戰(zhàn)略角度：高溫合金材料是航空航天領(lǐng)域的戰(zhàn)略軍事物資，對(duì)于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能、實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化具有重要作用。我國(guó)從上世紀(jì)60年代開(kāi)始發(fā)展國(guó)產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，歷經(jīng)坎坷，已經(jīng)取得了進(jìn)步。但是，與國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)相比，國(guó)產(chǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比這一重要指標(biāo)仍然落后。提高航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度，核心手段是應(yīng)用高溫合金材料。航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫合金用量達(dá)到50%以上，被譽(yù)為“航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基石材料”。

需求角度：軍民市場(chǎng)共同牽引，國(guó)產(chǎn)替代需求強(qiáng)勁。2019年，我國(guó)高溫合金市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到169.8億元，同比增長(zhǎng)33.52%。國(guó)內(nèi)高溫合金產(chǎn)能供給有限，長(zhǎng)期存在較大的供需缺口。未來(lái)10年，我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高溫合金市場(chǎng)規(guī)模約850億元，長(zhǎng)期看商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)市場(chǎng)空間，以10年為維度商用航發(fā)帶來(lái)的高溫合金市場(chǎng)規(guī)模達(dá)2378億元。此外，在燃?xì)廨啓C(jī)、核電、石油、汽車等領(lǐng)域都有大量的高溫合金市場(chǎng)需求

國(guó)內(nèi)發(fā)展
自1956年?duì)t高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止，我國(guó)高溫合金的研究、生產(chǎn)和應(yīng)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。
個(gè)階段：從1956年至20世紀(jì)70年代初是我國(guó)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(jì)70年代中至90年代中期，是我國(guó)高溫合金的提高階段。主階段主要試制歐美型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，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(jì)90年代中至今，是我國(guó)高溫合金的全新發(fā)展階段。本階段主要是應(yīng)用和開(kāi)發(fā)了一批新工藝，研制和生產(chǎn)了一系列、次的新合金。
我國(guó)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(guó)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(jī)械集團(tuán)萬(wàn)航模鍛廠（二重）等。在此基礎(chǔ)上，我國(guó)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。
雖然高溫金屬合金材料在我國(guó)已發(fā)展近60年，但行業(yè)發(fā)展仍處于成長(zhǎng)期。由于高溫金屬合金材料領(lǐng)域具有較高技術(shù)含量，該行業(yè)企業(yè)擁有較深護(hù)城河。我國(guó)高溫金屬合金每年需求量在2萬(wàn)噸以上，國(guó)內(nèi)年生產(chǎn)量在1萬(wàn)噸左右，市場(chǎng)容量超過(guò)80億元，其中進(jìn)口占比較大。未來(lái)20年我國(guó)各類軍機(jī)采購(gòu)需求在2800架左右，民用飛機(jī)采購(gòu)數(shù)量在5400架左右，對(duì)應(yīng)的高溫合金需求在1500億以上，再加上500億的燃?xì)廨啓C(jī)需求，僅高溫合金空間一項(xiàng)就有2000億的市場(chǎng)空間即將打開(kāi)。
我國(guó)生產(chǎn)能力與需求相比存在兩個(gè)缺口：
（1）生產(chǎn)能力不足。我國(guó)高溫合金生產(chǎn)企業(yè)數(shù)量有限，生產(chǎn)能力與需求之間存在較大缺口，在燃?xì)廨啓C(jī)、核電等領(lǐng)域的高溫合金主要還依賴進(jìn)口。
（2）產(chǎn)品難以滿足應(yīng)用需求。我國(guó)的高溫合金生產(chǎn)水平與美國(guó)、俄羅斯等國(guó)有著較大差距，隨著我國(guó)研制更的航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)，高溫合金材料在供應(yīng)上存在無(wú)法滿足應(yīng)用需求的現(xiàn)象

