高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基，能在600°C以上的高溫及一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作的一類金屬材料；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。

高溫合金可以按基體組織材料劃分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金。研發(fā)應(yīng)用中，現(xiàn)在一般按制備工藝劃分成鑄造高溫合金、變形高溫合金和其他幾類新型高溫合金（粉末冶金高溫合金、彌散強(qiáng)化高溫合金ODS等）。

高溫合金的原料是銀等小金屬和錸等稀土金屬。由于技術(shù)復(fù)雜，高溫合金生產(chǎn)企業(yè)往往獨(dú)立完成從原料配比到成品零件生產(chǎn)的全過(guò)程；在軍工領(lǐng)域的終端用戶往往以合約訂購(gòu)、外協(xié)加工為主要的采購(gòu)方式。當(dāng)然，也有部分企業(yè)只生產(chǎn)母合金作為外銷產(chǎn)品。相對(duì)來(lái)說(shuō)，由于高溫合金多數(shù)非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，產(chǎn)品類型隨著下游需求不同而異，所以高溫合金產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較短，屬于以技術(shù)為核心的產(chǎn)業(yè)。

高溫合金應(yīng)用領(lǐng)域：“發(fā)動(dòng)機(jī)基石”

高溫合金材料最初主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，由于其良好的耐高溫、耐腐蝕等性能，逐漸被應(yīng)用到電力、船艦、汽車、冶金、玻璃制造、原子能等工業(yè)領(lǐng)域，從而大大的拓展了應(yīng)用領(lǐng)域。隨著高溫合金的發(fā)展，新型高溫合金材料的出現(xiàn)，高溫合金的市場(chǎng)需求處于逐步擴(kuò)大和增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年消費(fèi)高溫合金材料約28萬(wàn)噸，占鋼鐵總消費(fèi)量的0.02%，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)100億美元。目前，其最大的應(yīng)用還是航空航天領(lǐng)域，占總使用量的55%，其次是電力領(lǐng)域（20%）和機(jī)械領(lǐng)域（10%）。

工業(yè)皇冠上的明珠-航空發(fā)動(dòng)機(jī)專用材料

高溫合金材料屬于航空航天材料中重要成員，是制造航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件的關(guān)鍵材料，在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金占發(fā)動(dòng)機(jī)總重量的40%~60%以上。發(fā)動(dòng)機(jī)的性能水平在很大程度上取決于高溫合金材料的性能水平，因此高溫材料有“先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)基石”的美譽(yù)。

早期飛機(jī)的動(dòng)力為螺旋槳，而當(dāng)代的飛機(jī)都是噴氣式飛機(jī)，噴氣式飛機(jī)的關(guān)鍵就是航空發(fā)動(dòng)機(jī)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單的工作原理：發(fā)動(dòng)機(jī)首先吸入空氣，然后將空氣壓縮提高壓力，壓縮空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合點(diǎn)燃，從而產(chǎn)生大量的高溫、高速熱氣，最后高速氣體被噴出用以驅(qū)動(dòng)飛機(jī)。其巧妙之處在于高速氣體排出時(shí)的部分能量被用作推動(dòng)一組渦輪，而正是渦輪組在推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)前端的壓氣機(jī)。

整個(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)由于其工作溫度的不同，以燃燒室前后為界線分為冷端和熱端兩塊。要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率，就要設(shè)法提高噴出氣體的能量，而直接辦法就是提高溫度。這對(duì)熱端部件的材料提出了極大要求。特別是渦輪部件，必須經(jīng)受住高溫氣體的沖擊。這些高溫氣體的溫度甚至可以超過(guò)1500攝氏度，這個(gè)數(shù)字比很多金屬的熔點(diǎn)還要高。不僅如此，渦輪每分鐘旋轉(zhuǎn)上萬(wàn)次，承受著巨大的機(jī)械載荷。這些意味著需要找到在高溫下還能保持優(yōu)異機(jī)械性能的材料。

