
•我国铸造涡轮叶片材料超过20种，
•低密变、低成本的第一代单晶合金DD3性能与国
•21世纪前10年，单晶叶片材料仍占主导地 位。 •叶片材料经历了铸造合金、定向凝固合金 和单晶合金的发展历程，国外现役发动机叶 片材料主要采用第二代和第三代单晶合金。
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航空发动机叶片材料
•这些单晶合金由于富铼易产生脆性相，近年来研 究加入钌或铱以减少脆性倾向，开发出第四代单
晶。
•发展的趋势是将结构一材料－工艺统一考虑，即
开发lamiloy技术，采用铸造及激光打孔工艺直按
制造发散冷却孔道。
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航空发动机叶片材料
•金属间化合物与韧性金属组成的微叠层复合材料 作为叶片的“热障涂层”受到重视。
•该技术依靠耐高温金属间化合物提供高温强度和
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发动机涡轮盘用高温合金
•就涡轮盘材料而论，除广泛使用的粉末盘 及其发展型的双性能粉末盘、三性指粉末盘 外，细晶变形盘由于成本低也被看好。 •俄罗斯就坚恃认为采用传统熔铸变形盘，
完全可满足第四、五代发动机的需要。
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