航空发动机高温合金材料

第一篇：航空发动机高温合金材料

高温合金材料

高温合金又叫热强合金、超级合金。按基体组织材料可分为三类：铁基、镍基和钴基。按生产方式可分为铸造高温合金、变形高温合金和粉末高温合金。按强化机理可分为碳化物强化、固溶强化、时效强化和弥散强化。一般用于航空发动机耐高温材料的制造，特别是喷气发动机最后两级压气机和最初两级涡轮叶片、燃烧室、加力燃烧室、涡轮盘、涡轮叶片及紧固件的制造。是重要战略物资，各航空大国都在极其保密的条件下研制。

按生产方式可分为变形高温合金与铸造高温合金。按强化机理可分为碳化物强化、固溶强化、时效强化和弥散强化。铸造高温合金：

铸造高温合金及制品主要以航空、航天发动机，地面燃机等动力机械为服务对象其发展主要以动力机械需求为牵引。铸造高温合金及制品对原材料要求高制备工艺复杂产品质量控制严格，行业准入门槛高。国内外具有研制和生产铸造高温合金能力的企业数量有限。近年来国内外铸造高温合金发展趋势主要表现为：



1、在等轴晶方面不再投入大量的人力和物力进行新合金的研制而是通过工艺水平的提高挖掘合金的潜能提高等轴晶铸件的使用性能因而高性能等轴晶的发展是一个重要的方向。

2、目前各种先进铸件制造技术和设备在不断开发和形成如细晶工艺、热控凝固、真空离心铸造技术等许多大型复杂结构高温合金铸件制造成功并付诸应用特别是越来越呈现出材料和工艺互相影响和促进的趋势。发达国家在铸造高温合金材料上将集中于少数极端工作条件的关键需求上如适用于超高温、大应力、富氧或腐蚀环境等。同时继续开发新技术并提高现有技术的控制水平从而提高各种高温合金铸件产品的质量一致性和可靠性。

3、定向、单晶高温合金研究方兴未艾新型合金不断涌现定向凝固合金已出现三代单晶合金发展到5代材料本体承温能力达到1200℃基本达到此类材料的极限。

由于高温合金的难变形特性以及我国尚无大型挤压机和先进的大型热模锻、等温锻造等设备, 使我国高温合金材料的热加工面临很大的困难。虽然冶金学家致力于合金化提高合金的耐高温性能但收效甚微。

因此，进一步提高合金性能与对高温合金材料开发的工作道路仍是曲折而漫长的。

第二篇：铌合金高温材料

我知道的高温材料-含铌高温材料的应用现状

摘要:高强妮合金具有比重小、强度高、韧性好、易焊接等优点，是制造高性能航空航天吃行器高温部件的重要材料，研究者通过碳化物强化、高温固溶淬火、人变形挤压、时效和热机械处理等方法研制出系列高强妮合金。航空航天高温结构件减重是研究新型妮合金的一个重要方向，选用密度为6-7.2 g/cm3耐的系列低密度妮合金，无涂层可在700℃以下工作，加涂层可在1 200℃以下工作。本文综述了含铌高温材料在航空航天工业以及民用工业中的应用。

关键词：低密度铌合金材料、航空航天工业、凃层、铌合金 1前言

据有关资料统计 , 世界铌总贮藏量约为3800 万 t。巴西是世界第一铌资源大国 , 其贮藏量和生产量最多 , 贮藏量约 2300 万t,占世界总量的 60%。其次是澳大利亚、加拿大、前苏联等国家。中国也是铌资源较丰富的国家 ,贮藏量占世界总量的 17% 左右。丰富的自然资源是铌工业发展的重要保障和优越条件。近年来 , 世界对铌的需求趋于稳定发展。

妮与其它高温结构材料一钨、铂、镍、钢等相比，具有熔点高、密度小、塑韧性和焊接性能好、比强度高等突出的优点，是更高温度使用的新型航空航天结构件的备选材料。妮合金按照强度和塑性的不同，分为高、中、低强妮合金，国外中、低强妮合金在1970年前后己研制成熟;高强度铌合金的研究从20世纪70年代开始，分为固溶强化为主和弥散强化为主两种，国外(主要是前苏联和美国)对高强铌合金制备技术进行了深入研究，我国在该类材料的研究还属空白。低密度铌合金是先进航空航天发动机和小推力火箭发动机的重要候选材料之一。但是，锯合金材料抗氧化性能差，纯金属锯在600℃即存在氧化现象，随着氧化进一步加重，氧化物与金属界面上产生的内应力使氧化层开裂，之后发生灾难性氧化，严重影响了材料在高温有氧环境下的应用。因此，锯合金作为高温结构材料应用的关键性问题是提高其抗氧化性能。本文主要讲述含铌材料高温应用现状及特点。2航天航空工业用铌

航天航空工业是是高纯铌的主要应用领域。多数用作各种火箭和飞船的发动机和耐热部件。据报道 , 最新设计的重返地球的航天飞机中 , 约用铌 2700kg。N b 2 10Hf 等合金用于发射通讯卫星的火箭助推器。N b-1Zr 等合金可使火箭推进控制达数千次起动的要求 ,用于火箭轨道调整和阻力补偿发动机、航天飞行器的反作用控制发动机等。军用飞机用铌量与日俱增 , 目前已达到空前水平。在美国 , 实际上所有的喷气式战斗机发动机的耐热部件都采用铌耐热合金 , 如每台 F — 15 和 F — 16 战斗机的发动机分别用铌 78kg 和钛 2400kg。

新型铌材料低密度铌合金的优点是密度小、比强度高、抗氧化性能优于高妮含量的妮合金(Nb+W>80%，质量分数)，能够与常用的妮合金和钦合金焊接，缺点是室温塑韧性较差。不加抗氧化涂层可在550-800℃大气环境中使用而不被氧化，加抗氧化涂层可在800-1 300℃大气环境中使用，当涂层破坏后，合金基体不会立即被烧穿和破坏。航空航天高温结构件减重是研究新型铌合金的一个重要方向，选用密度为 6 ~7.2 g /cm3的系列低密度铌合金，无涂层可在 700 ℃以下工作，加涂层可在 1 200 ℃以下工作，低密度妮合金材料的制备方法很多，有真空烧结法、热等静压法、电弧熔炼法、等离子熔炼等。采用粉末冶金法很容易获得成分均匀的合金材料，但由于杂质元素含量高，材料硬脆、塑性较差。熔炼是常用的合金制备方法，由于合金中的Nb、Ti、Al元素熔点、密度相差很大，给熔炼均匀合金成分铸锭带来很大困难。等离子熔炼是一种很好的熔炼方法，真空自耗电弧熔炼法生产的铸锭易出现偏析、气孔和裂纹等缺陷。近几年，激光和电子束快速成型技术在金属零件的制备方面发展很快，采用3D打印技术制备复杂形状和薄壁妮合金零件成为一个新的研究方向。含铌高温合金在民用工业中的应用（1）柴油机﹑内燃机增压涡轮

年代以来，欧美等国增压涡轮材料多采用 Inconel713C 镍基合金和 X-40钴基合金，前苏联的涡轮材料为ЭП-787Л和 BЖ36-Л3,此外美国和日本还采用CRM-6D 铸造耐热钢制作增压涡轮。经过多年开发,K213 和 K218 合金精铸的增压涡轮已经广泛用作坦克﹑船舶﹑冶金矿山﹑农用机械﹑石油钻机﹑大型运输载重车辆等领域的发动机上,推广应用的柴油机增压器型号近30 种,内燃机车型号有 45GP80 和 1301 等.10 余年来，钢研总院﹑济南柴油机厂﹑潍坊柴油机厂﹑戚墅堰机车车辆所等单位已经形成批量生产基地，年生产量达 15000 件以上。