制備工藝
1、鑄造冶金工藝
各種鑄件制造技術(shù)和加工設(shè)備在不斷開(kāi)發(fā)和完善，如熱控凝固、細(xì)晶工藝、激光成形修復(fù)技術(shù)、耐磨鑄件鑄造技術(shù)等，原有技術(shù)水平不斷提高完善從而提高各種高溫合金鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量一致性和可靠性。
不含或少含鋁、鈦的高溫合金，一般采用電弧爐或非真空感應(yīng)爐冶煉。含鋁、鈦高的高溫合金如在大氣中熔煉時(shí)，元素?zé)龘p不易控制，氣體和夾雜物進(jìn)入較多，所以應(yīng)采用真空冶煉。為了進(jìn)一步降低夾雜物的含量，改善夾雜物的分布狀態(tài)和鑄錠的結(jié)晶組織，可采用冶煉和二次重熔相結(jié)合的雙聯(lián)工藝。冶煉的主要手段有電弧爐、真空感應(yīng)爐和非真空感應(yīng)爐；重熔的主要手段有真空自耗爐和電渣爐。
固溶強(qiáng)化型合金和含鋁、鈦低（鋁和鈦的總量約小于4.5%）的合金錠可采用鍛造開(kāi)坯；含鋁、鈦高的合金一般要采用擠壓或軋制開(kāi)坯，然后熱軋成材，有些產(chǎn)品需進(jìn)一步冷軋或冷拔。直徑較大的合金錠或餅材需用水壓機(jī)或快鍛液壓機(jī)鍛造。
2、結(jié)晶冶金工藝
為了減少或消除鑄造合金中垂直于應(yīng)力軸的晶界和減少或消除疏松，近年來(lái)又發(fā)展出定向結(jié)晶工藝。這種工藝是在合金凝固過(guò)程中使晶粒沿一個(gè)結(jié)晶方向生長(zhǎng)，以得到無(wú)橫向晶界的平行柱狀晶。實(shí)現(xiàn)定向結(jié)晶的首要工藝條件是在液相線和固相線之間建立并保持足夠大的軸向溫度梯度和良好的軸向散熱條件。此外，為了消除全部晶界，還需研究單晶葉片的制造工藝。
3、粉末冶金工藝
粉末冶金工藝，主要用以生產(chǎn)沉淀強(qiáng)化型和氧化物彌散強(qiáng)化型高溫合金。這種工藝可使一般不能變形的鑄造高溫合金獲得可塑性甚至超塑性。
4、強(qiáng)度提高工藝
⑴固溶強(qiáng)化
加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點(diǎn)陣的畸變，加入能降低合金基體堆垛層錯(cuò)能的元素（如鈷）和加入能減緩基體元素?cái)U(kuò)散速率的元素（鎢、鉬等），以強(qiáng)化基體。
⑵ 沉淀強(qiáng)化
通過(guò)時(shí)效處理，從過(guò)飽和固溶體中析出第二相（γ’、γ"、碳化物等），以強(qiáng)化合金。γ‘相與基體相同，均為面心立方結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣常數(shù)與基體相近，并與晶體共格，因此γ相在基體中能呈細(xì)小顆粒狀均勻析出，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，而產(chǎn)生顯著的強(qiáng)化作用。γ’相是A3B型金屬間化合物，A代表鎳、鈷，B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢，而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ‘相為Ni3(Al,Ti)。
γ’相的強(qiáng)化效應(yīng)可通過(guò)以下途徑得到加強(qiáng)：
①增加γ‘相的數(shù)量；
②使γ’相與基體有適宜的錯(cuò)配度，以獲得共格畸變的強(qiáng)化效應(yīng)；
③加入鈮、鉭等元素增大γ’相的反相疇界能，以提高其抵抗位錯(cuò)切割的能力；
④加入鈷、鎢、鉬等元素提高γ‘相的強(qiáng)度。γ"相為體心四方結(jié)構(gòu)，其組成為Ni3Nb。因γ"相與基體的錯(cuò)配度較大,能引起較大程度的共格畸變，使合金獲得很高的屈服強(qiáng)度。但超過(guò)700℃，強(qiáng)化效應(yīng)便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ相，而用碳化物強(qiáng)化。

