高溫合金是在高溫嚴酷的機械應(yīng)力和氧化、腐蝕環(huán)境下應(yīng)用的一類合金。隨著科技事業(yè)的發(fā)展，高溫合金逐漸形成六個較為完整的部分。
一、變形高溫合金
變形高溫合金是指可以進行熱、冷變形加工，工作溫度范圍-253～1320℃，具有良好的力學性能和綜合的強、韌性指標，具有較高的抗氧化、抗腐蝕性能的一類合金。按其熱處理工藝可分為固溶強化型合金和時效強化型合金。
1、固溶強化型合金
使用溫度范圍為900～1300℃，ZUI高抗氧化溫度達1320℃。例如GH128合金，室溫拉伸強度為850MPa、屈服強度為350MPa；1000℃拉伸強度為140MPa、延伸率為85%,1000℃、30MPa應(yīng)力的持久壽命為200小時、延伸率40%。固溶合金一般用于制作航空、航天發(fā)動機燃燒室、機匣等部件。
2、時效強化型合金
使用溫度為-253～950℃，一般用于制作航空、航天發(fā)動機的渦 與葉片等結(jié)構(gòu)件。制作渦 的合金工作溫度為-253～700℃,要求具有良好的高低溫強度和抗疲勞性能。 例如：GH4169合金，在650℃的ZUI高屈服強度達1000MPa；制作葉片的合金溫度可達950℃，例如：GH220合金，950℃的拉伸強度為490MPa，940℃、200MPa的持久壽命大于40小時。
變形高溫合金主要為航天、航空、核能、石油民用工業(yè)提供結(jié)構(gòu)鍛件、餅材、環(huán)件、棒材、板材、管材、帶材和絲材。
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圖1 0Cr17Ni7TiAl鋼的熱處理工藝
圖2 0Cr17Ni4Cu4Nb鋼的熱處理工藝
(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼。選擇合適的鉻、鎳當量配比，使其形成非常穩(wěn)定的奧氏體組織；為了彌補奧
半奧氏體沉淀硬化不銹鋼熱處理工藝
氏體強度的不足，通過加入鋁、鈦以形成Ni3Al、Ni3Ti，或加入磷形成M23(C＋P)6而進行強化。
熱處理工藝 (1)馬氏體沉淀硬化不銹鋼。以O(shè)Crl7NiTiAl(Stainless W)和OCrl7Ni4Cu4Nb為例，其熱處理工藝如圖1和圖2所示。
(2)半奧氏體沉淀硬化不銹鋼。以0Cr15Ni7Mo2Al為例
(3)奧氏體沉淀硬化不銹鋼。以0Cr15Ni25Ti2MoAlVB為例其熱處理工藝
鑄造高溫合金是指可以或只能用鑄造方法成型零件的一類高溫合金。其主要特點是：
1. 具有更寬的成分范圍 由于可不必兼顧其變形加工性能，合金的設(shè)計可以集中考慮優(yōu)化其使用性能。如對于鎳基高溫合金，可通過調(diào)整成分使γ’含量達60%或更高，從而在高達合金熔點85%的溫度下，合金仍能保持優(yōu)良性能。
2. 具有更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域 由于鑄造方法具有的特殊優(yōu)點，可根據(jù)零件的使用需要，設(shè)計、制造出近終形或無余量的具有任意復雜結(jié)構(gòu)和形狀的高溫合金鑄件。
根據(jù)鑄造合金的使用溫度，可以分為以下三類：
第YI類：在-253～650℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在很大的范圍溫度內(nèi)具有良好的綜合性能，特別是在低溫下能保持強度和塑性均不下降。如在航空、航天發(fā)動機上用量較大的K4169合金，其650℃拉伸強度為1000MPa、屈服強度850MPa、拉伸塑性15%；650℃，620MPa應(yīng)力下的持久壽命為200小時。已用于制作航空發(fā)動機中的擴壓器機匣及航天發(fā)動機中各種泵用復雜結(jié)構(gòu)件等。