（2）玻璃工业离心头

离心头是离心喷吹玻璃棉的关键部件，1250℃的熔融玻璃在离心头的2400r/min 转数的离心作用下，通过离心头侧壁的 7000 个φ1mm 小孔,甩制成φ7μm 以下的玻璃棉.离心头长期处于 980 摄氏度高温高速旋转下工作，既受高温高速燃气的氧化腐蚀和直接冲刷，又受高碱熔融玻璃的冲刷和腐蚀(3)石化工业应用

乙烯是石油化工的三大合成材料的基础原料之一.乙烯的生产能力标志各国石化工业的发展水平。我国 70 年代初即开始引进大型的乙燃装置。生产乙烯的装置是乙烯裂解炉，高温炉管是乙烯裂解炉的关键部件。裂解炉管在 1000℃以上高温下长时间工作，又处于腐蚀性介质气氛下，目前世界各国主要采用高铬镍合金并通过离心铸造法生产。1993 年首批 ZG4Cr25Ni35WNb 合金炉管安装在盘棉天然气化工厂的 SRT-IXHS 型裂解炉第一程炉管，该炉管原采用日本久保田公司的 KHR35C-HISI 合金铸管，管壁设计温度为 1150℃。目前使用时间已达 6000小时。4 结语

低密度妮合金的比强度高于高温合金，塑性适中、焊接性能好，它的突出优点是比重小，是未来航空航天提高使用温度、减轻高温结构件重量的必选材料，但大尺寸低密度妮合金材料的制备技术尚需深入研究。

现在使用铌合金，将巨大地推动了铌合金的应用；或用于一个好的投资项目，比如，载人的国际间星际探险计划，或用于大规模、威胁到世界和平以及伴随着非法武装的计划。由于超音速飞机的应用，我们乐观地看到铌合金是具有优势的材料，能够用于制作超音速冲压式喷气发动机的部件。大体上说，政府投资鼓励铌合金发展计划（特别是多重的、平行的）不可能再发生。除非开辟一些独特的领域，新产品尺寸的提高伴随着使用更大尺寸的喷气防护罩，可能会在一定程度上推动 C103 合金薄板的消费。过去的一些老合金可能被重新使用的情况未必能出现。自由贸易仍占主导地位，像其它特殊材料一样，铌合金的应用也将建立在优良的性能以及合适的价格基础上。提高涂层的性能，能够扩展铌合金的使用范围。优良的性价比将推动铌合金未来在高温领域中的应用。

第三篇：高温合金应用领域及需求

高温合金应用及市场需求

(2013-03-01 23:15:20)转载▼

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1、高温合金需求概况

高温合金材料最初主要应用于航空航天领域，由于其有着优良的耐高温、耐腐蚀等性能，逐渐被应用到电力、汽车、冶金、玻璃制造、原子能等工业领域，从而大大的拓展了高温合金材料的应用领域。随着高温合金材料的发展，新型高温合金材料的出现，高温合金的市场需求处于逐步扩大和增长状态。

目前，国际市场上每年消费高温合金材料近30 万吨，被广泛应用于各个领域。

我国目前高温合金材料年生产量约1 万吨左右，每年需求可达2 万吨以上，市场容量超过80 亿元。（数据来源：中国金属学会高温材料分会）。

而我国目前的生产能力与需求相比存在两个缺口：

（1）生产能力不足

目前我国高温合金生产企业数量有限，生产能力与需求之间存在较大缺口，在燃气轮机、核电等领域的高温合金主要还依赖进口。

（2）高端产品难以满足应用需求

我国的高温合金生产水平与美国、俄罗斯等国有着较大差距，随着我国研制更高性能的航空航天发动机，高温合金材料在供应上存在无法满足应用需求的现象。我国高温合金企业一方面需要提高研发能力，另一方面还需要提高装备水平，使自身具备生产更高性能高温合金材料的实力。

目前本公司主要面向的市场为航空航天、发电领域使用的高端和新型高温合金，该领域市场的高温合金需求量在3000 余吨，且每年呈15%以上的速度增长。（数据来源：中国金属学会高温材料分会）。

高端和新型高温合金需求增加主要来自于两个方面：

第一，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。

第二，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。

2、航空航天领域的应用

高温合金从诞生起就用于航空发动机，在现代航空发动机中，高温合金材料的用量占发动机总重量的40%～60%，主要用于四大热端部件：燃烧室、导向器、涡轮叶片和涡轮盘，此外，还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件（图6－5）。航空航天产业属于战略性先导产业。世界航空航天市场总额已高达数千亿美元，并且正以每年10%左右的速度稳步增长。

3、我国发展自主航空航天产业拉动高温合金材料需求

中国航空工业是在新中国成立以后，经过50 多年的建设和发展，已先后研制生产了8 大系列30 多种机型1400 多架货运飞机、旅客机和通用飞机，具备了飞机设计、制造、试验、试飞、适航取证等研制和生产能力。

在过去的几十年中，我国航空工业主要经历了四个发展阶段，1951~1960 年：中国航空工业完成产业基础建设。1961~1980 年：中国航空工业发展的黄金20 年。

1981~2000 年：中国航空工业在曲折中前进。2001~2008 年：中国航空工业进入全新发展阶段。特别是在2001 到2008 年，这几年中，不少具有自主创新的产品也在不断问世。在2004 年，歼10 定型批量生产标志着我国成为全球少数能够自主研制第三代先进战斗机的国家。2006 年3 月，十届人大通过了“十一五”规划纲要，大型飞机研制被列入纲要，并在高技术产业工程重大专项中占据显著位置。2007 年12 月，ARJ21总装下线标志着我国首个自主研发支线客机项目取得突破性进展。2008 年3 月，中国商飞有限公司在上海挂牌成立，相关科研和人才培养工作全面启动。（资料来源：中航集团总经理林左鸣：《2009，我国航空工业的成人礼》）

国内目前最主要的航空工业企业是中国航空工业集团公司（根据国家有关航空工业体制改革方案，中国航空工业第一集团公司、中国航空工业第二集团公司重组整合成中国航空工业集团公司，并于2008 年11 月8 日正式挂牌），该公司注册资本640亿元，拥有企事业单位近200 家，拥有上市公司21 家，其中3 家在香港上市。据统计，中国航空工业集团公司2008 年实现总收入1,660 亿元，同比增长12.31%。中航集团的成立整合了国内的航空产业，明确了航空产业发展方向和发展战略。中航集团成立后提出了未来9 年经济规模将以每年高于20%的速度递增的目标，到2017 年跃上一万亿元的台阶。（资料来源：中国航空工业集团公司网站）。

第七届珠海航展上，中航集团公布了2008-2027 年民用飞机中国市场预测年报。根据该年报，未来20 年中国航空客运周转量的年均增长率为8.3%，中国民航需要补充各型民用客机3815 架，其中大型喷气式客机2822 架，支线飞机993 架。预计到2027年，中国的民用客机机队规模将达到4250 架，货机机队规模将达到604 架。

