高溫環(huán)境下材料的各種退化速度都被加速，在使用過程中易發(fā)生組織不穩(wěn)定、在溫度和應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形和裂紋長大、材料表面的氧化腐蝕。
1、耐高溫、耐腐蝕
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(jié)構(gòu)。 以GH4169 鎳基變形高溫合金為例，可看出GH4169 合金中鈮含量高，合金中的鈮偏析程度與冶金工藝直接相關(guān)，GH4169 基體為Ni-Gr 固溶體，含Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50%以上可以承受1 000℃ 左右高溫，與美國牌號Inconel718 相似，合金由γ 基體相、δ 相、碳化物和強化相γ'和γ″相組成。GH4169 合金的化學(xué)元素與基體結(jié)構(gòu)顯示了其強大的力學(xué)性能，屈服強度與抗拉強度都優(yōu)于45 鋼數(shù)倍，塑性也要比45 鋼好。穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)和大量強化因子構(gòu)造了其優(yōu)良的力學(xué)性能。
Ni | Cr | Mo | Ti | Nb | A l | Fe |
51． 96 | 17． 98 | 3． 07 | 0． 95 | 4． 82 | 0． 45 | 余 |
表1 GH4169 的主要化學(xué)成分( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)
2、加工難度高
高溫合金由于其復(fù)雜、惡劣的工作環(huán)境，其加工表面完整性對于其性能的發(fā)揮具有非常重要的作用。但是高溫合金是典型難加工材料，其微觀強化項硬度高，加工硬化程度嚴(yán)重，并且其具有高抗剪切應(yīng)力和低導(dǎo)熱率，切削區(qū)域的切削力和切削溫度高，在加工過程中經(jīng)常出現(xiàn)加工表面質(zhì)量低、刀具破損非常嚴(yán)重等問題。在一般切削條件下，高溫合金表層會產(chǎn)生硬化層、殘余應(yīng)力、白層、黑層、晶粒變形層等過大的問題。
傳統(tǒng)的劃分高溫合金材料可以根據(jù)以下3 種方式來進(jìn)行: 按基體元素種類、合金強化類型、材料成型方式來進(jìn)行劃分。
1、按基體元素種類
⑴鐵基高溫合金
鐵基高溫合金又可稱作耐熱合金鋼。 它的基體是Fe 元素，加入少量的Ni、Cr 等合金元素，耐熱合金鋼按其正火要求可分為馬氏體、奧氏體、珠光體、鐵素體耐熱鋼等。
⑵鎳基高溫合金
鎳基高溫合金的含鎳量在一半以上，適用于1 000℃以上的工作條件，采用固溶、時效的加工過程，可以使抗蠕變性能和抗壓抗屈服強度大幅提升。就高溫環(huán)境使用的高溫合金來分析，使用鎳基高溫合金的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵基和鈷基高溫合金用處。同時鎳基高溫合金也是我國產(chǎn)量最大、使用量最大的一種高溫合金． 很多渦輪發(fā)動機的渦輪葉片及燃燒室，甚至渦輪增壓器也使用鎳基合金作為制備材料。半個多世紀(jì)以來，航空發(fā)動機所應(yīng)用的高溫材料承受高溫能力從20 世紀(jì)40 年代末的750℃提高到90 年代末的1 200℃應(yīng)該說，這一巨大提升也促使鑄造工藝加工及表面涂層等方面快速發(fā)展。
⑶鈷基高溫合金
