高温合金的使用性能和表征是什么

・ 变形高温合金，用GH后面跟4位阿拉伯数字表示。第一位是1，表示铁基固溶强化高温合金。第一位是2，表示铁基时效强化高温合金。第一位是3，表示镍基固溶强化高温合金。第一位是4，表示镍基时效强化高温合金。变形高温合金如果用作焊丝，在GH前添加H表示。

・ 铸造高温合金，用K后面跟3位阿拉伯数字表示。第一位是2，表示铁基时效强化高温合金。第一位是4，表示镍基时效强化高温合金。

高温合金在600-1200℃高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。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。

高温合金的牌号

高温合金牌号，采用规定的符号和阿拉伯数字表示。

变形高温合金牌号，采用．“GH”字母组合作前缀(“G”、“H”分别为“高”、“合”汉语拼音的首位字母)，后接四位阿拉伯数字。“GH”符号后第一位数字表示分类号，即：

1――表示固溶强化型铁基合金；

2――表示时效硬化型铁基合金；

3――表示固溶强化型镍基合金；

4――表示时效硬化型镍基合金；

5――表示固溶强化型钴基合金；

6――表示时效硬化型钴基合金。

“GH”符号后第二、三、四位数字表示合金的编号。

铸造高温合金牌号，采用符号“K”作前缀，后接三位阿拉伯数字。“K”符号后第一位数字表示分类号，即：

2――表示时效硬化型铁基合金；

4――表示时效硬化型镍基合金；

6――表示时效硬化型钴基合金。

“K”符号后第二、三位数字表示合金的编号。

焊接用高温合金丝牌号，在变形高温合金牌号前缀符号“GH”之前加“H”符号(“H”为“焊”字汉语拼音首位字母)，即采用“HGH”作前缀，后接四位阿拉伯数字。四位阿拉伯数字表示含意与变形高温合金相同。例如：

GH1131：表示固溶强化型铁基变形高温合金；

GH2132：表示时效硬化型铁基变形高温合金；

GH3044：表示固溶强化型镍基变形高温合金；

GH4169：表示时效硬化型镍基变形高温合金；

K211：表示时效硬化型铁基铸造高温合金；

K403：表示时效硬化型镍基铸造高温合金；

K640：表示时效硬化型钴基铸造高温合金；

HGH1140：表示固溶强化型铁基焊接高温合金丝；

HGH4145：表示时效硬化型镍基焊接高温合金丝。

高温合金知识

高温合金是在高温严酷的机械应力和氧化、腐蚀环境下应用的一类合金。随着科技事业的发展，高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。

一、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。

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、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。

二、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。

三、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。

四、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。

五、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。

六、环境高温合金

在民用工业的很多领域，服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要，根据材料的使用环境，归类出系列高温合金。

1、 高温合金母合金系列

2、 抗腐蚀高温合金板、棒、丝、带、管及锻件

3、 高强度、耐腐蚀高温合金棒材、弹簧丝、焊丝、板、带材、锻件

4、 耐玻璃腐蚀系列产品

5、 环境耐蚀、硬表面耐磨高温合金系列

6、 特种精密铸造零件（叶片、增压涡轮、涡轮转子、导向器、仪表接头）

7、 玻棉生产用离心器、高温轴及辅件 8、 钢坯加热炉用钴基合金耐热垫块和滑轨

9、 阀门座圈

10、 铸造“U”形电阻带

11、 离心铸管系列

12、 纳米材料系列产品

13、 轻比重高温结构材料

14、 功能材料（膨胀合金、高温高弹性合金、恒弹性合金系列）

15、 生物医学材料系列产品

16、 电子工程用靶材系列产品

17、 动力装置喷嘴系列产品

18、 司太立合金耐磨片

19、 超高温抗氧化腐蚀炉辊、辐射管。

高温合金应用案例-使用温度

1100摄氏度以下高温合金的使用性能和表征是什么

GH3652介绍：简称GH652是Cr-Ni基沉淀硬化型变形高温合金，在固溶状态下使用，使用温度在1100摄氏度以下。合金具有良好的耐腐蚀性能，中等的拉伸和持久强度，良好的成型工艺和机加工性能，组织稳定性好。适于制作在1100摄氏度以下的航空发动机的燃烧室和隔热板等部件。在民用工业领域，可用于制作1200摄氏度以下使用的高温装置零部件。