目前国内生产和发展的民用机型主要有：

直升机：我国目前主要的直升机总装企业是中航集团旗下的哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，主要产品为直9 系列直升机、H425 型直升机、HC120 直升机、EC120直升机等。直9 的国产化程度已经超过90%，是我国直升机主流机型。哈飞集团控股的哈飞股份2008 年航空产品销售收入20.8 亿元，其中主要是直9 系列直升机，该产品订单在“十一五”期间仍将保持稳定增长。该公司在直9 基础上通过技术改造研制成功的H410 和H425 型直升机还拥有可观的民用和国际市场前景。目前哈飞集团与欧洲直升机公司联合开发的直15 型项目，该机属于世界上最先进的6 吨级中型机之一，由哈飞集团与欧洲直升机公司联合研制生产，目前已获确认订单150 架，2008年已交付首架机身，预计2010 年开始量产。中航集团预测，今后20 年内，中国将需要3,000 架直升机，而目前全国仅有百余架，市场空间非常大。（资料来源：哈飞股份2008 年年报及相关研究报告）

运输机：运输机是专门用来运送货物和旅客的飞机，民航客机是运输机的一种。

我国的运输机主要是Y 系列的运输机，如Y7（即运-7）、Y8、Y10，Y11 和Y12F。

该系列机型可用于空投、空降、运输、救生及海上作业等多种用途。主要由中航集团旗下的陕西飞机工业（集团）有限公司、哈飞股份等生产。Y12F 飞机是哈飞股份采用先进技术研发的新一代通用/支线涡桨飞机，能够乘坐19 名旅客并满足散装装载，可用于海洋监测、航拍航测、遥感、物探、空投、空降等长航时通航作业。该机拥有大容量的机身设计和良好的短距起降性能，采用最先进的综合航电系统，人机界面好，乘坐舒适，巡航速度快，商载重量比高，满油与满载航程长，使用成本低，具有较强的市场竞争力。2008 年第七届珠海航展上，哈飞股份与中国航空技术进出口总公司就Y12F 飞机收购达成协议，签下了20 架共价值8 亿元的Y12F 飞机收购框架协议。Y12F飞机计划2009 年完成首飞和调整试飞，2010 年完成试航验证地面试验与飞行试验、取得CAAC 型号合格证，2011 年取得FAA 型号合格证。（资料来源：2008 年第七届珠海航展有关新闻报道）支线飞机：支线飞机是指座位数在50 座到110 座左右，飞行距离在600 公里至

1200 公里的小型客机。我国国土幅员辽阔，对于支线飞机的需求量呈逐年上升态势。

目前我国国产的支线飞机主要有新舟系列和ARJ21 系列。我国新舟系列主要是新舟60 及其升级换代产品新舟600。新舟600 采用涡轮螺旋桨发动机，具有成本低廉、燃油消耗少等优点。2008 年11 月在第七届珠海航展，中国民航飞行学院与中航西飞公司签订购买2 架新舟600 的购机合同，成为首个用户。2010-2012 年，新舟600 将达到年产10-15 架生产能力，最终形成30 架的年生产能力。中航集团旗下的西安飞机工业（集团）有限责任公司是该机型的生产企业，预计未来10 年新舟600 在全球市场需求量将超过300 架，国内超过120-150 架。目前新舟700 的研制工作也已全面启动。

ARJ21 翔凤客机是中国商用飞机有限责任公司研制的双发动机支线客机，是新一代支线喷气式客机。ARJ21 翔凤客机是70～90 座级的中、短航程涡扇发动机支线客机，拥有基本型、加长型、货机和公务机等四种容量不同的机型。2008 年11 月28 日首架ARJ21-700 飞机在上海飞机制造厂首次试飞，飞行62 分钟后降落，取得成功。首飞完成后，随即进入试飞试验、适航取证等投入市场前的阶段。经过相当于18 个月运行期的稳定飞行，在相关型号得到审定后，向用户进行交付。

干线飞机：干线飞机是相对于支线飞机来说的，干线飞机一般是指航行城市与城市之间载客量大、速度快、航程远的飞机，比如波音737、空客320 等，世界上有能力生产大型干线飞机的有美国、俄罗斯、乌克兰、欧洲等6 家公司。研制大型飞机及其发动机是党中央、国务院在新世纪作出的具有重大战略意义的决策。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》和“十一五”规划纲要中，国家已经把大型飞机列为重大专项工程，而且要求最终配装具有自主知识产权的大涵道比涡扇发动机，包括军民两用型大型飞机发动机，这是必须实现的国家战略目标。2008 年5 月，我国启动了大飞机项目，由国务院国资委牵头，与中国航空工业第一集团公司、中国航空工业第二集团公司等央企组建了大型飞机公司，注册资本金为190 亿元。据报道，整个大飞机项目的研发费用投入大概在600 亿元，其中用于大型民用客机的研制费用大概有400亿元，用于大型军用运输机研制的费用约为200 亿元。大飞机的研制属于高精尖项目，每架需用高温合金、钛合金近100 吨，起落架用特种高强度钢约15 吨。（来自：新华网《上海宝钢研制“大飞机”用钢取得进展》一文）

我国自主航空航天产业的发展，必然带动国内发动机制造企业的发展。目前国内发动机制造企业主要有西安航空发动机（集团）有限公司、沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司、中国贵州航空工业集团、成都飞机工业（集团）有限责任公司等公司。2009 年1 月18 日，中航工业商用飞机发动机有限责任公司在上海注册成立，主要为大飞机项目配套研制和生产发动机。西航集团是我国大型航空发动机研制生产基地，先后研制生产了涡轮喷气发动机、涡轮起动机、涡轮发电装置、涡扇发动机及大功率燃气轮机，生产的航空发动机主要包括“秦岭”发动机、“太行”、“昆仑”发动机。2007 年西航集团航空发动机（含衍生产品）部分的营业收入为19.8 亿元。（数据来源：吉林华润生化股份有限公司重大资产出售、重大资产购买暨非公开发行股票报告书第88 页）。

根据国家规划，航天产业的发展主要围绕五大工程实施：一是载人航天，二是月球探测，三是高分辨率对地观测系统，四是“北斗”导航定位系统，五是新一代大型运载火箭。载人航天和月球探测两项工程的主要目的是带动我国科技水平的提高和发展。高分辨率对地观测系统和“北斗”导航定位系统会更多的服务于经济建设、社会发展和国家安全。新一代大型运载火箭，主要是提升中国探索空间的能力。从航天发展的经验来看，重大工程的实施能够有效拉动航天产业市场。

我国的“长征”系列火箭以及从“神舟”一号到“神舟”七号，发动机的核心部分都采用了高温合金材料。据统计，从1999 年成立至2007 年，中国航天科技集团长征系列火箭共成功实施50 次发射任务，发射了自行研制的43 颗卫星、6 艘飞船和1颗月球探测器。在宇航领域，圆满完成了神舟五号、神舟六号载人航天飞行和嫦娥一号绕月探测飞行任务，并取得商业卫星整星出口零的突破。根据已制定的《中国航天科技集团公司构建航天科技工业新体系战略转型指导意见》，中国航天科技集团公司到2015 年打造七个数百亿规模的大型科研生产联合体，形成十个左右主营业务收入过百亿的公司，并且要实现国际化业务快速增长，整星出口占国际商业卫星市场10%左右，商业发射服务占国际市场15%左右，航天技术应用产业的产品出口额占其业务收入的20%左右。（数据来源：新华网《中国航天工业2015 年达国际先进》一文）目前，航天领域使用的液氧煤油和液氧液氢航天运载发动机、小型涡喷涡扇发动机已经定型，并开始批量生产，国内对航天用高温合金母合金和精铸件的需求也在不断增长，进入一个新的增长期。

