1、航空航天領(lǐng)域
我國發(fā)展自主航空航天產(chǎn)業(yè)研制先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，將帶來市場對高端和新型高溫合金的需求增加。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)被稱為“工業(yè)之花”，是航空工業(yè)中技術(shù)含量、難度的部件之一。作為飛機(jī)動(dòng)力裝置的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，特別重要的是金屬結(jié)構(gòu)材料要具備輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結(jié)構(gòu)材料中的性能要求。
高溫合金是能夠在600℃以上及一定應(yīng)力條件下長期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)對材料的苛刻要求而研制的，至今已成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件不可替代的一類關(guān)鍵材料。目前，在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金用量所占比例已高達(dá)50%以上。
在現(xiàn)代先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金材料用量占發(fā)動(dòng)機(jī)總量的40%~60%。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，高溫合金主要用于燃燒室、導(dǎo)向葉片、渦輪葉片和渦 四大熱段零部件；此外，還用于機(jī)匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。
2、能源領(lǐng)域
高溫合金在能源領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。煤電用高參數(shù)超超臨界發(fā)電鍋爐中，過熱器和再過熱器必須使用抗蠕變性能良好，在蒸汽側(cè)抗氧化性能和在煙氣側(cè)抗腐蝕性能優(yōu)異的高溫合金管材；在氣電用燃?xì)廨啓C(jī)中，渦輪葉片和導(dǎo)向葉片需要使用抗高溫腐蝕性能優(yōu)良和長期組織穩(wěn)定的抗熱腐蝕高溫合金；在核電領(lǐng)域中，蒸汽發(fā)生器傳熱管必須選用抗溶液腐蝕性能良好的高溫合金；在煤的氣化和節(jié)能減排領(lǐng)域，廣泛采用抗高溫?zé)岣g和抗高溫磨蝕性能優(yōu)異的高溫合金；在石油和天然氣開采，特別是深井開采中，鉆具處于4-150 ℃的酸性環(huán)境中，加之CO2，H2S和泥沙等的存在，必須采用耐蝕耐磨高溫合金 [5]  。
我國上海電氣、東方電氣、哈爾濱汽輪機(jī)廠等大型發(fā)電設(shè)備制造集團(tuán)在生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)等方面近年來有了較大提高，拉動(dòng)了對發(fā)電設(shè)備用的渦 的需求。正在進(jìn)行國產(chǎn)化研制的新一代發(fā)電裝備－大型地面燃機(jī)（也可作艦船動(dòng)力）取得了顯著進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)后將帶動(dòng)對高溫合金的需求。同時(shí)，核電設(shè)備的國產(chǎn)化，也將拉動(dòng)對國產(chǎn)高溫合金的需求。

1、含錸單晶葉片的研究
在單晶的成分設(shè)計(jì)中，要兼顧合金性能和工藝性能，由于單晶中不存在晶界，并應(yīng)用在較為苛刻的環(huán)境下，所以引入了某些具有特殊作用的合金元素。隨著單晶合金的發(fā)展，合金的化學(xué)成分具有如下變化趨勢：引入Re元素，引入Ru、Ir等鉑族元素，增加難熔元素W、Mo、Re、Ta的含量；難熔元素的加入總量增加，C、B、Hf等元素從“完全去除”轉(zhuǎn)為“限量使用”；降低Cr含量從而允許加入更多其他的合金化元素而保持組織穩(wěn)定。
含錸單晶葉片大幅了其耐溫能力及蠕變強(qiáng)度。以PW公司的PWA1484、RR的CMSX-4，GE公司的Rene′N5為代表的第二代單晶合金與代單晶合金相比，通過加入3%的錸元素、適當(dāng)增大了鈷和鉬元素的含量，使其工作溫度提高了30℃，持久強(qiáng)度與抗氧化腐蝕能力達(dá)到很好的平衡。
含錸單晶葉片是未來航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片的趨勢。單晶葉片由于其耐溫能力、蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度、抗氧化性能和抗腐蝕特性較定向凝固柱晶合金有了顯著提高，從而很快得到了航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)界的普遍認(rèn)可，幾乎所有先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)都采用了單晶合金用作渦輪葉片 [6]  。