最初的科學(xué)家在1929年找到一種鎳基合金，也就是世界上第一種高溫合金。1939年，德國(guó)搭載著Hes3B渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的He-178成為了世界上第一款噴氣式飛機(jī)。由此，航空業(yè)進(jìn)入噴氣飛行時(shí)代。此后，航空業(yè)的每一次飛躍也都離不開高溫材料的發(fā)展。

目前，高溫合金主要應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的四大熱端部件：燃料室、導(dǎo)向器、渦輪葉片和渦輪盤。此外，還用于機(jī)匣，環(huán)件和尾噴口等部件。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，各部位溫度和受力情況等，差別較大，因此，對(duì)材料的要求和選用就各不相同。具體來(lái)說(shuō)，各個(gè)部分需要的高溫合金分別有如下這些要求。

燃燒室用高溫合金

燃燒室所受的機(jī)械應(yīng)力較小，但熱應(yīng)力較大，對(duì)材料的要求主要有：高溫抗氧化和抗燃?xì)飧g性能；足夠的瞬時(shí)和持久強(qiáng)度；良好的冷熱疲勞性能，良好的工藝塑性（持久，彎曲性能）和焊接性能；合金在工作溫度下長(zhǎng)期組織穩(wěn)定。

導(dǎo)向葉片用高溫合金

導(dǎo)向葉片的第一級(jí)是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上受熱沖擊最大的零件之一。但由于它是靜止的，所受的機(jī)械負(fù)荷并不大。通常由于應(yīng)力引起的扭曲、溫度劇烈變化引起的裂紋以及過(guò)燃引起的燒傷，使導(dǎo)向葉片在工作中經(jīng)常出現(xiàn)故障。根據(jù)導(dǎo)向葉片工作條件，要求材料具有如下性能：足夠的持久強(qiáng)度及良好的熱疲勞性能；有較高的抗氧化和抗腐蝕的能力；如用鑄造合金，則要求具有良好的鑄造性能。

渦輪動(dòng)葉片用高溫合金

渦輪工作葉片是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上最關(guān)鍵的構(gòu)件之一。雖然工作溫度比導(dǎo)向葉片要低些，但是受力大而復(fù)雜，工作條件惡劣，因此對(duì)渦輪葉片材料要求有：高的抗氧化和抗腐蝕能力；高的抗蠕變和持久斷裂的能力；良好的機(jī)械疲勞和熱疲勞性能以及良好的高溫和中溫綜合性能。

渦輪盤用高溫合金

渦輪盤在工作中受熱不均，盤的輪緣部位比中心部位承受較高的溫度，產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。榫齒部位承受最大的離心力，所受的應(yīng)力更為復(fù)雜。為此，對(duì)渦輪盤材料要求有：合金應(yīng)具有高的屈服強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度；良好的冷熱和機(jī)械疲勞性能；線膨脹系數(shù)要小無(wú)缺口敏感性、較高的低周疲勞性能。

正因不同部件的材料要求各不相同，屬于典型的非標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，所以單單航空發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)領(lǐng)域就為高溫材料支撐起了足夠龐大的市場(chǎng)。目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)成本中高溫合金占比達(dá)17%。

航空航天產(chǎn)業(yè)屬于戰(zhàn)略性先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，世界航空航天市場(chǎng)總額已高達(dá)數(shù)千億美金，且以每年約10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)。我國(guó)航空領(lǐng)域市場(chǎng)前景十分廣闊，根據(jù)波音在2014年9月發(fā)布的《2014年中國(guó)航空市場(chǎng)展望》，中國(guó)未來(lái)20年飛機(jī)市場(chǎng)需求預(yù)計(jì)約為6020架，總價(jià)值達(dá)8700億美金。而除去民航市場(chǎng)，軍工領(lǐng)域各類戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展對(duì)高溫合金的需求在數(shù)量上更為可觀、質(zhì)量上也更為高端。