4、燃气轮机领域的高温合金需求状况

燃气轮机是高温合金的另一个主要用途。燃气轮机装置是一种以空气及燃气为介质的旋转式（见图6－9）热力发动机，它的结构与飞机喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机。燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。构造有四大部分：空气压缩机，燃烧室，叶轮系统及回热装置。

燃气轮机的最大优点是不需连杆、曲柄、飞轮等装置，又不需锅炉，因此体积小、重量轻，功率大到100000～200000 千瓦，效率高达60%，广泛用于船舶动力、发电等。

因燃气轮机喷射到叶轮上的气体温度高达1300℃，因此叶轮需要用高温合金来制造。

燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机，轻型燃气轮机为航空发动机的转型，如LM6000PC 和FT8 燃气轮机，其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高，主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃气轮机为工业型燃机，如GT26 和PG6561B 等燃气轮机，其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高，主要用于联合循环发电、热电联产。

目前燃气轮机发电在世界上已广为应用，其发电容量占世界总发电容量的11%。

由于燃气轮机具有以上优点，在全世界发达国家，燃机电厂与燃煤电厂总安装容量为接近1﹕1，并有超过的趋势。燃气轮机发电已是电力结构中的重要部分，在新增发电容量中更占重要成份。据报导目前全世界每年新增加的装机容量中，有1/3 以上系采用燃气－蒸汽联合循环机组，而美国则接近1/2。据不完全统计，全世界现有烧油和烧天然气的燃气轮机及其联合循环的装机容量已超过4 亿kW。近些年来，世界上发达国家常规联合循环发电得到快速发展；每年新增的联合循环机组总装机容量约占火电总新增容量的40%～50%。当今世界上单台燃机最大功率已达250MW，联合循环总功率达350MW。现在燃气轮机正向着大功率、高燃烧温度发展。燃气－蒸汽联合循环已经成为世界上火电建设的重要组成部分。燃气－蒸汽联合循环发电已成为世界潮流。

从国际发展的趋势来看，为了提高热效率和增加机动性，需要发展大功率的（大于100MW）工业燃气轮机组，这对材料提出了更高的要求。以涡轮叶片为例，因采用劣质燃料，加上地面工况条件差，特别是在高温下（＞1300℃）、连续工作时间很长（以万小时计），更需要耐热腐蚀、抗冲刷的高温合金和耐热涂层。目前我国每年花费在进口涡轮叶片备件上就达上亿美元。国内燃气轮机发展前景为高温合金的使用提供了巨大的空间，而且每年的备件供应将是非常稳定的需求，初步估计市场空间在10 亿元以上。

我国实现“西气东输”和从国外引进液化天然气和管道天然气之后，全国将普及天然气的供应，国家有关部门积极发展燃气－蒸汽联合循环，小型燃气轮机热电联产、冷热电联产，使我国具备了发展燃气轮机的条件。今后几年我国将进入燃气轮机装机的高峰期，未来10 年我国燃气轮机的装机总量将达到30000MW 以上。我国重型燃气轮机制造业始于五十年代末。主要厂商为上海汽轮机有限公司、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司、东方汽轮机股份有限公司和南京汽轮电机（集团）有限责任公司等。

（资料来源：南京汽轮电机（集团）有限责任公司薛福培撰写的《我国工业燃气轮机的现状与前景》）

本公司目前正在参与国产大型地面燃机用高温合金涡轮盘和叶片的研发和产品试制，将有望成为公司新的业务增长点。

5、汽车废气增压器涡轮

汽车废气增压器涡轮也是高温合金材料的重要应用领域。废气增压器涡轮生产在国外已有60 多年的历史。目前，国外的重型柴油机增压器配置率100%，中小型柴油机也在不断地增大其配置比例，如英、美、法等国家已达80%左右。废气涡轮增压器具有减少有害排放、降低噪声污染、提高机械效率、提升功率等优点。目前，我国涡轮增压器生产厂家所采用的涡轮叶轮多为镍基高温合金涡轮叶轮，它和涡轮轴、压气机叶轮共同组成一个转子。

据中国汽车工业协会2009 年2 月4 日发布的统计显示，2008 年，汽车累计产销934.51 万辆和938.05 万辆，同比增长5.21%和6.70%，汽车销量比2003 年的439 万辆翻了一番。由此推算，2008 年中国汽车工业仅涡轮转子对高温母合金的需求就在1,900 吨以上。此外内燃机的阀座、镶块、进气阀、密封弹簧、火花塞、螺栓等都可以采用铁基或镍基高温合金。

目前汽车增压器涡轮尚不属于本公司主导产品，拟下一步通过实施钛铝金属材料制品项目，生产新一代更高性能的增压器涡轮。

6、原子能工业市场

原子能工业使用的高温合金包括：燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格

架，高温气体炉热交换器等，均是其他材料难以代替的。我国要陆续建成10 座60 万千瓦的核电站。每座60 万千瓦的核电站需用蒸发器“U”形传热管100 吨。此外，还有大量的堆内构件用不锈钢精密管和控制棒、核燃料包套管等。这样仅一座60 万千瓦的核电站堆芯约需要各类核级用管600 多吨。

根据2006 年3 月国务院通过《核电中长期发展规划（2005－2020 年）》，我国到2020 年，核电运行装机容量争取达到4000 万千瓦；核电年发电量达到2600～2800亿千瓦时。在目前在建和运行核电容量1696.8 万千瓦的基础上，新投产核电装机容量约2300 万千瓦。同时，考虑核电的后续发展，2020 年末在建核电容量应保持1800万千瓦左右。

目前核电站蒸发器“U”形管仍完全依靠进口。我国的东方电气目前在核电装备

制造领域处于国内领先地位，广东岭澳核电站一期制造了两套100 万千瓦等级核电机组，获得了岭澳二期2×100 万千瓦核电站核岛回路包和常规岛机电包订单。国产核电装备的应用，也将带动核电装备零部件供应市场。根据我国核电站建设规划，我国近十年内原子能工业方面需要高温合金材料总共约6000 吨，价值约24 亿元。

核电用高温合金目前不属于本公司主要市场，但随着核电发电设备逐步实现国产化，将带动对国产高温合金的需求。核电用高温合金市场将是公司未来着力进入的目标市场。

7、其它领域的高温合金需求

高温合金材料在玻璃制造、冶金、医疗器械等领域也有着广泛的用途。在玻璃工业中应用的高温合金零件多达十几种，如：生产玻璃棉的离心头和火焰喷吹坩埚，平板玻璃生产用的转向辊拉管机大轴、端头和通气管、玻璃炉窑的料道、闸板、马弗套、料碗和电极棒等。冶金工业的轧钢厂加热炉的垫块、线材连轧导板和高温炉热电偶保护套管等。医疗器械领域的人工关节等。

通过以上分析，高温合金有着一个庞大的国内外市场。随着中国工业的持续发展，高温合金的市场将稳定的增长。

（四）行业进入壁垒

1、技术壁垒

高温合金材料领域是有很高技术含量的领域，目前能够进入该领域的企业数量有限。特别是对于航空航天用高温合金材料及制品领域，对于质量可靠性、性能稳定性、产品外观尺寸精确性等方面都有着非常苛刻的要求。如果没有一定的技术储备和研发实力，一般企业很难进入高温合金生产领域。

