高溫合金通常是指能夠存在的 600~1200°C能在高機械應力下長期工作的合金材料在高機械應力下長期工作。

　　高溫合金不強調耐溫指標。耐受性高于高溫合金的材料有很多，如難熔合金、陶瓷和碳復合材料。高溫合金最根本的特點是一定溫度下的高強度。以普通建筑鋼材為例，室溫下強度高，但建筑火災燃燒時強度急劇下降，導致建筑倒塌。高溫合金的優點是在 600~1200°C它在高溫下仍能保持高強度和硬度，以承受高負荷。因此，俄羅斯熱強合金，歐美叫超合金。(superalloy)。

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　　普通鋼含有十多種化學元素，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度和硬度，主要是因為這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)分為固溶強化、及時強化、氧化物彌散強化和晶界強化。

　　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 美國在世紀初被用作車站的防腐支架。二戰以來，高溫合金的發展進入了快速發展的時期。鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金已成功廣泛應用。

　　目前，鎳基高溫合金是現代航空發動機、航天器、火箭發動機、船舶和工業燃氣輪機的關鍵熱端部件（如渦輪葉片、導向葉片、渦輪板、燃燒室等）。是核反應堆、化工設備、煤炭轉化技術等方面所需的重要高溫結構材料。

　　高溫合金的發展主要經歷了幾個階段：20世紀 40 40-50年代提出概念 噴氣發動機的應用于20世紀50-60年代實現 真空熔煉技術在60-70年代取得了重大進展 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、機械合金化、陶瓷過濾等新工藝已成為高溫合金發展的主要動力，其中定向凝固工藝制備的單晶合金尤為重要，廣泛應用于航空發動機渦輪葉片。

　　二十世紀 80 自20世紀以來，數值模擬研究在國內外得到了廣泛的發展，并在此基礎上進行了顯微組織和冶金缺陷預測研究。

　　二十世紀 80 自20世紀以來，數值模擬研究在國內外得到了廣泛的發展，并在此基礎上進行了顯微組織和冶金缺陷預測研究。

　　經過近一個世紀的發展，國外有幾十家實力雄厚的高溫合金研發企業，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高溫合金領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用最廣泛、高溫強度最高的合金。

　　主要原因是鎳基合金能溶解更多的合金元素，保持良好的組織穩定性；二是形成共格有序 A3B 型金屬間化合物[Ni3(Al,Ti)]作為強化相，有效強化合金獲得高溫強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氣腐蝕性。鎳基高溫合金的發展決定了航空渦輪發動機和航空工業的發展。鎳基單晶合金的使用溫度接近合金熔點 90%已成為當代先進航空發動機熱端部件不可替代的重要結構材料。

　　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、鉭等相對基體γ加強相，γ相數較多，有的合金高達 60%；鈷可以增加γ相溶解溫度，提高合金使用溫度；鉬、鎢、鉻具有加強固溶體的作用，鉻、鉬、鉭也能形成一系列碳化物，加強晶體邊界；鋁、鉻有助于抗氧化，但鉻會降低γ溶解度和高溫強度，因此鉻含量應較低；提高合金的中溫塑性和強度；添加適量的硼、鋯等元素，以增強晶界。研究表明，GMR235鑄態合金含碳量 0.18%時，高溫耐久性和抗拉強度最大，塑性好。研究表明，GMR235鑄態合金含碳量 0.18%時，高溫耐久性和抗拉強度最大，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，碳化物顆粒細化，各方面性能提高。

　　鎳基高溫合金是 20 世紀 30 年代末開始發展。英國于 1941 第一年生產鎳基高溫合金 Nimonic75.為了提高蠕變性，添加了鋁并開發出來 Nimonic80。美國于40 蘇聯在年中 40 年底，中國于 50 年中還開發了鎳基合金。

