高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類(lèi)金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能，又被稱(chēng)為“超合金，”主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和能源領(lǐng)域。
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600℃以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類(lèi)金屬材料；并具有較高的高溫強(qiáng)度，良好的抗氧化和抗腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性等綜合性能。高溫合金為單一奧氏體組織，在各種溫度下具有良好的組織穩(wěn)定性和使用可靠性。
基于上述性能特點(diǎn)，且高溫合金的合金化程度較高，又被稱(chēng)為“超合金”，是廣泛應(yīng)用于航空、航天、石油、化工、艦船的一種重要材料。按基體元素來(lái)分，高溫合金又分為鐵基、鎳基、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃，對(duì)于在更高溫度下使用的耐熱部件，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。 鎳基高溫合金在整個(gè)高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位，它廣泛地用來(lái)制造航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)熱端部件。

1、國(guó)際發(fā)展
從20世紀(jì)30年代后期起，英、德、美等國(guó)就開(kāi)始研究高溫合金。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了滿足新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，高溫合金的研究和使用進(jìn)入了蓬勃發(fā)展時(shí)期。40年代初，英國(guó)首先在80Ni-20Cr合金中加入少量鋁和鈦，形成γ相以進(jìn)行強(qiáng)化，研制成種具有較高的高溫強(qiáng)度的鎳基合金。同一時(shí)期，美國(guó)為了適應(yīng)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)用渦輪增壓器發(fā)展的需要，開(kāi)始用Vitallium鈷基合金制作葉片。
此外，美國(guó)還研制出Inconel鎳基合金，用以制作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。以后，冶金學(xué)家為進(jìn)一步提高合金的高溫強(qiáng)度，在鎳基合金中加入鎢、鉬、鈷等元素，增加鋁、鈦含量，研制出一系列牌號(hào)的合金，如英國(guó)的“Nimonic”，美國(guó)的“Mar-M”和“IN”等;在鈷基合金中,加入鎳、鎢等元素，發(fā)展出多種高溫合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于鈷資源缺乏，鈷基高溫合金發(fā)展受到限制。
40年代，鐵基高溫合金也得到了發(fā)展，50年代出現(xiàn)A-286和Incoloy901等牌號(hào)，但因高溫穩(wěn)定性較差，從60年代以來(lái)發(fā)展較慢。蘇聯(lián)于1950年前后開(kāi)始生產(chǎn)“ЭИ”牌號(hào)的鎳基高溫合金，后來(lái)生產(chǎn)“ЭП”系列變形高溫合金和ЖС系列鑄造高溫合金。70年代美國(guó)還采用新的生產(chǎn)工藝制造出定向結(jié)晶葉片和粉末冶金渦 ，研制出單晶葉片等高溫合金部件，以適應(yīng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪進(jìn)口溫度不斷提高的需要。
發(fā)展至今，國(guó)際市場(chǎng)每年高溫金屬合金消費(fèi)量在30萬(wàn)噸，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域：過(guò)去多年，全球航天業(yè)對(duì)新能源飛機(jī)需求旺盛，目前空客與波音已有超萬(wàn)架此類(lèi)飛機(jī)等待交付。而精密機(jī)件公司是全球高溫合金復(fù)雜金屬零部件和產(chǎn)品制造的龍頭企業(yè)，也為航空航天、化學(xué)加工、石油和天然氣的冶煉以及污染的防治等行業(yè)提供所需的鎳鈷等高溫合金。精密機(jī)件公司就是波音、空客、勞斯萊斯、龐巴迪等軍工航天企業(yè)的指定零配件制造商 [1]  。