GH3652应用和特性：GH3652合金用于制作发动机燃烧室及加力燃烧室零部件。如：喷嘴罩、盒套、扩散器和隔高温合金应用案例-使用温度

一、GH5188介绍：GH5188、GH188 N0188、30188

GH5188是Co-Ni-Cr基固溶强化型变形高温合金，使用温度小于1100摄氏度。合金加入W进行固溶强化，使合金具有良好的综合性能，加入较高含量的铬和微量镧，使合金具有良好的高温性能。合金具有较好的冷热加工塑性和焊接等工艺性能。

二、GH5188应用和特性：

GH5188已用于制作航空发动机燃烧室筒、导向叶片等高温部件。

高温低膨胀合金

铁镍定膨胀合金

铁镍钴玻封合金

钴基高温合金：

无磁定膨胀瓷封合金

铁镍定膨胀玻封合金

海洋，海水应用：精密合金、高温应用弹簧、高强度、抗耐磨、高强度、抗磨损、高温合金高抗氧化等。常温应用、高耐腐蚀性、高抗拉强度等

高温合金元素性能一览表：

镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。在铁基中加入以铌为主的微合金元素组成的合金。铌属难熔金属，熔点为2467℃，在1093～1427℃温度范围内强度较高。同钨合金和钼合金相比，铌合金塑性好，加工和焊接性能优良，因而能制成薄板和外形复杂的零件，可用作航天和航空工业的热防护和结构材料。铌合金的工业生产，首先将粉末制成合金坯条，然后进行高温烧结法或熔铸法获得锭坯或铸件，但以熔铸法用得最多，熔铸法又以电子东熔炼和电弧炉熔炼为主。铌合金在低温下（-196℃）仍有较好的塑性。同钼和钨相比，铌的合金元素种类多，加入量高。铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

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金属力学性能的表征

jinshu lixue xingneng de biaozheng

金属力学性能的表征

characterization of mechanical properties of metals

表征金属在力的作用下的行为的衡量指标，都属于金属力学性能所研究的范畴。诸如不同载荷所造成的可逆变形（弹性）、不可逆变形（塑性）、断裂（脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂等）以及金属抵抗形变和断裂能力的衡量指标，如强度、塑性、韧度（脆性）、硬度等（见）。

金属的力学性能是零件或结构件设计的依据，也是选择、评价材料和制订工艺规程的重要参量；在金属研究上，它们是合金成分设计、显微组织结构控制所要达到的目标之一，也是反映金属内部组织结构变化的重要表征参量。

金属力学性能随受载方式、应力状态、温度及接触介质的不同而异。受载方式可以是静载荷冲击载荷循环载荷等。应力状态可以是拉、压、剪、弯、扭及它们的复合，以及集中应力和多轴应力等。温度可以是室温、低温与高温。接触介质可以是空气、其他气体、水、盐水或腐蚀介质。在不同使用条件下，材料具有不同的力学行为和失效现象，因而必须有相应的力学性能指标表征。下面便是描述金属材料力学性能的表征参量，对其中已设专条的，在本条中就从略了。

强度 金属抵抗永久变形和断裂的能力的总称。以光滑拉伸试样为例，在渐增载荷作用下，材料的典型拉伸应力－应变曲线如图1[金属材料的典型拉伸应力-应变曲线]所示。反映金属材料强度的性能指标有如下几项。

比例极限（） 开始加载时，应力与应变呈直线关系，比例极限则是代表金属应力与应变成正比关系（即遵守胡克定律）的最大应力。生产中有许多在弹性状态下工作的零件，要求应力与应变间有严格的线性关系，如炮筒和测定载荷、位移的传感器中的弹性元件等，就要根据比例极限来设计。但是,不偏离应力-应变线性关系的最大应力是随测量仪器的精度而变化的，采用不同的测试方法，对同一材料可以得出不同的值。因此，在工程上就采用了条件规定的方法，中国的国家标准规定，当载荷和伸长之间的线性关系发生偏离时，若该点的切线与载荷轴间夹角的正切值已较其弹性直线部分之值增加50％，则该点所对应的应力便称为“规定比例极限”。实际上，“规定比例极限”是产生极微量塑性变形(0.001～0.01％)时的应力值。