材料特性
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(wěn)定、在溫度和應(yīng)力作用下產(chǎn)生變形和裂紋長(zhǎng)大、材料表面的氧化腐蝕。
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(guó)牌號(hào)Inconel718 相似，合金由γ 基體相、δ 相、碳化物和強(qiáng)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(qiáng)大的力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)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(qiáng)化因子構(gòu)造了其優(yōu)良的力學(xué)性能。
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(duì)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(qiáng)化項(xiàng)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(guò)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(wèn)題。在一般切削條件下，高溫合金表層會(huì)產(chǎn)生硬化層、殘余應(yīng)力、白層、黑層、晶粒變形層等過(guò)大的問(wèn)題。

GH4169高溫合金
GH4169合金是鎳一鉻一鐵基高溫合金。GH4169合金屬于鎳基變形高溫合金。鎳基合金是一種復(fù)雜的合金。它被廣泛地應(yīng)用于制造各種高溫部件。同時(shí)，也是所有高溫合金中為注目的一種合金。它的相對(duì)使用溫度在所有普通合金系中也是高的。的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)中這種合金的比重在50%以上。
GH4169合金是由國(guó)際鎳公司亨廷頓分公司的Eiselstein研制成功，于1995年公開(kāi)介紹的時(shí)效硬化鎳—鉻—鐵基變形合金。合金是以體心立方g〞和面心立方g′相為沉淀強(qiáng)化的一種鎳基變形高溫合金，在650℃以下具有高的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和良好的塑性，具有良好的抗腐蝕、抗輻射能、疲勞、斷裂韌性等綜合性能，以及滿意的焊接和焊后成型性能等。合金在-253～650℃很寬的溫度范圍內(nèi)組織性能穩(wěn)定，成為在深冷和高溫條件下用途極廣的高溫合金。由于GH4169良好的綜合性能，被廣泛用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)盤、壓氣機(jī)軸、壓氣機(jī)葉片、渦輪盤、渦輪軸、機(jī)匣、緊固件和其它結(jié)構(gòu)件和板材焊接件等 [3]。
我國(guó)于70年代開(kāi)始研制GH4169合金，主要應(yīng)用于盤件，使用時(shí)間比較短，所以采用真空感應(yīng)加電渣重熔的雙聯(lián)工藝。八十年代開(kāi)始應(yīng)用于航空領(lǐng)域，提高和改進(jìn)材料質(zhì)量、提高合金的綜合性能和使用可靠性成為主要的研究方向。當(dāng)前GH4169合金的主要研究方向?yàn)椋?br /> （1）改進(jìn)冶煉工藝，量化冶煉參數(shù)，實(shí)現(xiàn)程序穩(wěn)定操作，使合金顯微組織更加均勻，從而得到優(yōu)良的屈服和疲勞強(qiáng)度以及抗裂紋擴(kuò)展止裂能力，提高低周疲勞強(qiáng)度等；
（2）改進(jìn)熱處理工藝。熱處理工藝不能很好的消除鋼錠中心的偏析，所以對(duì)組織的均勻性有不利影響，因此采用合理的均勻化退火工藝，得到細(xì)晶坯料成為主要研究方向之一；
（3）改進(jìn)使用設(shè)計(jì)。由于GH4169的工作溫度不能650℃，所以應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)零部件的冷卻，充分發(fā)揮該高溫合金的、低成本等優(yōu)點(diǎn)；
（4）提高組織穩(wěn)定性能。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件的命要求，對(duì)于提高GH4169合金長(zhǎng)期時(shí)效組織穩(wěn)定性方面也是至關(guān)重要的。