　　鎳基合金的發展包括合金成分的改進和生產工藝的創新。50 20世紀初，真空熔煉技術的發展為含有高鋁和鈦的鎳基合金的煉制創造了條件。早期鎳基合金多為變形合金 20世紀末，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，開發了一系列高溫強度好的鑄造合金。60 在20世紀中期開發了更好的定向晶體、單晶高溫合金和粉末冶金高溫合金。為滿足船舶和工業燃氣輪機的需要，60 自20世紀以來，開發了一批耐熱性好、組織穩定的高鉻鎳基合金。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用最廣泛的一種 70%。變形高溫合金主要采用傳統的鍛造、軋制、擠壓等冷熱變形手段。我國鎳基變形高溫合金采用拼音字母 GH 加序號表示，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。

　　隨著使用溫度和強度的提高，高溫合金的合金化程度越來越高，熱加工成型越來越困難，必須采用鑄造工藝。此外，空心葉片中復雜冷卻技術的復雜型腔只能采用精密鑄造工藝生產，因此鎳基鑄造高溫合金在實際生產應用中是必不可少的。鑄造高溫合金也被廣泛使用，約占比 20%。如國內鑄造高溫合金K加序號， K1、K2 等。

　　隨著耐熱合金的工作溫度越來越高，合金中的強化元素越來越多，成分也越來越復雜，導致部分合金只能在鑄造狀態下使用，不能熱加工變形。此外，合金元素的增加嚴重分析了鎳基合金凝固后的成分，導致組織和性能不均勻。上述問題可通過粉末冶金工藝生產來解決。由于粉末顆粒小，制粉時冷卻速度快，消除了偏析，提高了熱加工性能，將只能鑄造的合金轉化為可熱加工的變形高溫合金，提高了屈服強度和疲勞性能。粉末高溫合金為生產高強度合金創造了新的途徑。目前，國內粉末高溫合金已應用于渦輪盤、壓氣機盤等先進型號發動機的重要組成部分。

　　航空發展集團航空材料研究所生產的粉末渦輪盤和空心單晶葉片

　　渦輪噴氣式航空發動機和燃氣輪機

　　渦輪噴氣式航空發動機是各種軍用飛機、民用飛機和巡航導彈的動力裝置。燃氣輪機是現代大型軍艦的首選動力裝置。燃氣輪機的主要競爭對手是柴油機和蒸汽輪機。但由于燃氣輪機具有功率密度高、啟動速度快、噪聲低等先天優點，更符合軍艦動力系統的性能要求，燃氣輪機已成為各國軍艦動力系統發展的首選。本節討論了燃氣輪機和航空渦輪噴氣發動機的工作原理與核心機基本相同。

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　　高溫合金在航空發動機中的應用

　　航空發動機高溫合金結構件

　　火箭發動機是運載火箭和彈道導彈的動力裝置，火箭發動機按推進劑型分為固體火箭發動機和液體火箭發動機。

　　高溫合金在固體火箭發動機中的使用較少。主要由藥柱、燃燒室(外殼)、噴嘴組件和點火裝置組成的固體火箭發動機結構相對簡單。燃燒室必須承受促進劑燃燒 2500~3500°C壓力通常是高溫 1~20MPa，一般采用高強度合金鋼、鈦合金或復合材料制成，藥柱與燃燒內壁之間設有隔熱襯。

　　到目前為止，固體火箭發動機外殼材料一般經歷了四代發展過程，第一代是金屬材料；第二代是玻璃纖維復合材料；第三代是有機芳綸復合材料；第四代是高強度中模碳纖維復合材料。

　　由于固體火箭發動機結構簡單，內部無旋轉部件，工作時間通常較短，雖然溫度過高，但結構部件負荷較低，固體火箭發動機對高溫、高負荷、長期工作特性的高溫合金需求較少。

　　固體火箭發動機和液體火箭發動機

　　我國高溫合金的發展可分為三個階段

　　世界上只有 4 在美國、英國、俄羅斯、中國等國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，我國高溫合金的研究、生產和應用已經歷過 50 多年的發展歷程。回顧 50 多年來，我國高溫合金從零開始，從模仿到獨立創新，合金耐溫性從低到高，應用先進技術、新材料開發、生產技術和產品質量，建立和完善我國高溫合金體系，使我國航空航天工業生產發展所需的高溫合金材料，也為其他工業部門的發展提供所需的高溫材料。