弹性极限（） 见。

屈服强度（） 当应力超过弹性极限后继续加载，有的金属便会发生“物理屈服”现象，即在应力不增大的情况下,塑性应变不断增长到一定值(图1a[金属材料的典型拉伸应力-应变曲线]曲线上的s点)以后应力-应变才同时以非常数比例继续增长。这个保持基本恒定的应力（屈服平台应力）称为屈服点，有时也通称为屈服强度。对于无明显物理屈服现象的金属，则以产生限量的小量塑性应变时的应力作为条件屈服强度。如经常采用的条件屈服强度即为产生0.2％残余应变时的应力(图1b[ 金属材料的典型拉伸应力-应变曲线])。它和上述规定比例极限以及弹性极限只是塑性变形量上不同而已，并无本质的差别，均是金属对微量或小量塑性变形抗力的表征。因此,有一种根据不同的需要,选用不同的塑性应变量来表征微量塑性变形阶段材料强度的趋势，如[hj9]、、和等。屈服强度是设计承受静载机件或构件的主要依据。

抗拉强度（） 超过屈服强度以后应力继续增加时应变也不断增长。当应力达到最高点时，对于韧性金属而言，会在拉伸试样上发生局部“缩颈”，而使横截面积减小，因而承载能力开始下降。我们把最高名义应力称为抗拉强度（）。对于脆性材料,例如灰口铸铁，当应力达到最高点时，试棒即断裂，此最高应力也称抗拉强度。可见抗拉强度对于韧性金属是表征其极限均匀塑性变形的抗力，即塑性失稳的起始应力。对于脆性金属，抗拉强度则表征其断裂抗力。不论对韧性金属还是脆性金属，由于与所对应的载荷是金属在单向静拉伸时试样（或工件）所能承受的最大载荷，因此习惯上也把称为强度极限(UTS)抗拉强度常作为评定金属的依据，对于脆性金属也是设计的依据。

断裂强度（或） 通常，金属的实际断裂强度（或）是由试样断裂时的载荷除以试样断裂处实际横截面积而求得的。只有根据试样的实际断裂情况才能确定它的意义。对于在弹性阶段脆断的金属，相当于,也相当于;对于均匀塑变后即断裂的金属, 则相当于真实抗拉强度；对于颈缩后断裂的金属, 则实际上主要反映金属对剪切断裂抗力的大小。的数值要受试验机系统刚性的影响，同一金属，在不同试验机上试验,可得到不同的值。

塑性 金属的塑性又称范性, 为其在断裂前可以承受的塑性变形的总量。常用的塑性指标是光滑试样拉伸试验所得到的伸长率，即拉断后试棒伸长的百分数 ＝[374-1]和断面收缩率，即拉断后试棒最小断面积对原始断面积缩小的百分数 [327-02]。在技术意义上，材料具有一定的塑性容量，可以使工件受载时通过局部发生的塑性变形，而使应力重新分布，从而减少应力集中的程度，减少金属脆断的倾向。又如金属的塑性较大，则该金属的塑性变形与形变强化相结合，使金属冷变形成型工艺成为可能。

超塑性 一般工业用金属的室温塑性大都在百分之几到百分之几十的范围。而某些金属在特定的组织状态下（主要是超细晶粒）、特定的温度范围内和一定的变形速度下表现出极高的塑性，伸长率可达百分之几百甚至百分之几千，这种现象称为“超塑性”。它显然有利于塑性加工。超塑性首先在Al-Zn合金中发现,应用也较广泛。近年来在铁基、铁镍基合金以及钛合金等方面也开展了大量研究，在工业中已得到应用。

