航空發(fā)動(dòng)機被稱(chēng)為“工業(yè)之花"，是航空工業(yè)中技術(shù)含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機動(dòng)力裝置的航空發(fā)動(dòng)機，特別重要的是金屬結構材料要具備輕質(zhì)、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結構材料中最高的性能要求。

高溫合金是能夠在600℃以上及一定應力條件下長(cháng)期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿(mǎn)足現代航空發(fā)動(dòng)機對材料的苛刻要求而研制的，至今已成為航空發(fā)動(dòng)機熱端部件不可替代的一類(lèi)關(guān)鍵材料。目前，在先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機中，高溫合金用量所占比例已高達50%以上。

自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止，我國高溫合金的研究、生產(chǎn)和應用已歷經(jīng)60年的發(fā)展歷程。

60年的高溫合金發(fā)展可以分為三個(gè)階段

第一個(gè)階段：從1956年至20世紀70年代初是我國高溫合金的創(chuàng )業(yè)和起始階段。本階段主要是仿制前蘇聯(lián)高溫合金為主體的合金系列，如：GH4033，GH4049，GH2036，GH3030，K401和K403等。

第二個(gè)階段：從20世紀70年代中至90年代中期，是我國高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號的發(fā)動(dòng)機，提高高溫合金生產(chǎn)工藝技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制。

第三階段：從20世紀90年代中至今，是我國高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應用和開(kāi)發(fā)了一批新工藝，研制和生產(chǎn)了一系列高性能、高檔次的新合金。

目前，我國的高溫合金研究主要研究單位是鋼鐵研究總院、北京航空材料研究院、中國科學(xué)院金屬研究所、 北京科技大學(xué)、東北大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等，主要生產(chǎn)企業(yè)有：中航工業(yè)、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機械集團萬(wàn)航模鍛廠(chǎng)（二重）等。在此基礎上，我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發(fā)和研究的能力。

在現代先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機中，高溫合金材料用量占發(fā)動(dòng)機總量的40%~60%。在航空發(fā)動(dòng)機上，高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤(pán)四大熱段零部件；此外，還用于機匣、環(huán)件、加力燃燒室和尾噴口等部件。

燃燒室

燃燒室是動(dòng)力機械能源的發(fā)源地。燃燒室內產(chǎn)生的燃氣溫度在1500℃~2000℃之間，因為其余的空間有壓縮空氣流動(dòng)，所以燃燒筒合金材料的承受溫度一般在800℃~900℃以上，局部達1100℃。因此，燃燒筒要求材料要具有高溫抗氧化和抗燃氣腐蝕性能，以及良好的冷熱疲勞性能。

燃燒室使用的主要高溫合金以鎳基或鈷基高溫合金為主。例如第三代戰斗機F100發(fā)動(dòng)機選用Haynes188鈷基高溫合金，F110、F404和F414發(fā)動(dòng)機則選用Hastelloy X鎳基高溫合金。但是隨著(zhù)飛機推重比的提高，對燃燒筒材料也提出了新的要求。第四代戰機燃燒筒主要是鎳基高溫合金并涂覆陶瓷熱脹涂層，并且采用新的燃燒室結構，如F119和F135采用了浮動(dòng)壁結構，而F136發(fā)動(dòng)機采用了Lamilloy結構。到了第五代戰機，多使用Lamilloy結構的高溫合金、耐高溫1482℃陶瓷復合材料和熱脹涂層。因此，為了適應航空發(fā)動(dòng)機新的推重比的要求，研發(fā)全新材料基體和制備工藝的高溫合金是目前航空航天領(lǐng)域的迫切需求。

導向葉片

導向葉片是渦輪發(fā)動(dòng)機上受熱沖擊最大的零件之一，但由于它是靜止的，所受的機械負荷并不大。通常由于應力引起的扭曲、溫度劇烈變化引起的裂紋以及過(guò)燃引起的燒傷，會(huì )使導向葉片在工作中經(jīng)常出現故障。根據導向葉片工作條件，要求材料要具有足夠的持久強度及良好的熱疲勞性能和較高的抗氧化和抗腐蝕的能力。

因此，鑄造高溫合金即成為了導向葉片的主要制造材料。美國Howmet等公司多采用IN718C、PWA1472、Rene220以及R55合金作為導向葉片的材料。近年來(lái)，由于定向凝固工藝的發(fā)展，用定向合金制造導向葉片的工藝也在試制中。此外，FWS10發(fā)動(dòng)機渦輪導向器后篦齒環(huán)的制造也采用了氧化物彌散強化高溫合金。

渦輪盤(pán)

渦輪盤(pán)在工作中受熱不均，盤(pán)的輪緣部位比中心部位承受較高的溫度，產(chǎn)生很大的熱應力。榫齒部位承受最大的離心力，所受的應力更為復雜。為此，對渦輪盤(pán)材料的要求則需合金應具有高的屈服強度和蠕變強度，以及良好的冷熱和抗機械疲勞性能，同時(shí)線(xiàn)膨脹系數要小，無(wú)缺口敏感性，具有較高的低周疲勞性能。

粉末高溫合金是現代高性能發(fā)動(dòng)機渦輪盤(pán)的必選材料。1965年，高純預合金粉末技術(shù)被研發(fā)出來(lái)，此后，美國P&WA(Pratt&Whitney Aircraft)公司首先開(kāi)創(chuàng )了粉末高溫合金盤(pán)件用于航空發(fā)動(dòng)機的先河；1972年，IN100粉末高溫合金渦輪盤(pán)被用于F100發(fā)動(dòng)機上，開(kāi)啟了粉末高溫合金的實(shí)際應用階段。