鎳基合金，特別是沉淀強(qiáng)化型合金含有較高的鋁、鈦等合金元素。通常采用真空感應(yīng)爐熔煉，并經(jīng)真空自耗爐或電渣爐重熔。熱加工采用鍛造、軋制工藝，對于高合金化合金，由于熱塑性差，則采用擠壓開坯后軋制或用軟鋼(或不銹鋼)包套直接擠壓工藝。鑄造合金通常用真空感應(yīng)爐熔煉母合金，并用真空重熔-精密鑄造法制成零件。
變形合金和部分鑄造合金需進(jìn)行熱處理，包括固溶處理、中間處理和時(shí)效處理，以Udmet 500合金為例，它的熱處理制度分為四段：固溶處理，1175℃，2小時(shí)，空冷；中間處理，1080℃，4小時(shí)，空冷；一次時(shí)效處理，843℃，24小時(shí)，空冷；二次時(shí)效處理，760℃，16小時(shí)，空冷。以獲得所要求的組織狀態(tài)和良好的綜合性能。

渦 是航空發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)十分重要的關(guān)鍵零件。渦 工作溫度雖然比葉片低，但工作環(huán)境異常復(fù)雜，且在輪心、輪緣、榫齒、槽底和腹板等各部位所受應(yīng)力、溫度、介質(zhì)作用程度都不同。因此，對渦 材料性能提出如下典型要求：高的屈服強(qiáng)度；足夠的塑性儲(chǔ)備；足夠的蠕變、持久強(qiáng)度和塑性；高的疲勞強(qiáng)度和低周疲勞性能；良好的耐腐蝕性、組織穩(wěn)定性與可加工性。一句話，材料的綜合性能要好。
渦 用材料大部分是沉淀強(qiáng)化的鐵基或鎳基變形高溫合金，一些盤件開始采用粉末高溫合金制備，但是從制備工序、成本等角度考慮，粉末高溫合金渦 無法替代變形高溫合金渦 。 [1]

航空發(fā)動(dòng)機(jī)用的機(jī)匣、轉(zhuǎn)子封嚴(yán)環(huán)和蜂窩環(huán)零件國內(nèi)外較多地采用低膨脹高溫合金制備。低膨脹合金是發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)間隙控制技術(shù)，減少燃?xì)鈸p失和提高熱效率不可替代的功能結(jié)構(gòu)材料。低膨脹高溫合金的特點(diǎn)是綜合性能好、強(qiáng)度較高、膨脹系數(shù)低、彈性模量幾乎恒定，在約380℃(居里點(diǎn))以下至室溫，合金熱膨脹系數(shù)幾乎為常量。因此，采用低膨脹高溫合金制備的壓氣機(jī)匣在飛機(jī)巡航飛行時(shí)，有利于間隙的封嚴(yán)，提高壓氣效率，加大推力。我國研制的低膨脹高溫合金主要有GH2907、GH2909、GH4783等。我國新研制的GH4783是一種抗氧化新型低膨脹高溫合金，膨脹系數(shù)比GH4169合金低20%，密度比GH4169低20%，只有7.789/cm3，工作溫度可達(dá)750℃。對應(yīng)的美國牌號(hào)的Inconel783合金已被用作F-22戰(zhàn)斗機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī)F119-PW的各種環(huán)形件。

我國應(yīng)用的板材變形合金主要有20多個(gè)牌號(hào)。它們的共同特點(diǎn)是塑性好，具有中等強(qiáng)度，焊接性能優(yōu)異，還有較好的抗氧化和抗腐蝕性能。主要用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置的燃燒室、加力燃燒室、飛機(jī)機(jī)尾罩、導(dǎo)流罩、襯筒和軍用衛(wèi)星毛細(xì)管等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室零件大多采用固溶強(qiáng)化合金制造。近期，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中為了減輕結(jié)構(gòu)重量，采用時(shí)效強(qiáng)化的板材合金來制造燃燒室零件，取得了良好效果。采用時(shí)效強(qiáng)化的變形高溫合金制造加力燃燒室殼體，可大幅度減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量，但其成形和焊接比固溶強(qiáng)化合金要困難。
此外，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，變形高溫合金還用于制備渦輪軸、渦輪葉片等。隨著先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的進(jìn)一步提高，燃燒室入口溫度和出口溫度大幅提高，必須采用耐更高溫度的新合金材料。需求牽引。因此，變形高溫合金必須加大研究力度，進(jìn)一步提高性能，滿足我國先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需要。 [1]
發(fā)展前景編輯
變形高溫合金不但是我國生產(chǎn)和研制新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要的重要材料，而且在艦船制造、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)、航天飛行器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、核反應(yīng)堆和化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，是一種十分重要的高溫材料。當(dāng)前，變形高溫合金總體上向承溫更高、精密成形和低成本方向發(fā)展。通過不斷挖掘合金潛力，采用新技術(shù)、新工藝，可大幅提高變形高溫合金材料的質(zhì)量和性能，滿足我國先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求。須加大研究力度，進(jìn)一步提高性能，滿足我國先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制需要。 [2]

