摘要：高溫合金是以鐵、鎳、鈷系金屬為主材料，通過添加金屬元素、采用固溶處理或時效處理強化基體及晶界，使之可以在650℃以上仍保持力學性能和抗氧化、耐腐蝕性能的合金，此類合金能在600℃以上的高溫及一定應力作用下長期工作。根據不同的成形方式，可將高溫合金分為鑄造高溫合金、變形高溫合金和粉末冶金高溫合金三類，本文通過簡述四代粉末冶金高溫合金的發展歷程、對比國內技術現狀，簡要分析未來的技術發展趨勢。

　　在航空航天新型發動機性能不斷提升的背景下，發動機對內部渦輪盤的強韌性、疲勞性能、可靠性及耐久性提出了更高的要求，而高溫合金鑄造及變形工藝中需加入的強化元素較多，導致合金中偏析嚴重、組織不均勻，已不能滿足內部渦輪溫度及壓力的要求。粉末冶金工藝解決了高合金化高溫合金鑄造偏析、熱工藝性能差的缺點，可以進一步提高航空發動機的性能。

　　國外分步提升合金性能，美俄英法等第四代產品成熟

　　國外粉末高溫合金的發展歷程有四代，逐步提升合金的耐高溫和承壓能力。目前，美國、俄羅斯、英國和法國等已研發出多系粉末高溫合金，建立了自己的合金體系。

　　(1)第一代粉末高溫合金以美國René95為代表，主要提高了合金的強度。其主要是在變形或鑄造合金的工藝基礎上，降低碳含量并添加元素Nb、Hf形成MC型強碳化物，以防止形成原始晶粒邊界( PPB)，進而提高合金的強度。其特點是γ'相(奧氏體晶相)含量高(一般大于45%)，晶粒細小，抗拉強度高，使用溫度為650℃。

　　(2)第二代粉末高溫合金以美國René88DT為代表，主要提高了合金的損傷容限。其主要是在René95的基礎上，降低Al、Ti、Nb含量，并提高W、Mo、Co含量，使γ'相含量降低，雖然降低了10%的抗拉強度，但使疲勞裂紋擴展速率也降低了50%。其特點是晶粒粗大，蠕變強度、裂紋擴展抗力以及損傷容限均比第一代高，最高使用溫度達到700～750℃。

　　(3)第三代粉末高溫合金以美國René104、ALLOY10、LSHR和英國RR1000為代表，全面追求綜合性能。這代產品在保證700~750℃使用溫度的基礎上，通過改變合金內添加金屬的比例，大幅提高了合金強度、損傷容限、耐高溫性和使用壽命，γ'相含為45～55%。

　　(4)第四代粉末高溫合金是在第三代的基礎上，繼續調整金屬成分和制造工藝來追求更高的工作溫度。目前美國、俄羅斯、英國和法國等開發的產品較為成熟，工作溫度可達815℃，還具有強度高、損傷容限大的性能特點(見表1)。

　　表1 粉末高溫合金的發展歷程

　　(數據來源：《第四代粉末高溫合金成分選取范圍研究》)

　　國內合金前三代技術成熟，第四代工作溫度提至815℃

　　目前國內研發的粉末冶金高溫合金也分為四代。其中，第一代粉末冶金高溫合金FGH95在650 ℃的工作溫度下，屈服強度為1136～1243Mpa、抗拉強度為1410～1576MPa，為高強型合金;第二代FGH96、FGH97在750℃的工作溫度下，屈服強度為950Mpa、抗拉強度為1185 Mpa，較第一代強度下降了約10%，但抗裂紋擴展能力提高了一倍，為高損傷限容性合金;第三代FGH98、FGH99平衡了溫度和強度性能，在700℃工作條件下，屈服強度為900 MPa，抗拉強度為1300 Mpa。第四代的高溫合金目前還處于研制階段，國內鋼鐵研究總院、中國航發北京航空材料研究院、北京科技大學、中南大學等已有一些產品小樣，如鋼鐵研究總院研發的幾種第四代產品中，有一種產品能在815℃溫度下，達到屈服強度為1145.5Mpa、抗拉強度為1614Mpa、塑性伸長率0.120%、持久壽命457.4h的性能。

　　表2國內四代粉末合金性能對比

　　(數據來源：《一種粉末高溫合金及其制備方法》)

　　結語

　　發展粉末冶金工藝是提升航空航天新型發動機性能的重要路徑之一，我國在粉末高溫合金領域進步較大，已有三代產品投入工業應用，但與美、歐、俄羅斯等航空強國相比還有一定差距，目前各大高校機構已有第四代產品小樣，工作溫度達到815℃，而國外的產品在815~850℃之間。粉末高溫合金未來工藝的研發方向還將沿著在提高工作溫度的基礎上，繼續提高產品的強度、抗蠕變性能和使用壽命。