2、市场先入壁垒

高温合金材料应用于航空航天等高温、高压或耐腐蚀等极端恶劣条件下，产品的性能稳定性和质量可靠性是用户最先考虑的因素。用户对于产品的试用有着严格的程序，一旦选定供应商后，就不会轻易更换。

3、质量标准壁垒

高温合金的加工工艺复杂，用其制造的零件使用工况恶劣，在应用的安全可靠性方面又有其特殊要求，所以必须严格控制高温合金材料及其产品的工艺规程和建立与健全质量保障体系，严格控制材料冶金质量和零件的制造质量，进行完整的无损探伤和腐蚀检验等。所以进入该行业的企业需要有一套完整的质量控制体系和检测体系，才能够满足用户的质量要求。

第四篇：高温合金项目可行性研究报告

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高温合金项目可行性研究报告

高温合金是一种能够在600℃以上及一定应力条件下长期工作的金属材料，具有优异的高温强度，良好的抗氧化和抗热腐蚀性能，良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。

发展过程从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间，为了满足新型航空发动机的需要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40年代初，英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛，形成γ‘相（gamma prime）以进行强化，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要，开始用Vitallium钴基合金制作叶片。

此外，美国还研制出Inconel镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。以后，冶金学家为进一步提高合金的高温强度，在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素，增加铝、钛含量，研制出一系列牌号的合金，如英国的“Nimonic”，美国的“Mar-M”和“IN”等；在钴基合金中,加入镍、钨等元素，发展出多种高温合金，如X-

45、HA-188、FSX-414等。由于钴资源缺乏，钴基高温合金发展受到限制。

40年代，铁基高温合金也得到了发展，50年代出现A-286和Incoloy901等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金，后来生报告用途：发改委立项、政府申请资金、政府申请土地、银行贷款、境内外融资等

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产“ЭП”系列变形高温合金和ЖС系列铸造高温合金。中国从1956年开始试制高温合金，逐渐形成“GH”系列的变形高温合金和“K”系列的铸造高温合金。70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘，研制出单晶叶片等高温合金部件，以适应航空发动机涡轮进口温度不断提高的需要。

高温合金发展的趋势是进一步提高合金的工作温度和改善中温或高温下承受各种载荷的能力，延长合金寿命。就涡轮叶片材料而言，单晶叶片将进入实用阶段，定向结晶叶片的综合性能将得到改进。

此外，有可能采用激冷态合金粉末制造多层扩散连接的空心叶片，从而适应提高燃气温度的需要。就导向叶片和燃烧室材料而言，有可能使用氧化物弥散强化的合金，以大幅度提高使用温度。为了提高抗腐蚀和耐磨蚀性能，合金的防护涂层材料和工艺也将获得进一步发展。

编制单位：北京智博睿信息咨询有限公司

另：提供国家发改委甲、乙、丙级资质

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可行性研究报告大纲（具体可根据客户要求进行调整）第一章 研究概述 第一节 研究背景与目标 第二节 研究的内容 第三节 研究方法 第四节 数据来源 第五节 研究结论

一、市场规模

二、竞争态势

三、行业投资的热点

四、行业项目投资的经济性 第二章 高温合金项目总论 第一节 高温合金项目背景

一、高温合金项目名称

二、高温合金项目承办单位

三、高温合金项目主管部门

四、高温合金项目拟建地区、地点

五、承担可行性研究工作的单位和法人代表

六、研究工作依据

七、研究工作概况 第二节 可行性研究结论

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一、市场预测和项目规模

二、原材料、燃料和动力供应

三、选址

四、高温合金项目工程技术方案

五、环境保护

六、工厂组织及劳动定员

七、高温合金项目建设进度

八、投资估算和资金筹措

九、高温合金项目财务和经济评论

十、高温合金项目综合评价结论 第三节 主要技术经济指标表 第四节 存在问题及建议

第三章 高温合金项目投资环境分析 第一节 社会宏观环境分析 第二节 高温合金项目相关政策分析

一、国家政策

二、高温合金项目行业准入政策

三、高温合金项目行业技术政策 第三节 地方政策

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第四章 高温合金项目背景和发展概况 第一节 高温合金项目提出的背景

一、国家及高温合金项目行业发展规划

二、高温合金项目发起人和发起缘由 第二节 高温合金项目发展概况

一、已进行的调查研究高温合金项目及其成果

二、试验试制工作情况

三、厂址初勘和初步测量工作情况

四、高温合金项目建议书的编制、提出及审批过程 第三节 高温合金项目建设的必要性

一、现状与差距

二、发展趋势

三、高温合金项目建设的必要性

四、高温合金项目建设的可行性 第四节 投资的必要性

第五章 高温合金项目行业竞争格局分析 第一节 国内生产企业现状

一、重点企业信息

二、企业地理分布

三、企业规模经济效应

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四、企业从业人数

第二节 重点区域企业特点分析

一、华北区域

二、东北区域

三、西北区域

四、华东区域

五、华南区域

六、西南区域

七、华中区域

第三节 企业竞争策略分析

一、产品竞争策略

二、价格竞争策略

三、渠道竞争策略

四、销售竞争策略

五、服务竞争策略

六、品牌竞争策略

第六章 高温合金项目行业财务指标分析参考 第一节 高温合金项目行业产销状况分析 第二节 高温合金项目行业资产负债状况分析 第三节 高温合金项目行业资产运营状况分析 第四节 高温合金项目行业获利能力分析