真应力－真应变曲线和形变强化 大多数金属（尤其是韧性金属），当外加应力达到屈服极限后，欲使变形继续，必须继续增加外力，即金属的塑性变形抗力随塑性变形量的增加而增加,如图1[金属材料的典型拉伸应力－应变曲线]所示。这种现象称为形变强化或加工硬化。金属的形变强化从屈服极限开始直至断裂为止的过程中都存在，但是在图1[金属材料的典型拉伸应力-应变曲线]所示的条件应力-应变曲线上,并不能真实反映金属的形变强化，这是由于在这种曲线上，各点应力均是以该点的载荷除以试样的原始截面积来表示的，未考虑截面收缩；因此，塑性变形量越大，条件应力和试样上所承受的真实应力的偏差也越大；“缩颈”后，由于局部区域截面积的急剧减少，这种偏差更大，出现应力超过后,强度随应变的增加而降低的情况。真实力-真应变曲线能全面描述金属从弹性变形开始直至断裂的全过程的应力-应变关系,如图2[工业纯铁的真应力-真应变曲线]所示其中真应力是由曲线上各点的瞬时载荷除以试样相应截面积求得,真应变是由瞬时试样伸长的微分值d与瞬时试样长度之比的积分求得,即[328-01]。这种-曲线也称流变强化曲线或硬化曲线,Hollomon公式＝是这条曲线的最简单的拟合表达式。式中的称为形变强化指数,称为形变强化系数，和均为表征形变强化的材料常数形变强化是金属的可贵性质之一,对金属压力加工以及确保机件在偶尔超载时的安全有重要作用。形变强化也是金属材料的一种有效强化手段，与合金化、热处理处于同等地位（见）。

韧性 又名韧度。金属在断裂前吸收变形能量的能力。在静载情况下可用应力－应变曲线下的面积来衡量，即以断裂前单位体积吸收的变形功作为韧性的定量指标，称为静力韧度。

金属的韧性随加载速度的提高、温度的降低、应力集中程度的加剧而下降。冲击韧性试验，就是综合应用较高冲击速度和缺口试棒的应力集中，来测定金属从变形到断裂所消耗的冲击能量的大小，即韧性的高低。

中国常用的冲击韧性试验是用一个 U型缺口方试棒, 将其置于支座上, 然后用摆锤落下将其一次冲断。用冲断试棒所消耗的冲击功除以试棒缺口根部截面积所得商值(单位为kgfm/cm),定义为冲击韧度() 有些国家则常用带V型缺口的试棒,直接以冲断试棒所消耗的冲击功作为夏氏冲击韧度(CVN值),而不将此冲击功除以试棒缺口截面积。不论或 CVN都是在特定条件下测得的冲击值。应该注意的是，冲击韧性试验和某些承受反复冲击载荷的零件服役条件不同，对于这些零件，它们的服役性能应用小能量多次冲击（或冲击疲劳）试验来衡量。

一次冲击试验也常用于评定材料的冷脆倾向。即将金属在一系列不同的试验温度下进行一次冲击试验 (即所谓“系列冲击试验”),而后确定反映材料冷脆倾向的冷脆转化温度对于试验一般采用能量法即[328-02]所对应的温度表示。对于CVN试样,一般根据宏观断口形貌确定，当断口上脆性断口占50％时所对应的温度称为断口形貌转化温度FATT50。 用系列冲击试验测定的冷脆转化温度和FATT50等都是条件性的,只能作为材料脆性倾向的评定。低温断裂韧度试验可对金属的冷脆性作出更合理的评价（见）。此外，还有表征材料在高温条件下的高温力学性能的指标（见）；材料在循环或反复加载条件下表征其力学性能的指标（见）。

高温合金牌号，采用规定的符号和阿拉伯数字表示。

变形高温合金牌号，采用．“GH”字母组合作前缀(“G”、“H”分别为“高”、“合”汉语拼音的首位字母)，后接四位阿拉伯数字。“GH”符号后第一位数字表示分类号，即：

1――表示固溶强化型铁基合金；

2――表示时效硬化型铁基合金；

3――表示固溶强化型镍基合金；

4――表示时效硬化型镍基合金；

5――表示固溶强化型钴基合金；

6――表示时效硬化型钴基合金。

“GH”符号后第二、三、四位数字表示合金的编号。

铸造高温合金牌号，采用符号“K”作前缀，后接三位阿拉伯数字。“K”符号后第一位数字表示分类号，即：

2――表示时效硬化型铁基合金；

4――表示时效硬化型镍基合金；

6――表示时效硬化型钴基合金。

“K”符号后第二、三位数字表示合金的编号。

焊接用高温合金丝牌号，在变形高温合金牌号前缀符号“GH”之前加“H”符号(“H”为“焊”字汉语拼音首位字母)，即采用“HGH”作前缀，后接四位阿拉伯数字。四位阿拉伯数字表示含意与变形高温合金相同。例如：