1、GH4169高溫合金
GH4169合金是鎳一鉻一鐵基高溫合金。GH4169合金屬于鎳基變形高溫合金。鎳基合金是一種復(fù)雜的合金。它被廣泛地應(yīng)用于制造各種高溫部件。同時(shí)，也是所有高溫合金中為注目的一種合金。它的相對(duì)使用溫度在所有普通合金系中也是的。目前，先進(jìn)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中這種合金的比重在50%以上。
GH4169合金是由國(guó)際鎳公司亨廷頓分公司的Eiselstein研制成功，于1995年公開(kāi)介紹的時(shí)效硬化鎳—鉻—鐵基變形合金。合金是以體心立方g〞和面心立方g′相為沉淀強(qiáng)化的一種鎳基變形高溫合金，在650℃以下具有高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和良好的塑性，具有良好的抗腐蝕、抗輻射能、疲勞、斷裂韌性等綜合性能，以及滿意的焊接和焊后成型性能等。合金在-253～650℃很寬的溫度范圍內(nèi)組織性能穩(wěn)定，成為在深冷和高溫條件下用途極廣的高溫合金。由于GH4169良好的綜合性能，目前被廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤(pán)、壓氣機(jī)軸、壓氣機(jī)葉片、渦 、渦輪軸、機(jī)匣、緊固件和其它結(jié)構(gòu)件和板材焊接件等 [3]  。
我國(guó)于70年代開(kāi)始研制GH4169合金，主要應(yīng)用于盤(pán)件，使用時(shí)間比較短，所以采用真空感應(yīng)加電渣重熔的雙聯(lián)工藝。八十年代開(kāi)始應(yīng)用于航空領(lǐng)域，提高和改進(jìn)材料質(zhì)量、提高合金的綜合性能和使用可靠性成為主要的研究方向。當(dāng)前GH4169合金的主要研究方向?yàn)椋?br /> （1）改進(jìn)冶煉工藝，量化冶煉參數(shù)，實(shí)現(xiàn)程序穩(wěn)定操作，使合金顯組織更加均勻，從而得到優(yōu)良的屈服和疲勞強(qiáng)度以及抗裂紋擴(kuò)展止裂能力，提高低周疲勞強(qiáng)度等；
（2）改進(jìn)熱處理工藝。目前的熱處理工藝不能很好的鋼錠中心的偏析，所以對(duì)組織的均勻性有不利影響，因此采用合理的均勻化退火工藝，得到細(xì)晶坯料成為現(xiàn)在的主要研究方向之一；
（3）改進(jìn)使用設(shè)計(jì)。由于GH4169的工作溫度不能高于650℃，所以應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)零部件的冷卻，充分發(fā)揮該高溫合金的高性能、低成本等優(yōu)點(diǎn)；
（4）提高組織穩(wěn)定性能。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的長(zhǎng)壽命要求，對(duì)于提高GH4169合金長(zhǎng)期時(shí)效組織穩(wěn)定性方面也是至關(guān)重要的。
2、單晶高溫合金
目前單晶合金材料已發(fā)展到第四代，承溫能力到1140℃，已近金屬材料使用溫度極限。未來(lái)要進(jìn)一步滿足先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，葉片的研制材料要進(jìn)一步拓展，陶瓷基復(fù)合材料有望取代單晶高溫合金滿足熱端部件在更高溫度環(huán)境下的使用。
單晶高溫合金葉片研制難度和周期與其結(jié)構(gòu)復(fù)雜性有關(guān)，普通復(fù)雜程度的單晶葉片研制周期較短，但在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用也需經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間。從單晶實(shí)心葉片到單晶空心葉片、到氣冷復(fù)雜空心葉片等，技術(shù)難度跨度很大，相應(yīng)的研制周期跨度也較大。一般一種普通復(fù)雜程度的單晶空心葉片從圖紙確認(rèn)、模具設(shè)計(jì)到試制、再到小批投產(chǎn)，需要1～2年時(shí)間。但單晶葉片由于其復(fù)雜的服役環(huán)境，需要進(jìn)行大量的驗(yàn)證試驗(yàn)，一般一種普通結(jié)構(gòu)的單晶空心葉片從研制出來(lái)以后到航空發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用需5～10年的時(shí)間，有的隨發(fā)動(dòng)機(jī)研制進(jìn)度，甚至需要15年或更長(zhǎng)的時(shí)間 [4]  。