高溫合金，又稱(chēng)超合金，高溫合金是一種能夠在600℃以上及一定應力條件下長(cháng)期工作的金屬材料，具有優(yōu)異的高溫強度，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。高溫合金的材料特征使其成為航空發(fā)動(dòng)機中不可替代的關(guān)鍵材料。在發(fā)動(dòng)機研制中，高溫合金材料用量已占到發(fā)動(dòng)機總量的40%~60%。所以，高溫合金材料也被譽(yù)為“先進(jìn)發(fā)動(dòng)機基石"。

航空發(fā)動(dòng)機用高溫合金占高溫合金需求的一半以上。隨著(zhù)國內一批新型號航空發(fā)動(dòng)機進(jìn)入量產(chǎn)，高溫合金需求有望快速增長(cháng)。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，WS-10發(fā)動(dòng)機需求持續增長(cháng)。未來(lái)幾年，隨著(zhù)國產(chǎn)大型運輸機運20的投產(chǎn)，大涵道比發(fā)動(dòng)機將進(jìn)入量產(chǎn)階段；小涵道比中推、小推航空發(fā)動(dòng)機也將逐步進(jìn)入量產(chǎn)。國產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機需求的增長(cháng)將驅動(dòng)航空用高溫合金需求進(jìn)入快速增長(cháng)期。

高溫合金在民用工業(yè)中的應用也越來(lái)越廣泛。高溫合金在燃氣輪機、車(chē)用渦輪增壓器、核電、石油石化等行業(yè)有著(zhù)重要的應用。工業(yè)化的推進(jìn)和國內裝備制造業(yè)的發(fā)展將持續拉動(dòng)民用工業(yè)對高溫合金的需求，目前民用高溫合金占總需求的20%，未來(lái)這一比例有望持續提升。

我們根據測算認為，到2020年，我國高溫合金需求約為4萬(wàn)噸，對應市場(chǎng)空間90.5億元：航空發(fā)動(dòng)機、汽車(chē)廢氣渦輪增壓器、核電工業(yè)用高溫合金需求的增長(cháng)將驅動(dòng)行業(yè)需求的爆發(fā)。而目前，我國高溫合金產(chǎn)能約1.26萬(wàn)噸，實(shí)際產(chǎn)量8000-9000噸左右。高溫合金未來(lái)7年的需求復合增長(cháng)率有望超過(guò)20%。

1高溫合金概覽

（一）高溫合金簡(jiǎn)介及分類(lèi)

高溫合金是在600℃以上的高溫及一定及一定應力作用下長(cháng)期工作的一類(lèi)金屬。高溫合金區別于傳統金屬、合金的特點(diǎn)在于：在高溫工作環(huán)境下合金具有較高的強度，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能、斷裂韌性，并在各種溫度下保持良好的組織穩定性和使用可靠性等綜合性能，在西方也稱(chēng)之為超合金（Superalloys）。

高溫合金材料是航空發(fā)動(dòng)機材料，在現代航空工業(yè)的發(fā)展中處于不可替代的位置，它的規模發(fā)展與否直接決定了航空裝備的發(fā)展水平。此外，高溫合金也廣泛應用于航天發(fā)動(dòng)機的熱端部件。伴隨工業(yè)化發(fā)展，民用裝備工業(yè)對高溫合金材料的需求呈不斷上升趨勢，高溫合金的耐高溫耐磨耐腐蝕的特點(diǎn)使其在柴油機和內燃機渦輪增壓、燃氣輪機、能源動(dòng)力、石油化工、玻璃建材等民用工業(yè)中的有廣泛的應用，民用工業(yè)的高溫合金使用量已經(jīng)提高到20%左右。

高溫合金可以根據材料成型方式、基體元素種類(lèi)、合金強化類(lèi)型等來(lái)劃分：

1）根據材料成型方式，高溫合金可以分為變形高溫合金、鑄造高溫合金（包含普通精密鑄造合金、定向凝固合金、單晶合金等）、粉末冶金高溫合金（包含普通粉末冶金高溫合金和氧化物彌散強化高溫合金ODS）；

2）根據基體元素種類(lèi)，高溫合金可以分為鐵基、鎳基、鈷基等；

3）根據合金強化類(lèi)型，高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時(shí)效沉淀強化合金。

（二）高溫合金材料技術(shù)難點(diǎn)與創(chuàng )新

高溫環(huán)境下材料的各種退化速度都被加速，在使用過(guò)程中易發(fā)生組織不穩定、在溫度和應力作用下產(chǎn)生變形和裂紋長(cháng)大、材料表面的氧化腐蝕等。高溫合金所具有的耐高溫、耐腐蝕等性能主要取決于它的化學(xué)組成和組織結構。

高溫合金材料成分十分復雜，含有鉻、鋁等活潑元素，在氧化或熱腐蝕環(huán)境中表現為化學(xué)部穩定，同時(shí)機加工制成的零件表面留下加工硬化和殘余應力等缺陷，為材料的化學(xué)性能和力學(xué)性能帶來(lái)十分不利的影響。由于合金化程度高，高溫合金材料極易產(chǎn)生成分偏析，這種偏析對鑄造高溫合金和變形高溫合金的組織與性能都有重大影響。高溫合金的這些特點(diǎn)決定了它區別于普通金屬材料的加工工藝。

高溫合金的發(fā)展是合金理論與生產(chǎn)工藝技術(shù)不斷改善和革新的過(guò)程，通過(guò)合金強化+工藝強化來(lái)不斷結合提高合金的材料性能。合金強化包括合金固溶強化、第二相強化劑晶界強化等；工藝強化包括改善冶煉、凝固結晶、熱加工、熱處理及表面處理等環(huán)節改善合金組織結構等。

高溫合金的生產(chǎn)工藝主要包含熔煉、鑄造、熱處理三個(gè)過(guò)程。生產(chǎn)工藝對高溫合金材料力學(xué)性能的影響重大，一項新工藝的引入，往往使高溫合金的性能獲得一個(gè)飛躍，發(fā)展處一批新型高溫合金，進(jìn)而推動(dòng)一代航空發(fā)動(dòng)機和航空飛機的發(fā)展。老型號的合金也可以改善工藝達到材料性能的提高。

例如，單晶渦輪葉片的應用顯著(zhù)地推進(jìn)了航空發(fā)動(dòng)機的進(jìn)步。F-22用的航空發(fā)動(dòng)機F119的渦輪轉子葉片選用了第三代單晶高溫合金PWA1484，該材料本身的最高工作溫度為1070℃左右，由于采用了計算流體動(dòng)力學(xué)程序設計制造了超級冷卻葉片，使渦輪轉子葉片的工作溫度提高至1621～1677℃（F100發(fā)動(dòng)機為1400℃），可見(jiàn)工藝創(chuàng )新在材料發(fā)展中的重要地位。

高溫合金材料制備技術(shù)與工藝仍處于不斷的進(jìn)步和創(chuàng )新中。比如，冶煉工藝采用了真空感應+電渣重熔+真空自豪熔煉三聯(lián)工藝，真空自耗熔煉采用了先進(jìn)熔煉控制方法等；通過(guò)定向凝固柱晶合金和單晶合金工藝技術(shù)提高材料的高溫強度；采用粉末冶金方法減少合金元素的偏析和提高材料強度等。此外，氧化物彌散強化高溫合金、金屬間化合物高溫材料也在不斷發(fā)展和創(chuàng )新中。