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第五节 高温合金项目行业成本费用分析

第七章 高温合金项目行业市场分析与建设规模 第一节 市场调查

一、拟建 高温合金项目产出物用途调查

二、产品现有生产能力调查

三、产品产量及销售量调查

四、替代产品调查

五、产品价格调查

六、国外市场调查

第二节 高温合金项目行业市场预测

一、国内市场需求预测

二、产品出口或进口替代分析

三、价格预测

第三节 高温合金项目行业市场推销战略

一、推销方式

二、推销措施

三、促销价格制度

四、产品销售费用预测

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第四节 高温合金项目产品方案和建设规模

一、产品方案

二、建设规模

第五节 高温合金项目产品销售收入预测

第八章 高温合金项目建设条件与选址方案 第一节 资源和原材料

一、资源评述

二、原材料及主要辅助材料供应

三、需要作生产试验的原料

第二节 建设地区的选择

一、自然条件

二、基础设施

三、社会经济条件

四、其它应考虑的因素 第三节 厂址选择

一、厂址多方案比较

二、厂址推荐方案

第九章 高温合金项目应用技术方案 第一节 高温合金项目组成

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第二节 生产技术方案

一、产品标准

二、生产方法

三、技术参数和工艺流程

四、主要工艺设备选择

五、主要原材料、燃料、动力消耗指标

六、主要生产车间布置方案 第三节 总平面布置和运输

一、总平面布置原则

二、厂内外运输方案

三、仓储方案

四、占地面积及分析 第四节 土建工程

一、主要建、构筑物的建筑特征与结构设计

二、特殊基础工程的设计

三、建筑材料

四、土建工程造价估算 第五节 其他工程

一、给排水工程

二、动力及公用工程

三、地震设防

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四、生活福利设施

第十章 高温合金项目环境保护与劳动安全 第一节 建设地区的环境现状

一、高温合金项目的地理位置

二、地形、地貌、土壤、地质、水文、气象

三、矿藏、森林、草原、水产和野生动物、植物、农作物

四、自然保护区、风景游览区、名胜古迹、以及重要政治文化设施

五、现有工矿企业分布情况

六、生活居住区分布情况和人口密度、健康状况、地方病等情况

七、大气、地下水、地面水的环境质量状况

八、交通运输情况

九、其他社会经济活动污染、破坏现状资料

十、环保、消防、职业安全卫生和节能 第二节 高温合金项目主要污染源和污染物

一、主要污染源

二、主要污染物

第三节 高温合金项目拟采用的环境保护标准 第四节 治理环境的方案

一、高温合金项目对周围地区的地质、水文、气象可能产生的报告用途：发改委立项、政府申请资金、政府申请土地、银行贷款、境内外融资等

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影响

二、高温合金项目对周围地区自然资源可能产生的影响

三、高温合金项目对周围自然保护区、风景游览区等可能产生的影响

四、各种污染物最终排放的治理措施和综合利用方案

五、绿化措施，包括防护地带的防护林和建设区域的绿化 第五节 环境监测制度的建议 第六节 环境保护投资估算 第七节 环境影响评论结论 第八节 劳动保护与安全卫生

一、生产过程中职业危害因素的分析

二、职业安全卫生主要设施

三、劳动安全与职业卫生机构

四、消防措施和设施方案建议

第十一章 企业组织和劳动定员 第一节 企业组织

一、企业组织形式

二、企业工作制度

第二节 劳动定员和人员培训

一、劳动定员

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二、年总工资和职工年平均工资估算

三、人员培训及费用估算

第十二章 高温合金项目实施进度安排 第一节 高温合金项目实施的各阶段

一、建立 高温合金项目实施管理机构

二、资金筹集安排

三、技术获得与转让

四、勘察设计和设备订货

五、施工准备

六、施工和生产准备

七、竣工验收

第二节 高温合金项目实施进度表

一、横道图

二、网络图

第三节 高温合金项目实施费用

一、建设单位管理费

二、生产筹备费

三、生产职工培训费

四、办公和生活家具购置费

五、勘察设计费

六、其它应支付的费用

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第十三章 投资估算与资金筹措 第一节 高温合金项目总投资估算

一、固定资产投资总额

二、流动资金估算 第二节 资金筹措

一、资金来源

二、高温合金项目筹资方案 第三节 投资使用计划

一、投资使用计划

二、借款偿还计划

第十四章 财务与敏感性分析 第一节 生产成本和销售收入估算

一、生产总成本估算

二、单位成本

三、销售收入估算 第二节 财务评价 第三节 国民经济评价 第四节 不确定性分析

第五节 社会效益和社会影响分析

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一、高温合金项目对国家政治和社会稳定的影响

二、高温合金项目与当地科技、文化发展水平的相互适应性

三、高温合金项目与当地基础设施发展水平的相互适应性

四、高温合金项目与当地居民的宗教、民族习惯的相互适应性

五、高温合金项目对合理利用自然资源的影响

六、高温合金项目的国防效益或影响

七、对保护环境和生态平衡的影响

第十五章 高温合金项目不确定性及风险分析 第一节 建设和开发风险 第二节 市场和运营风险 第三节 金融风险 第四节 政治风险 第五节 法律风险 第六节 环境风险 第七节 技术风险

第十六章 高温合金项目行业发展趋势分析

第一节 我国高温合金项目行业发展的主要问题及对策研究

一、我国高温合金项目行业发展的主要问题

二、促进高温合金项目行业发展的对策

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第二节 我国高温合金项目行业发展趋势分析 第三节 高温合金项目行业投资机会及发展战略分析

一、高温合金项目行业投资机会分析

二、高温合金项目行业总体发展战略分析 第四节 我国 高温合金项目行业投资风险

一、政策风险

二、环境因素

三、市场风险

四、高温合金项目行业投资风险的规避及对策

第十七章 高温合金项目可行性研究结论与建议 第一节 结论与建议

一、对推荐的拟建方案的结论性意见

二、对主要的对比方案进行说明

三、对可行性研究中尚未解决的主要问题提出解决办法和建议

四、对应修改的主要问题进行说明，提出修改意见

五、对不可行的项目，提出不可行的主要问题及处理意见

六、可行性研究中主要争议问题的结论

第二节 我国高温合金项目行业未来发展及投资可行性结论及建议

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第十八章 财务报表 第一节 资产负债表 第二节 投资受益分析表 第三节 损益表

第十九章 高温合金项目投资可行性报告附件 1、高温合金项目位置图 2、主要工艺技术流程图 3、主办单位近5 年的财务报表、高温合金项目所需成果转让协议及成果鉴定 5、高温合金项目总平面布置图 6、主要土建工程的平面图 7、主要技术经济指标摘要表 8、高温合金项目投资概算表 9、经济评价类基本报表与辅助报表 10、现金流量表 11、现金流量表 12、损益表、资金来源与运用表 14、资产负债表 15、财务外汇平衡表

报告用途：发改委立项、政府申请资金、政府申请土地、银行贷款、境内外融资等

北京智博睿信息咨询有限公司 www.xiexiebang.com、固定资产投资估算表 17、流动资金估算表 18、投资计划与资金筹措表 19、单位产品生产成本估算表 20、固定资产折旧费估算表 21、总成本费用估算表、产品销售（营业）收入和销售税金及附加估算表

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第五篇：高温合金概述

1.1 高温合金

1.1.1 高温合金及其发展概况

高温合金是指以铁、钴、镍为基体，能在600℃以上温度，一定应力条件下适应不同环境短时或长时使用的金属材料。具有较高的高温强度、塑性，良好的抗氧化、抗热腐蚀性能，良好的热疲劳性能，断裂韧性，良好的组织稳定性和使用可靠性。高温合金为单一奥氏体组织，在各种温度下具有良好的组织稳定性和使用的可靠性，基于上述性能特点，且高温合金的合金化程度很高，故在英美称之为超合金（Superalloy）。

高温合金于20世纪40年代问世，最初就是为满足喷气发动机对材料的耐高温和高强度要求而研制的，高温合金的发展与航空发动机的进步密切相关，1939年英国Mond镍公司首先研究出Nimonic75，随后又研究出Nimonic80合金，并在1942年成功用作涡轮气发动机的叶片材料，此后该公司又在合金中加入硼、锆、钴、钼等合金元素，相继开发成功Nimonic80A、Nimonic90等合金，形成Nimonic合金系列。如今先进航空发动机中高温合金用量已超过50%。此外，在航天、核工程、能源动力、交通运输、石油化工、冶金等领域得到广泛的应用。高温合金在满足不同使用条件中得到发展，形成各种系列的合金，除传统的高温合金外，还开发出一批高温耐磨、高温耐蚀的合金。

高温合金是航空发动机、火箭发动机、燃气轮机等高温热端部件的不可代替的材料，由于其用途的重要性，对材料的质量控制与检测非常严格。高温合金的基本用途仍旧是飞行器的燃气轮发动机的高温部分，它要占先进的发动机重量的50％ 以上。然而，这些材料在高温下极好的性能已使其用途远远超出了这一行业。除了航空部件之外，规定将这些合金用于舰船、工业、陆地发电站以及汽车用途的涡轮发动机上。具体的发动机部件包括涡轮盘、叶片、压缩机轮、轴、燃烧室、后燃烧部件以及发动机螺栓。除了燃气发动机行业之外，高温合金还被选择用于火箭发动机、宇宙、石油化工、能源生产、内燃烧发动机、金属成形(热加工工模具)、热处理设备、核电反应堆和煤转换装置。1956年我国正式开始研究高温合金，第一种高温合金是GH3030，用作WP-5火焰筒。上个世纪60年代先后研制成功GH4037、K417等。至70年代初，我国高温合金的生产研究已经初具规模，在这一阶段，主要是仿制、发展苏联高温合金及其工艺，质量达到了相当水平。70年代后，我国开始引进和试制了一批欧美体系的高温合金，研究生产了一批新型镍基合金，如GH4133、GH4133B、K405等。几十年来，我国已经研究生产了100多种高温合金，形成了较为完备的研究生产体系，同时发展了一系列具有特色的工艺技术，为我国航空事业提供了有力的保障。