我國的粉末高溫合金的研究起步于20世紀70年代后期，在后續的發(fā)展過(guò)程中，根據國家型號需求，陸續開(kāi)展了FGH95合金、FGH96合金、FGH97合金、FGH98合金和FGH91合金的研制，其中FGH95是目前強度最高的粉末高溫合金，最高使用溫度達650℃，主要用于制備發(fā)動(dòng)機的渦輪盤(pán)擋板以及直升機用渦輪盤(pán)。

目前在粉末高溫合金領(lǐng)域，美國、俄羅斯、英國、法國、德國、加拿大、瑞典、中國、日本、意大利以及印度等國均開(kāi)展了研究工作，美國、俄羅斯、英國、法國、德國和中國等國已掌握了工業(yè)生產(chǎn)工藝，其中僅有美國、俄羅斯、法國和英國能獨立研發(fā)粉末高溫合金，并建立了自己的合金牌號。

渦輪葉片

渦輪工作葉片是渦輪發(fā)動(dòng)機上最關(guān)鍵的構件之一。雖然它的工作溫度比導向葉片要低些，但是受力大而復雜，工作條件惡劣，因此對渦輪葉片材料具有很高的要求，要求材料具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、良好的機械疲勞和熱疲勞性能及良好的高溫和中溫綜合性能。

渦輪葉片用材最初普遍采用變形高溫合金，但隨著(zhù)材料研制技術(shù)和加工工藝的發(fā)展，鑄造高溫合金逐漸成為渦輪葉片的候選材料。美國從20世紀50年代后期開(kāi)始嘗試使用鑄造高溫合金渦輪葉片，前蘇聯(lián)也在60年代中期開(kāi)始應用鑄造渦輪葉片，英國則在70年代初采用了鑄造渦輪葉片。

在航空發(fā)動(dòng)機不斷追求高推重比的前提下，促使國內外自上世紀70年代以來(lái)，一直在研制新型高溫合金，先后研制了定向凝固高溫合金、單晶高溫合金等具有優(yōu)異高溫性能的新材料，其中單晶高溫合金材料成為目前主流的渦輪盤(pán)材料。

單晶高溫合金是在等軸晶和定向柱晶高溫合金基礎上發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機葉片材料。20世紀80年代初期以來(lái)，第一代單晶高溫合金PWA1480、ReneN4等在多種航空發(fā)動(dòng)機上獲得廣泛應用。80年代后期，以PWA1484、ReneN5為代表的第二代單晶高溫合金葉片也在CFM56、F100、F110、PW4000等先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機上得到大量使用，目前美國的第二代單晶高溫合金已成熟，并廣泛應用在軍民用航空發(fā)動(dòng)機上。90年代后期，美國研制成功第三代單晶高溫合金CMSX-10，之后，GE、P&W以及NASA合作開(kāi)發(fā)了第四代單晶高溫合金EPM-102。法國和英國也分別研制單晶高溫合金，并實(shí)現了工程應用。近年來(lái)，日本又相繼成功地研制了承溫能力更高的第四、第五、第六代單晶合金TMS-138,TMS-162,TMS-238等。我國的單晶高溫合金是由中航工業(yè)航材院于20世紀80年代初*開(kāi)始研究的，并成功研制出我國第一代單晶高溫合金DD4。90年代又成功研制了第二代單晶高溫合金DD6，并廣泛應用于多種型號的先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機上。此外，我國的第三代單晶高溫合金主要有北京航空材料研究院先進(jìn)高溫結構材料重點(diǎn)實(shí)驗室研制的DD9與DD10，中國科學(xué)院金屬研究所高溫合金研究部研制的DD32、DD33，中國科學(xué)院金屬研究所研制的DD90。第四代單晶高溫合金是由中國科學(xué)院金屬研究所研制的DD22。第五代單晶高溫合金為陜西煉石有色研制的含錸高溫合金材料。這些材料目前僅限于實(shí)驗室的研發(fā)階段。

隨著(zhù)以殲10B、殲15、殲16為代表的多款三代半戰斗機陸續進(jìn)入列裝，對WS-10發(fā)動(dòng)機的需求也日益增長(cháng)；隨著(zhù)國產(chǎn)大型運輸機運-20的列裝，大涵道比發(fā)動(dòng)機也將進(jìn)入量產(chǎn)，這將直接驅動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機用高溫合金的快速發(fā)展。為了提升高溫合金材料技術(shù)，工信部在發(fā)布的《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃（2015-2016年）》中明確要求,突破高溫合金等材料技術(shù)，為了滿(mǎn)足我國航空發(fā)展對高溫合金材料的要求。

因此，面對航空航天的迫切需求，進(jìn)行高水平、高質(zhì)量的高溫合金材料的發(fā)展和研制工作，穩定現有體系產(chǎn)品的性能和質(zhì)量是我國科研機構和相關(guān)部門(mén)今后將關(guān)注的重點(diǎn)，同時(shí)，研究和探索工作溫度超過(guò)1100℃以上的后繼新高溫材料，完善我國的高溫合金體系也將是后續研發(fā)的關(guān)鍵。此外，在完善高溫合金體系的同時(shí)，也需要建立和完善我國航空用高溫合金的標準。通過(guò)開(kāi)展標準化基礎研究，加強新材料研制中的標準化，提高標準制修訂的先進(jìn)性和適用性，完善通用材料標準，加強制定材料配套標準，從而更好地滿(mǎn)足我國航空航天發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)和發(fā)展的需要。也只有依據完善的標準體系，大力發(fā)展新材料，改進(jìn)舊材料的性能，完善制備工藝，才能縮短與其他高溫合金國家如美國、日本、法國等的差距，提高我國在航空航天領(lǐng)域的競爭力，確保我國在國際事務(wù)中的話(huà)語(yǔ)權