鈷基高溫合金是以鈷為基體，鈷含量大約占60%，同時需要加入Cr、Ni 等元素來提升高溫合金的耐熱性能，雖然這種高溫合金耐熱性能較好，但由于各個國家鈷資源產(chǎn)量比較少，加工比較困難，因此用量不多。通常用于高溫條件( 600 ～ 1 000℃) 和較長時間受極限復(fù)雜應(yīng)力高溫零部件，例如航空發(fā)動機的工作葉片、渦輪盤、燃燒室熱端部件和航天發(fā)動機等。為了獲得更優(yōu)良的耐熱性能，一般條件下要在制備時添加元素如W、MO、Ti、Al、Co，以保證其*的抗熱抗疲勞性。
2、合金強化類型
根據(jù)合金強化類型，高溫合金可以分為固溶強化型高溫合金和時效沉淀強化合金。
⑴固溶強化型
所謂固溶強化型即添加一些合金元素到鐵、鎳或鈷基高溫合金中，形成單相奧氏體組織，溶質(zhì)原子使固溶體基體點陣發(fā)生畸變，使固溶體中滑移阻力增加而強化。有些溶質(zhì)原子可以降低合金系的層錯能，提高位錯分解的傾向，導(dǎo)致交滑移難于進(jìn)行，合金被強化，達(dá)到高溫合金強化的目的。
⑵時效沉淀強化
所謂時效沉淀強化即合金工件經(jīng)固溶處理，冷塑性變形后，在較高的溫度放置或室溫保持其性能的一種熱處理工藝。例如:GH4169 合金，在650℃的最高屈服強度達(dá)1 000 MPa，制作葉片的合金溫度可達(dá)950℃。
3、材料成型方式
通過材料成型方式劃分有:鑄造高溫合金( 包括普通鑄造合金、單晶合金、定向合金等) 、變形高溫合金、粉末冶金高溫合金( 包含普通粉末冶金和氧化物彌散強化高溫合金)。
⑴鑄造高溫合金
采用鑄造方法直接制備零部件的合金材料叫鑄造高溫合金。根據(jù)合金基體成分劃分，可以分為鐵基鑄造高溫合金、鎳基鑄造高溫合金和鉆基鑄造高溫合金3 種類型。按結(jié)晶方式劃分，可以分為多晶鑄造高溫合金、定向凝固鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金等4 種類型。
⑵變形高溫合金
仍然是航空發(fā)動機中使用最多的材料，在國內(nèi)外應(yīng)用都比較廣泛，我國變形高溫合金年產(chǎn)量約為美國的1 /8
[2] 。以GH4169 合金為例，它是國內(nèi)外應(yīng)用范圍最多的一個主要品種． 我國主要在渦輪軸發(fā)動機的螺栓、壓縮機及輪、甩油盤作為主要零件，隨著其他合金產(chǎn)品的日益成熟，變形高溫合金的使用量可能逐漸減少，但在未來數(shù)十年中仍然會是占主導(dǎo)地位。
⑶新型高溫合金
包括粉末高溫合金、鈦鋁系金屬間化合物、氧化物彌散強化高溫合金、耐蝕高溫合金、粉末冶金及納米材料等多種細(xì)分產(chǎn)品領(lǐng)域．
①第三代粉末高溫合金的合金化程度提升，使其兼顧了前兩代的優(yōu)點，獲得了更高的強度較低的損傷，粉末高溫合金生產(chǎn)工藝日趨成熟，未來可能從以下幾個方面開展: 粉末制備、熱處理工藝、計算機模擬技術(shù)、雙性能粉末盤;
②鈦鋁系金屬間化合物已經(jīng)開發(fā)到第四代，逐步向著多元微量和大量微元這兩個方向拓展，德國的漢堡大學(xué)，日本京都大學(xué)，德國的GKSS 中心等都進(jìn)行了廣泛的研究，鈦鋁系金屬間化合物現(xiàn)已應(yīng)用于船舶、生物醫(yī)用、體育用品領(lǐng)域;
③氧化物彌散強化高溫合金是粉末高溫合金一部分，正在生產(chǎn)研制的有近20 余種，具有較高的高溫強度和低的應(yīng)力系數(shù)，廣泛的應(yīng)用于燃?xì)廨啓C耐熱抗氧化部件、先進(jìn)航空發(fā)動機、石油化工反應(yīng)釜等；
④耐蝕高溫合金主要用于替代耐火材料和耐熱鋼，應(yīng)用于建筑及航天航空領(lǐng)域。