高温合金的发展主要经历了几个阶段：二十世纪40年代以前提出概念，40-50年代实现在喷气发动机的应用，50-60年代在真空熔炼技术取得重大进展，60-70年代集中在合金化方面，70年代后主要在工艺研究方面，定向凝固、单晶合金、粉末冶金、机械合金化和陶瓷过滤等新工艺成为高温合金发展的主要动力，其中定向凝固工艺制备的单晶合金尤为重要，在航空发动机涡轮叶片中应用尤为广泛。二十世纪80年代以来，国内外广泛开展数值模拟研究，取得了重要进展，并在此基础上开展了显微组织及冶金缺陷预测研究。

1.1.2 高温合金的种类

（一）铁基高温合金

铁基高温合金的定义是，这些合金的主要组分为铁，并含有相当数量的铬和镍，通常镍含量大约为25%-55%，Ni+Fe≥65%为基，尽可能含有少量的钼和钨。因为铁基高温合金中镍含量较高，所以也称铁-镍基高温合金。其强化方式为碳化物或金属间化合物沉淀强化和固溶强化。金属间化合物通常为Ni3(Al,Ti)即’相。铁基高温合金是由奥氏体不锈钢演化而来的。

各种合金元素的加入对合金带来一种或多种所期望的性能。对于具有面心立方母体的合金，最有效地强化是由像Ni、Al、Ti、Nb这样的元素实现的。这类合金也可通过加入相对大量的碳(约0.5%)以形成碳化物沉淀来强化，有时加入氮和磷以增加这种作用。

（二）钴基高温合金

钴基高温合金是以钴作为主要成分，含有相当数量的镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛、镧。偶然也还含有铁的一类合金，与其他高温合金不同，它不是由与基体牢固结合的有序沉淀相来强化，而是由已被固溶强化的奥氏体fcc母体和母体中分布少量碳化物组成。铸造钴基高温合金却是在很大程度上依靠碳化物强化。纯钴晶体在417℃以下是密排六方（hcp）晶体结构，在更高温度下转变为fcc。为了避免钴基合金在使用时发生这种转变，实际上所有钴基合金由镍合金化，以便在室温到熔点温度范围内使组织稳定化。钴基合金具有平坦的断裂应力-温度关系，但在1000℃以上却显示出比其他高温下具有优异的抗热腐蚀性能，这可能是因为该合金含铬量较高，这是这类合金的一个特征。钴基合金比镍基合金的焊接性能和抗热疲劳性能更好。

（三）镍基高温合金

镍基高温合金是指在650℃-1200℃范围内使用，以镍为基体的奥氏体型合金。具有在使用温度下较高的强度，优良的抗氧化和抗腐蚀性，是应用最广泛的高温合金。镍基高温合金广泛地应用于制造航空发动机、各类燃气轮机热部件，如涡轮部分的工作叶片、导向热片、涡轮盘和燃烧室等，由于镍基高温合金的工作温度高、组织稳定，有害相少，抗氧抗热腐蚀性好，能在较高温度和应力条件下工作，因此在高温合金中占重要地位。目前先进的发动机上镍基高温合金已占总量重的一半左右，不仅涡轮叶片和燃烧室，而且涡轮盘甚至压气机叶片也开始使用镍基合金。镍基高温合金按工艺分为变形、铸造（定向、单向、共晶）、弥散强化机械合金化，快速凝固粉末合金四类，依靠新工艺开发不仅可提高高温合金性能，还相应开发出多种新合金。镍基变形高温合金

镍基变形高温合金是以镍为基体（大于50%）的可塑性变形的高温合金。在650℃-1200℃温度下具有较高的强度，良好的抗氧化和抗燃气腐蚀能力。分为固溶体强化和沉淀强化两类。自1941年英国发明第一种Nimonic75合金以来，由于其基体稳定，合金化强化潜力大，综合性能优异等，得到系列发展和广泛应用。⑴固溶强化型合金。

通过添加与Ni原子尺寸不同的W,Mo,Cr等使基体晶格畸变；加入降低合金层错能元素Co；减缓基体扩散速率元素W,Mo等，可获得一定高温强度、抗氧化、抗燃气腐蚀，冷热疲劳性能好，具有良好冷成型和焊接性能的系列合金。

⑵沉淀强化型合金。

主要是通过固溶处理进行时效处理；从过饱和固溶体γ中沉淀出γ’相，阻碍位错运动而实现强化合金。其次辅助以固溶强化和晶界强化。具有较高的高温蠕变强度、抗疲劳性能与抗氧化、抗腐蚀性能。镍基铸造高温合金

镍基铸造高温合金是以镍为基体，用铸造工艺成型的高温合金。在600℃-1100℃的氧化和燃气腐蚀气氛中，可承受复杂应力长期可靠的使用。广泛应用于制造燃气涡轮发动机导向叶片、涡轮转子叶片以及航天、能源、石油化工等领域的高温结构件。

固溶强化是通过向基体中添加不同量的Cr,Co,W,Mo,Ta,Nb等元素，提高原子间结合力，使晶格畸变，降低堆垛层错能，产生短程有序及其原子偏聚，阻止位错运动，降低固溶体中元素扩散系数，强化合金基体。沉淀强化是通过添加Al,Ti,Nb,Ta,Hf,Re等元素，形成稳定的γ’相；加入C,B等元素与Cr,Ti,Nb,Hf,W,Mo等形成各类碳化物，强化合金及晶界，强化作用取决于强化相的类型、数量、形态、大小和分布。晶界强化通过加入微量B,Zr稀土元素添补原子空位，提高晶界合金化程度，净化晶界，减缓晶界扩散，强化在高温应力作用下合金的薄弱环节晶界。

1.1.3 高温合金的强化

（一）强化原理 1 固溶强化 固溶强化是将一些合金元素加入到铁、镍或钴基高温合金中，而仅形成单相奥氏体来达到强化的目的。高温合金中，合金元素的固溶强化作用首先是与溶质和溶剂原子尺寸因素差别相关联，此外两种原子的电子因素差别和化学因素差别都有很大影响，而这些因素也是决定合金元素在基体中的溶解度的因素。

固溶强化提高热强性主要反映在两方面：

（1）通过原子结合力的提高和晶格的畸变，使在固溶体中的滑移阻力增加，也就是使滑移变形困难而强化，这在温度T≤0.6T熔（熔点的绝对温度）时是相当重要的。

（2）在高温使用条件下（T≥0.6T熔）更为突出的是通过原子结合力的提高，降低固溶体中元素的扩散能力，提高再结熔晶温度，阻碍扩散式形变过程的进行，因而直接影响滑移变形对形变量的贡献。第二相强化

（1）内应力场的作用 以γ’相强化为例，由于γ’相在基体中共格析出，而在γ’相周围造成高的弹性应力场。显然γ’相与基体的点阵错配度越大，内应力场也越强，相应得强化效果也应该是越显著，同时也增大了γ’相本身的不稳定性。

