Page 25 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第一章 高温合金与热加工技术概述

（五）高温钛合金的发展方向
高温钛合金研究水平制约航天事业的发展，各国加大对高温钛合金研发投入，
但使用中出现蠕变抗力随温度升高下降制约高温钛合金的发展。目前高温钛合金

发展路径包括以含 2.25%~6%Al 进行补充强化的 Ti-Al 系为基的高温钛合金，以
Ti-Al 系高合金化合金为基的高温钛合金，针对高温钛合金发展瓶颈提出未来发
展方向。高温钛合金未来发展趋势是加大对 Ti-Al 基合金的研制力度，合金元素
设计由少元到多元，重视稀土元素在高温钛合金中的作用。以 Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si

系近 α 钛合金为主导，合金化是获得力学性能的重要手段，进行针对性合金化设
计能充分发挥合金元素功效。加入 Al 等元素可形成稳定的 α 固溶体，扩大 α 稳
定相温度。加入 Cr 等合金元素可形成稳定 β 固液体。Ti3Al 金属化合物使用温度
接近镍基高温合金，颗粒增强钛基复合材料具有优势，可能提高钛合金温度适用

范围。严格控制必要的合金元素含量，O，C，H 等随塑性影响限制合金的使用。
高温钛合金未来发展趋势是研发具有特殊用途的高温钛合金，合金向多元强
化方向发展；目前金属间化合物耐热钛合金成为研究热点，研发 Ti-Al 系金属间
化合物为基的合金。稀土元素是高温钛合金具有应用前景的重要元素，稀土元素

在合金中的机制作用有待研究。

三、高温合金在航天发动机上的应用

航天发动机作为航天器的核心动力装置，其性能优劣直接影响航天任务的成

败。在极端高温、高压、高转速以及复杂化学腐蚀的恶劣工作环境下，对材料提
出了严苛要求。高温合金凭借独特性能成为关键材料，在航天发动机各部件中广
泛应用，有力支撑了发动机的高效稳定运行。深入探究高温合金在航天发动机中
的应用情况，包括其类型、特性、应用场景、面临挑战及改进措施，对于提升航

天发动机性能、推动航天技术发展具有至关重要的作用。
（一）高温合金的类型及特性
1. 镍基高温合金镍
基高温合金是以镍为基体，融入多种合金元素而成。其具有出色的高温强

度，在 600℃ ~1000℃区间能维持良好力学性能，这得益于 γ′ 相 Ni 3 （Al，Ti）
和γ′′ 相（Ni 3 Nb）等强化相阻碍位错运动。抗氧化和抗腐蚀能力强，铬元素形

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