第二類：在650～950 ℃使用的等軸晶鑄造高溫合金 這類合金在高溫下有較高的力學性能及抗熱腐蝕性能。例如K419合金，950℃時，拉伸強度大于700MPa、拉伸塑性大于6%；950℃，200小時的持久強度極限大于230MPa。這類合金適于用做航空發(fā)動機渦輪葉片、導向葉片及整鑄渦輪。
第三類： 在950～1100℃ 使用的定向凝固柱晶和單晶高溫合金 這類合金在此溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)良的綜合性能和抗氧化、抗熱腐蝕性能。例如DD402單晶合金，1100℃、130MPa的應(yīng)力下持久壽命大于100小時。這是國內(nèi)使用溫度ZUI高的渦輪葉片材料，適用于制作新型高性能發(fā)動機的一級渦輪葉片。
隨著精密鑄造工藝技術(shù)的不斷提高，新的特殊工藝也不斷出現(xiàn)。細晶鑄造技術(shù)、定向凝固技術(shù)、復雜薄壁結(jié)構(gòu)件的CA技術(shù)等都使鑄造高溫合金水平大大提高，應(yīng)用范圍不斷提高。
鎳基高溫合金的發(fā)展趨勢 以鎳為基體(含量一般大于50％) 在650～1000℃范圍內(nèi)具有較高的強度和良好的抗燃氣腐蝕能力的高溫合金。 發(fā)展過程 鎳基高溫合金(以下簡稱鎳基合金)是30年代后期開始研制的。英國于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic 75(Ni-20Cr-0.4Ti)；為了提高蠕變強度又添加鋁，研制出Nimonic 80(Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al)。美國于40年代中期，蘇聯(lián)于40年代后期，中國于50年代中期也研制出鎳基合金。鎳基合金的發(fā)展包括兩個方面：合金成分的改進和生產(chǎn)工藝的革新。50年代初，真空熔煉技術(shù)的發(fā)展，為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50年代后期，由于渦輪葉片工作溫度的提高，要求合金有更高的高溫強度，但是合金的強度高了，就難以變形，甚至不能變形，于是采用熔模精密鑄造工藝，發(fā)展出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。60年代中期發(fā)展出性能更好的定向結(jié)晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿足艦船和工業(yè)燃氣輪機的需要，60年代以來還發(fā)展出一批抗熱腐蝕性能較好、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年的時間內(nèi)，鎳基合金的工作溫度從 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。
鎳基耐蝕合金多具有奧氏體組織。在固溶和時效處理狀態(tài)下，合金的奧氏體基體和晶界上還有金屬間相和金屬的碳氮化物存在，各種耐蝕合金按成分分類及其特性如下：
Ni-Cu合金 在還原性介質(zhì)中耐蝕性優(yōu)于鎳,而在氧化性介質(zhì)中耐蝕性又優(yōu)于銅，它在無氧和氧化劑的條件下，是耐高溫氟氣、氟化氫和＊＊＊的的材料（見金屬腐蝕）。
Ni-Cr合金 主要在氧化性介質(zhì)條件下使用?？垢邷匮趸秃?、釩等氣體的腐蝕，其耐蝕性隨鉻含量的增加而增強。這類合金也具有較好的耐氫氧化物（如NaOH、KOH）腐蝕和耐應(yīng)力腐蝕的能力。
Ni-Mo合金 主要在還原性介質(zhì)腐蝕的條件下使用。它是耐yan酸腐蝕的的一種合金，但在有氧和氧化劑存在時，耐蝕性會顯著下降。
Ni-Cr-Mo(W)合金 兼有上述Ni-Cr合金、Ni-Mo合金的性能。主要在氧化－還原混合介質(zhì)條件下使用。這類合金在高溫氟化氫氣中、在含氧和氧化劑的yan酸、＊＊＊溶液中以及在室溫下的濕lv氣中耐蝕性良好。
Ni-Cr-Mo-Cu合金 具有既耐硝酸又耐硫酸腐蝕的能力，在一些氧化-還原性混合酸中也有很好的耐蝕性。