　　歷經 50 經過多年的發展，我國已形成了生產設備相對先進、規模較大的生產基地。變形高溫合金廠：東北特種鋼集團撫順特種鋼公司、寶鋼特種鋼業務部、攀鋼集團長城特種鋼公司；鍛件熱加工廠：西南鋁公司、第二重型機械集團萬航模鍛廠，中航工業宏遠航空鍛造公司和安達航空鍛造公司(均為中航重機子公司)；中國航空發動機集團各航空發動機公司生產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) 中國科學院金屬研究所，北京科技大學、東北大學、西北理工大學等。

　　全球高溫合金市場概況

　　2012 年，全球高溫合金消費量為 28 占鋼鐵總消耗量的萬噸 0.02%的市場規模達到1000 億美元。高溫合金價格遠高于其他鋼鐵品種，均價為 1.6 航空航天高端產品價格可達1萬美元/噸 3.6 一萬美元/噸遠高于不銹鋼 0.33 粗鋼每噸1萬美元 0.07 萬美元/噸。高溫合金價格遠高于其他鋼鐵品種，均價為 1.6 航空航天高端產品價格可達1萬美元/噸 3.6 一萬美元/噸遠高于不銹鋼 0.33 粗鋼每噸1萬美元 0.07 萬美元/噸。

　　高溫合金廣泛應用于各個領域，其中航空航天領域占一半以上 55%。二是電力領域，占比 20%。

　　能夠在全球范圍內生產航空航天高溫合金的企業不得超過 50 家主要集中在美國、俄羅斯、英國、法國、德國、日本和中國。發達國家一般以高溫合金產品為戰略軍事物資，很少出口。

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

　　2009 我國高溫合金材料年產量 1 需求達到1萬噸左右 2 萬噸以上。到。到 2013年，市場供應變化不大，但需求增長至 3 萬噸左右。截止 2016年，國內高溫合金產量達到 2 萬

　　噸左右。

　　2009 高端新型高溫合金在中國航空航天和發電領域的市場需求是 后面有3000多噸 5~10 年內，每年呈現 速度增長超過15%。保守估計 2017年，航空航天和發電領域高端高溫合金的市場需求已經達到 9000 噸以上。

　　軍用航空發動機、船舶燃氣輪機和巡航導彈航空發動機是我國高溫合金領域最確定的剛性需求。

　　目前，全球民航機隊使用的航空發動機基本上是羅羅，GE、普惠(及其合資公司 CFMI、IAE)三大航發制造巨頭壟斷，很少從中國高溫合金開發企業購買高溫合金產品。中航工業商業為中國自主研發的大型飛機 C919 預計2025年將提供發動機 年服役。

　　因此，我國高溫合金開發企業短期內進入民航發動機領域的阻力較大。在軍用航空發動機領域，由于軍事產品的特殊性，外國企業進入國內軍事產品市場存在自然障礙。此外，經過多年的發展，我國高溫合金擁有多個基礎品牌，國外高溫合金企業難以進入我國軍事市場。

　　目前，軍事領域高溫合金的應用方向主要是軍用飛機航空發動機、船舶燃氣輪機和巡航導彈航空發動機。軍用高溫合金市場空間的初步計算。

　　雖然與國外先進水平仍存在差距，但從近年來的公共信息來看，我國高溫合金及其產品的開發和生產單位取得了巨大進展。目前的技術能力和生產水平基本上可以支持先進航空發動機、燃氣輪機等產品型號的發展。

　　? 國內軍用高溫合金母合金的主要供應商，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、中國科學院金屬研究所及其控股企業、新興民營企業圖南股份。精密鑄造企業主要有高鈉、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。鍛件制造商主要包括陜西宏遠、貴州安達、中國鋁業西南鋁業、萬航模鍛、無錫、貴州航空科技等新興企業。

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