（2）位错在第二相前受阻，通过扩散机构绕过第二相障碍的作用（3）位错与第二相颗粒的交互作用 铁、镍及高温合金中析出的γ’相，由于它与基体共格，具有与基体γ相同的晶体点阵，所以它能够被在基体滑移面上移动的位错所切割，形成超点阵位错和反相畴界。

第二相质点的大小、间距、数量及分布，直接影响其强化机制。3 晶界强化

与室温强化相反，晶界在高温形变时表现为薄弱环节，因而在破断时呈现晶间断裂的特征。晶界的晶体结构不规则，原子排列杂乱，晶格歪扭，同时又有各种晶体缺陷（如位错、空洞等）存在。在室温快速形变下，由于晶界不参与形变，并且可阻止晶内滑移的贯穿，因而有利于合金的强化。但是，在高温蠕变时，晶界弱化并参与变形，有时晶界形变量甚至可占总形变量的50%。在某种程度上可以认为，在常温下，晶界强度比晶内高，但晶界强度随温度升高下降的很快，在某一温度区间，晶内强度与晶界强度大致相当。温度再升高，晶界强度就比晶内强度低。

晶界通过多种途径对多晶材料产生重大的影响

（1）位向的作用。这里仅指晶界两边的晶粒位向不同而造成的影响；（2）晶界区结构的作用。这里不仅指晶界去本身的结构和缺陷特点，而且还指在晶界区存在的第二相质点的状态，及晶界区的其它组织结构特点；

（3）晶界区化学成分（偏析）的作用。由于晶界区的结构和缺陷特点，会带来杂质元素或其它元素（特别是微量元素）的偏析；由于晶界区的某些动力学现象，造成元素的局部贫富。

晶界的强化方式：

①添加有益的合金化元素，主要包括稀土元素，镁、钙、钡、硼、锆等元素。这些元素往往通过净化合金及微合金化两个方面来改善合金。稀土元素和碱土元素净化合金的作用比较明显，而硼、锆、镁等主要起强化晶界作用。

②控制晶界，常采用弯曲晶界以及取消横向晶界的手段来提高高温合金的晶界性能。碳化物强化及质点弥散强化作用

对于以碳化物析出沉淀硬化的铁基和钴基高温合金，由于碳化物硬而脆的本质及其非共格析出的特点，其强化作用有以下特点：

（1）低温下位错以Orowan绕过方式通过碳化物第二相。高温蠕变条件下，位错攀移机制起重要作用，位错切割碳化物是非常困难的。（2）并非所有碳化物具有强的时效强化能力，作为主要时效强化相的碳化物，必须具备以下条件：

1)具有高温下可以溶解和低温下析出的可能性。极稳定的碳化物高温下难于溶解，低温下就不能有效析出。

2）碳化物的结构与奥氏体基体相似，具有均匀析出的条件。晶界碳化物只对晶界行为产生有利或不利的影响。

3）作为主要强化相的恶碳化物必须有一定的稳定性。高温下容易长大的碳化物将失去强化效果。

（3）增加碳化物数量及弥散度有利于提高强化效果，但过分高的碳饱和度，往往有利于形成大块碳化物（共晶及二次析出），引起脆性。一般碳化物总量不能太大，因此强化程度是有限制的。

（4）强化基体，减少元素的恶扩散能力，这对于较易聚集长大的碳化物相来说是至关重要的。基体固溶体中的位错及层错处是碳化物析出形核处。时效析出前，固溶体结构状态对碳化物的析出以及碳化物与位错的交互作用有重要影响。碳化物在使用中发生的应变时效有强的强化效果。

（二）主要合金相（1）γ’ 相

γ’相是镍基合金和很多铁基合金的强化相，其点阵常数与γ基体相近，一般相差1%以下。考虑到高温下γ’的稳定性，通常要求γ和γ’之间只有较小的失调度。γ’沿基体的{100}面析出，并与基体共格。γ和γ’之间的界面能较低，所以γ’有较高的组织稳定性。

γ’相的数量、尺寸和分布对合金的高温强度有重要影响。镍基合金的高温强度随γ’的数量增加而增高。大多数镍基合金中γ’相的体积分数为30%以上，最强的合金中达60%以上。合金中γ’相的体积分数小时，其颗粒大小和间距对合金的性能有重要影响。（2）TCP相

TCP相是指Laves相（B2A）相(BA)、μ相(B7A6)、相等。其中A元素通常指周期表中Mn族以左的元素，如钛族、钒族、铬族等；B元素为锰族及锰族以右的元素，如铁、钴、镍等。它呈板状或针状，在特殊成分并且在特定条件下的合金中才可能形成。这种相存在的可能性随锭块中溶液偏析而增大，TCP相是高温合金中的脆性相，使合金断裂强度和塑性降低，对强化产生负作用。（3）碳化物

一类是具有复杂结构的碳化物，如M23C6、M6C，亦称半碳化物，金属原子高度密排，碳原子处于间隙位置。再者也是密排结构，但由于金属原子比较小，八面体间隙太小，容不下间隙原子，所以这种密排结构是具有较大的三棱形间隙的结构，间隙原子碳就在这种间隙位置，又称非八面体间隙化合物，如M3C M7C3。在热处理和服役期，MC型碳化物倾向于分解为其他碳化物，如M23C6和M6C，并倾向于在晶界形成。

1.1.4 高温氧化

（一）合金的氧化

合金的氧化与纯金属的氧化存在许多相似之处，纯金属氧化中发生的现象，也常会在合金氧化中发生。合金氧化行为的特殊性表现在：

（1）合金组元的选择性氧化。合金各组元对氧化不同的亲和力，与氧亲和力大的组元优先氧化。若此亲和力相差悬殊，甚至可能形成只含有一种合金组分的氧化膜，即发生组元的选择性氧化，而在基体中该组元则相对地贫化。（2）相的选择性氧化。当合金中各相在界面上化学稳定性由显著差异时，则不稳定相优先氧化，造成合金表层组织不均匀性。

（3）内氧化。如果合金具有一定的氧溶解度，并且氧向合金内部的扩散速率较快，合金中较活泼的组元便在合金内形成氧化物，即发生内氧化。

（4）合金氧化膜的组成和结构有多种可能形式。当合金氧化时，有时可能只有其中一种与氧亲和力特别强的组元生成氧化物；有时则各组成元素均可能发生氧化，生成各种氧化物。因此，合金的氧化膜在一层中可能由两个或两个以上的相组成；而纯金属氧化膜，即使由多层组成，各层往往只是一个相。（5）合金中各种氧化物之间相互作用可能生成氧化物的固溶体或复合氧化物，形成不同组成关系。

（二）镍基高温合金的抗氧化性

镍基合金是目前在高温高负荷条件下使用的优良耐蚀合金。镍氧化时只生成p型半导体NiO膜，其氧化反应速率和氧化膜增长速率都显著低于Fe和Co。由于NiO的晶格常数小和晶体中阳离子空穴浓度低，NiO锈皮具有很好的致密性和低的氧化速率。此外。NiO具有优良的高温塑性，并与基体镍有近似的热胀系数，这使锈皮在应力和温度交变作用下能牢靠地附着在基体表面而不脱落。但是NiO表面可大量吸附氧，镍中溶解氧的能力也比Fe，Co强，因此镍基合金易发生内氧化。镍的高温抗氧化性优于Fe和Co，而略低于铬。镍的抗氧化温度可达1100℃，并且有良好的抗高温碳蚀、氮蚀、卤素气体腐蚀，但是在含硫的气体中其腐蚀抗力较差