GH1131：表示固溶强化型铁基变形高温合金；

GH2132：表示时效硬化型铁基变形高温合金；

GH3044：表示固溶强化型镍基变形高温合金；

GH4169：表示时效硬化型镍基变形高温合金；

K211：表示时效硬化型铁基铸造高温合金；

K403：表示时效硬化型镍基铸造高温合金；

K640：表示时效硬化型钴基铸造高温合金；

HGH1140：表示固溶强化型铁基焊接高温合金丝；

HGH4145：表示时效硬化型镍基焊接高温合金丝。

高温合金知识

高温合金是在高温严酷的机械应力和氧化、腐蚀环境下应用的一类合金。随着科技事业的发展，高温合金逐渐形成六个较为完整的部分。

一、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。

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、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。

二、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。

三、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。

四、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。

五、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。

六、环境高温合金

在民用工业的很多领域，服役的构件材料都处于高温的腐蚀环境中。为满足市场需要，根据材料的使用环境，归类出系列高温合金。

1、 高温合金母合金系列

2、 抗腐蚀高温合金板、棒、丝、带、管及锻件

3、 高强度、耐腐蚀高温合金棒材、弹簧丝、焊丝、板、带材、锻件

4、 耐玻璃腐蚀系列产品

5、 环境耐蚀、硬表面耐磨高温合金系列

6、 特种精密铸造零件（叶片、增压涡轮、涡轮转子、导向器、仪表接头）

7、 玻棉生产用离心器、高温轴及辅件 8、 钢坯加热炉用钴基合金耐热垫块和滑轨

9、 阀门座圈

10、 铸造“U”形电阻带

11、 离心铸管系列

12、 纳米材料系列产品

13、 轻比重高温结构材料

14、 功能材料（膨胀合金、高温高弹性合金、恒弹性合金系列）

15、 生物医学材料系列产品

16、 电子工程用靶材系列产品

17、 动力装置喷嘴系列产品

18、 司太立合金耐磨片

19、 超高温抗氧化腐蚀炉辊、辐射管。

高温合金元素性能一览表：

镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。

铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。

钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。

钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。

钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。

钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。

铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。在铁基中加入以铌为主的微合金元素组成的合金。铌属难熔金属，熔点为2467℃，在1093～1427℃温度范围内强度较高。同钨合金和钼合金相比，铌合金塑性好，加工和焊接性能优良，因而能制成薄板和外形复杂的零件，可用作航天和航空工业的热防护和结构材料。铌合金的工业生产，首先将粉末制成合金坯条，然后进行高温烧结法或熔铸法获得锭坯或铸件，但以熔铸法用得最多，熔铸法又以电子东熔炼和电弧炉熔炼为主。铌合金在低温下（-196℃）仍有较好的塑性。同钼和钨相比，铌的合金元素种类多，加入量高。铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5%塑性显著降低。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。

铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。

硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

制备工艺

1、铸造冶金工艺

目前各种先进铸件制造技术和加工设备在不断开发和完善，如热控凝固、细晶工艺、激光成形修复技术、耐磨铸件铸造技术等，原有技术水平不断提高完善从而提高各种高温合金铸件产品的质量一致性和可靠性。

不含或少含铝、钛的高温合金，一般采用电弧炉或非真空感应炉冶炼。含铝、钛高的高温合金如在大气中熔炼时，元素烧损不易控制，气体和夹杂物进入较多，所以应采用真空冶炼。为了进一步降低夹杂物的含量，改善夹杂物的分布状态和铸锭的结晶组织，可采用冶炼和二次重熔相结合的双联工艺。冶炼的主要手段有电弧炉、真空感应炉和非真空感应炉；重熔的主要手段有真空自耗炉和电渣炉。

固溶强化型合金和含铝、钛低（铝和钛的总量约小于4.5%）的合金锭可采用锻造开坯；含铝、钛高的合金一般要采用挤压或轧制开坯，然后热轧成材，有些产品需进一步冷轧或冷拔。直径较大的合金锭或饼材需用水压机或快锻液压机锻造。

