高溫合金的概念、原理和分類。高溫合金通常是指能在600~1200℃的高溫下抗氧化、抗腐蝕、抗蠕變,并能在較高的機械應力作用下長期工作的合金材料。高溫合金強調的不是耐受溫度指標,耐受溫度比高溫合金高的材料有很多,比如難熔合金、陶瓷及碳碳復合材料等。高溫合金最根本的特性在于一定溫度下所具有的高強度。以普通的建筑用鋼材為例,它在室溫下強度很高,但在建筑失火燃燒時強度會急劇下降,從而導致建筑坍塌。高溫合金的好處是,在600~1200℃的高溫下,它依然能保持極高的強度和硬度以承受較高的載荷。因此俄羅斯將其稱為熱強合金,而歐美稱之為超合金(superalloy)。
高溫合金發展歷程及概況。高溫合金最早誕生于20世紀初期的美國,被用作車站的防腐支架。從二戰開始,高溫合金的研制進入了高速發展時期,鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金紛紛研制成功,并大量應用。目前鎳基高溫合金是現代航空發動機、航天器和火箭發動機以及艦船和工業燃氣輪機的關鍵熱端部件材料(如渦輪葉片、導向器葉片、渦輪盤、燃燒室等),也是核反應堆、化工設備、煤轉化技術等方面需要的重要高溫結構材料。
鎳基高溫合金。在整個高溫合金領域中,鎳基高溫合金占有特殊重要的地位,與鐵基和鈷基合金相比,鎳基合金具有更好的高溫性能、良好的抗氧化和抗腐蝕性能。鎳基高溫合金是高溫合金中應用最廣、高溫強度最高的一類合金。其主要原因,一是鎳基合金中可以溶解較多合金元素,且能保持較好的組織穩定性;二是可以形成共格有序的A3B型金屬間化合物[Ni3(Al,Ti)]相作為強化相,使合金得到有效強化,獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度;三是含鉻的鎳基高溫合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃氣腐蝕能力。可以說,鎳基高溫合金的發展決定了航空渦輪發動機的發展,也決定了航空工業的發展。采用定向凝固技術制備出的鎳基單晶合金,其使用溫度已接近合金熔點的90%,成為當代先進航空發動機熱端部件不可替代的重要結構材料。