 

1、鑄造冶金工藝
目前各種先進(jìn)鑄件制造技術(shù)和加工設(shè)備在不斷開發(fā)和完善，如熱控凝固、細(xì)晶工藝、激光成形修復(fù)技術(shù)、耐磨鑄件鑄造技術(shù)等，原有技術(shù)水平不斷提高完善從而提高各種高溫合金鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量一致性和可靠性。
不含或少含鋁、鈦的高溫合金，一般采用電弧爐或非真空感應(yīng)爐冶煉。含鋁、鈦高的高溫合金如在大氣中熔煉時(shí)，元素?zé)龘p不易控制，氣體和夾雜物進(jìn)入較多，所以應(yīng)采用真空冶煉。為了進(jìn)一步降低夾雜物的含量，改善夾雜物的分布狀態(tài)和鑄錠的結(jié)晶組織，可采用冶煉和二次重熔相結(jié)合的雙聯(lián)工藝。冶煉的主要手段有電弧爐、真空感應(yīng)爐和非真空感應(yīng)爐；重熔的主要手段有真空自耗爐和電渣爐。
固溶強(qiáng)化型合金和含鋁、鈦低（鋁和鈦的總量約小于4.5%）的合金錠可采用鍛造開坯；含鋁、鈦高的合金一般要采用擠壓或軋制開坯，然后熱軋成材，有些產(chǎn)品需進(jìn)一步冷軋或冷拔。直徑較大的合金錠或餅材需用水壓機(jī)或快鍛液壓機(jī)鍛造。
2、結(jié)晶冶金工藝
為了減少或鑄造合金中垂直于應(yīng)力軸的晶界和減少或疏松，近年來又發(fā)展出定向結(jié)晶工藝。這種工藝是在合金凝固過程中使晶粒沿一個(gè)結(jié)晶方向生長，以得到無橫向晶界的平行柱狀晶。實(shí)現(xiàn)定向結(jié)晶的首要工藝條件是在液相線和固相線之間建立并保持足夠大的軸向溫度梯度和良好的軸向散熱條件。此外，為了全部晶界，還需研究單晶葉片的制造工藝。
3、粉末冶金工藝
粉末冶金工藝，主要用以生產(chǎn)沉淀強(qiáng)化型和氧化物彌散強(qiáng)化型高溫合金。這種工藝可使一般不能變形的鑄造高溫合金獲得可塑性甚至超塑性。
4、強(qiáng)度提高工藝
⑴固溶強(qiáng)化
加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點(diǎn)陣的畸變，加入能降低合金基體堆垛層錯(cuò)能的元素（如鈷）和加入能減緩基體元素?cái)U(kuò)散速率的元素（鎢、鉬等），以強(qiáng)化基體。
⑵ 沉淀強(qiáng)化
通過時(shí)效處理，從過飽和固溶體中析出第二相（γ’、γ"、碳化物等），以強(qiáng)化合金。γ‘相與基體相同，均為面心立方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)與基體相近，并與晶體共格，因此γ相在基體中能呈細(xì)小顆粒狀均勻析出，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。γ’相是A3B型金屬間化合物，A代表鎳、鈷，B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢，而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ‘相為Ni3(Al,Ti)。γ’相的強(qiáng)化效應(yīng)可通過以下途徑得到加強(qiáng)：
①增加γ‘相的數(shù)量；
②使γ’相與基體有適宜的錯(cuò)配度，以獲得共格畸變的強(qiáng)化效應(yīng)；
③加入鈮、鉭等元素增大γ’相的反相疇界能，以提高其抵抗位錯(cuò)切割的能力；
④加入鈷、鎢、鉬等元素提高γ‘相的強(qiáng)度。γ"相為體心四方結(jié)構(gòu)，其組成為Ni3Nb。因γ"相與基體的錯(cuò)配度較大,能引起較大程度的共格畸變，使合金獲得很高的屈服強(qiáng)度。但超過700℃，強(qiáng)化效應(yīng)便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相，而用碳化物強(qiáng)化。