2、结晶冶金工艺

为了减少或消除铸造合金中垂直于应力轴的晶界和减少或消除疏松，近年来又发展出定向结晶工艺。这种工艺是在合金凝固过程中使晶粒沿一个结晶方向生长，以得到无横向晶界的平行柱状晶。实现定向结晶的首要工艺条件是在液相线和固相线之间建立并保持足够大的轴向温度梯度和良好的轴向散热条件。此外，为了消除全部晶界，还需研究单晶叶片的制造工艺。

3、粉末冶金工艺

粉末冶金工艺，主要用以生产沉淀强化型和氧化物弥散强化型高温合金。这种工艺可使一般不能变形的铸造高温合金获得可塑性甚至超塑性。

4、强度提高工艺

⑴固溶强化

加入与基体金属原子尺寸不同的元素(铬、钨、钼等)引起基体金属点阵的畸变，加入能降低合金基体堆垛层错能的元素（如钴）和加入能减缓基体元素扩散速率的元素（钨、钼等），以强化基体。

⑵ 沉淀强化

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。

材料特性

高温环境下材料的各种退化速度都被加速，在使用过程中易发生组织不稳定、在温度和应力作用下产生变形和裂纹长大、材料表面的氧化腐蚀。

1、耐高温、耐腐蚀

高温合金所具有的耐高温、耐腐蚀等性能主要取决于它的化学组成和组织结构。 以GH4169 镍基变形高温合金为例，可看出GH4169 合金中铌含量高，合金中的铌偏析成都与冶金工艺直接相关，GH4169 基体为Ni-Gr 固溶体，含Ni 质量分数在50%以上可以承受1 000℃ 左右高温，与美国牌号Inconel718 相似，合金由γ 基体相、δ 相、碳化物和强化相γ'和γ″相组成。GH4169 合金的化学元素与基体结构显示了其强大的力学性能，屈服强度与抗拉强度都优于45 钢数倍，塑性也要比45 钢好。稳定的晶格结构和大量强化因子构造了其优良的力学性能。

Ni Cr Mo Ti Nb A l Fe

51． 96 17． 98 3． 07 0． 95 4． 82 0． 45 余

表1 GH4169 的主要化学成分( 质量分数%)

2、加工难度高

高温合金由于其复杂、恶劣的工作环境，其加工表面完整性对于其性能的发挥具有非常重要的作用。但是高温合金是典型难加工材料，其微观强化项硬度高，加工硬化程度严重，并且其具有高抗剪切应力和低导热率，切削区域的切削力和切削温度高，在加工过程中经常出现加工表面质量低、刀具破损非常严重等问题。在一般切削条件下，高温合金表层会产生硬化层、残余应力、白层、黑层、晶粒变形层等过大的问题。

主要分类

传统的划分高温合金材料可以根据以下3 种方式来进行: 按基体元素种类、合金强化类型、材料成型方式来进行划分。

1、按基体元素种类

⑴铁基高温合金

铁基高温合金又可称作耐热合金钢。 它的基体是Fe 元素，加入少量的Ni、Cr 等合金元素，耐热合金钢按其正火要求可分为马氏体、奥氏体、珠光体、铁素体耐热钢等。

⑵镍基高温合金

镍基高温合金的含镍量在一半以上，适用于1 000℃以上的工作条件，采用固溶、时效的加工过程，可以使抗蠕变性能和抗压抗屈服强度大幅提升。目前就高温环境使用的高温合金来分析，使用镍基高温合金的范围远远超过铁基和钴基高温合金用处。同时镍基高温合金也是我国产量最大、使用量最大的一种高温合金． 很多涡轮发动机的涡轮叶片及燃烧室，甚至涡轮增压器也使用镍基合金作为制备材料。半个多世纪以来，航空发动机所应用的高温材料承受高温能力从20 世纪40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃应该说，这一巨大提升也促使铸造工艺加工及表面涂层等方面快速发展。

⑶钴基高温合金

钴基高温合金是以钴为基体，钴含量大约占60%，同时需要加入Cr、Ni 等元素来提升高温合金的耐热性能，虽然这种高温合金耐热性能较好，但由于各个国家钴资源产量比较少，加工比较困难，因此用量不多。通常用于高温条件( 600 ～ 1 000℃) 和较长时间受极限复杂应力高温零部件，例如航空发动机的工作叶片、涡轮盘、燃烧室热端部件和航天发动机等。为了获得更优良的耐热性能，一般条件下要在制备时添加元素如W、MO、Ti、Al、Co，以保证其优越的抗热抗疲劳性。

2、合金强化类型

根据合金强化类型，高温合金可以分为固溶强化型高温合金和时效沉淀强化合金。

⑴固溶强化型

所谓固溶强化型即添加一些合金元素到铁、镍或钴基高温合金中，形成单相奥氏体组织，溶质原子使固溶体基体点阵发生畸变，使固溶体中滑移阻力增加而强化。有些溶质原子可以降低合金系的层错能，提高位错分解的倾向，导致交滑移难于进行，合金被强化，达到高温合金强化的目的。

⑵时效沉淀强化

所谓时效沉淀强化即合金工件经固溶处理，冷塑性变形后，在较高的温度放置或室温保持其性能的一种热处理工艺。例如:GH4169 合金，在650℃的最高屈服强度达1 000 MPa，制作叶片的合金温度可达950℃。

3、材料成型方式

通过材料成型方式划分有:铸造高温合金( 包括普通铸造合金、单晶合金、定向合金等) 、变形高温合金、粉末冶金高温合金( 包含普通粉末冶金和氧化物弥散强化高温合金)。

⑴铸造高温合金

采用铸造方法直接制备零部件的合金材料叫铸造高温合金。根据合金基体成分划分，可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钻基铸造高温合金3 种类型。按结晶方式划分，可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4 种类型。

⑵变形高温合金

目前仍然是航空发动机中使用最多的材料，在国内外应用都比较广泛，我国变形高温合金年产量约为美国的1 /8 [2] 。以GH4169 合金为例，它是国内外应用范围最多的一个主要品种． 我国主要在涡轮轴发动机的螺栓、压缩机及轮、甩油盘作为主要零件，随着其他合金产品的日益成熟，变形高温合金的使用量可能逐渐减少，但在未来数十年中仍然会是占主导地位。

⑶新型高温合金

包括粉末高温合金、钛铝系金属间化合物、氧化物弥散强化高温合金、耐蚀高温合金、粉末冶金及纳米材料等多种细分产品领域．

①第三代粉末高温合金的合金化程度提升，使其兼顾了前两代的优点，获得了更高的强度较低的损伤，粉末高温合金生产工艺日趋成熟，未来可能从以下几个方面开展: 粉末制备、热处理工艺、计算机模拟技术、双性能粉末盘;

②钛铝系金属间化合物已经开发到第四代，逐步向着多元微量和大量微元这两个方向拓展，德国的汉堡大学，日本京都大学，德国的GKSS 中心等都进行了广泛的研究，钛铝系金属间化合物现已应用于船舶、生物医用、体育用品领域;

③氧化物弥散强化高温合金是粉末高温合金一部分，正在生产研制的有近20 余种，具有较高的高温强度和低的应力系数，广泛的应用于燃气轮机耐热抗氧化部件、先进航空发动机、石油化工反应釜等；

④耐蚀高温合金主要用于替代耐火材料和耐热钢，应用于建筑及航天航空领域。

常用类型

1、GH4169高温合金

GH4169合金是镍一铬一铁基高温合金。GH4169合金属于镍基变形高温合金。镍基合金是一种最复杂的合金。它被广泛地应用于制造各种高温部件。同时，也是所有高温合金中最为注目的一种合金。它的相对使用温度在所有普通合金系中也是最高的。目前，先进的飞机发动机中这种合金的比重在50%以上。

GH4169合金是由国际镍公司亨廷顿分公司的Eiselstein研制成功，于1995年公开介绍的时效硬化镍―铬―铁基变形合金。合金是以体心立方g和面心立方g′相为沉淀强化的一种镍基变形高温合金，在650℃以下具有高的抗拉强度、屈服强度和良好的塑性，具有良好的抗腐蚀、抗辐射能、疲劳、断裂韧性等综合性能，以及满意的焊接和焊后成型性能等。合金在-253～650℃很宽的温度范围内组织性能稳定，成为在深冷和高温条件下用途极广的高温合金。由于GH4169良好的综合性能，目前被广泛用于航空发动机的压气机盘、压气机轴、压气机叶片、涡轮盘、涡轮轴、机匣、紧固件和其它结构件和板材焊接件等 [3] 。

我国于70年代开始研制GH4169合金，主要应用于盘件，使用时间比较短，所以采用真空感应加电渣重熔的双联工艺。八十年代开始应用于航空领域，提高和改进材料质量、提高合金的综合性能和使用可靠性成为主要的研究方向。当前GH4169合金的主要研究方向为：

（1）改进冶炼工艺，量化冶炼参数，实现程序稳定操作，使合金显微组织更加均匀，从而得到优良的屈服和疲劳强度以及抗裂纹扩展止裂能力，提高低周疲劳强度等；

（2）改进热处理工艺。目前的热处理工艺不能很好的消除钢锭中心的偏析，所以对组织的均匀性有不利影响，因此采用合理的均匀化退火工艺，得到细晶坯料成为现在的主要研究方向之一；

（3）改进使用设计。由于GH4169的工作温度不能高于650℃，所以应当加强零部件的冷却，充分发挥该高温合金的高性能、低成本等优点；

（4）提高组织稳定性能。由于航空发动机部件的长寿命要求，对于提高GH4169合金长期时效组织稳定性方面也是至关重要的。

2、单晶高温合金

目前单晶合金材料已发展到第四代，承温能力提升到1140℃，已近金属材料使用温度极限。未来要进一步满足先进航空发动机的需求，叶片的研制材料要进一步拓展，陶瓷基复合材料有望取代单晶高温合金满足热端部件在更高温度环境下的使用。

单晶高温合金叶片研制难度和周期与其结构复杂性有关，普通复杂程度的单晶叶片研制周期较短，但在航空发动机上应用也需经历较长的时间。从单晶实心叶片到单晶空心叶片、到高效气冷复杂空心叶片等，技术难度跨度很大，相应的研制周期跨度也较大。一般一种普通复杂程度的单晶空心叶片从图纸确认、模具设计到试制、再到小批投产，需要1～2年时间。但单晶叶片由于其复杂的服役环境，需要进行大量的验证试验，一般一种普通结构的单晶空心叶片从研制出来以后到航空发动机上应用需5～10年的时间，有的随发动机研制进度，甚至需要15年或更长的时间 [4] 。

主要应用

1、航空航天领域

我国发展自主航空航天产业研制先进发动机，将带来市场对高端和新型高温合金的需求增加。

航空发动机被称为“工业之花”，是航空工业中技术含量最高、难度最大的部件之一。作为飞机动力装置的航空发动机，特别重要的是金属结构材料要具备轻质、高强、高韧、耐高温、抗氧化、耐腐蚀等性能，这几乎是结构材料中最高的性能要求。

高温合金是能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料。高温合金是为了满足现代航空发动机对材料的苛刻要求而研制的，至今已成为航空发动机热端部件不可替代的一类关键材料。目前，在先进的航空发动机中，高温合金用量所占比例已高达50%以上。

在现代先进的航空发动机中，高温合金材料用量占发动机总量的40%~60%。在航空发动机上，高温合金主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘四大热段零部件；此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。

2、能源领域

高温合金在能源领域中有着广泛的应用。煤电用高参数超超临界发电锅炉中，过热器和再过热器必须使用抗蠕变性能良好，在蒸汽侧抗氧化性能和在烟气侧抗腐蚀性能优异的高温合金管材；在气电用燃气轮机中，涡轮叶片和导向叶片需要使用抗高温腐蚀性能优良和长期组织稳定的抗热腐蚀高温合金；在核电领域中，蒸汽发生器传热管必须选用抗溶液腐蚀性能良好的高温合金；在煤的气化和节能减排领域，广泛采用抗高温热腐蚀和抗高温磨蚀性能优异的高温合金；在石油和天然气开采，特别是深井开采中，钻具处于4-150 ℃的酸性环境中，加之CO2，H2S和泥沙等的存在，必须采用耐蚀耐磨高温合金 [5] 。

我国上海电气、东方电气、哈尔滨汽轮机厂等大型发电设备制造集团在生产规模和生产技术等方面近年来有了较大提高，拉动了对发电设备用的涡轮盘的需求。正在进行国产化研制的新一代发电装备－大型地面燃机（也可作舰船动力）取得了显著进展，实现量产后将带动对高温合金的需求。同时，核电设备的国产化，也将拉动对国产高温合金的需求。