航空發動機被稱為“工業之花”，是航空工業中技術含量最高、難度最大的部件之一。作為飛機動力裝置的航空發動機，特別重要的是金屬結構材料要具備輕質、高強、高韌、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等性能，這幾乎是結構材料中最高的性能要求。

高溫合金是能夠在600℃以上及一定應力條件下長期工作的金屬材料。高溫合金是為了滿足現代航空發動機對材料的苛刻要求而研制的，至今已成為航空發動機熱端部件不可替代的一類關鍵材料。目前，在先進的航空發動機中，高溫合金用量所占比例已高達50%以上。
自1956年第一爐高溫合金GH3030試煉成功，迄今為止，我國高溫合金的研究、生產和應用已歷經60年的發展歷程。60年的高溫合金發展可以分為三個階段[1]：
第一個階段：從1956年至20世紀70年代初是我國高溫合金的創業和起始階段

本階段主要是仿制前蘇聯高溫合金為主體的合金系列，如：GH4033，GH4049，GH2036，GH3030，K401和K403等。
第二個階段：從20世紀70年代中至90年代中期，是我國高溫合金的提高階段。

本階段主要試制歐美型號的發動機，提高高溫合金生產工藝技術和產品質量控制。
第三階段：從20世界90年代中至今，是我國高溫合金的全新發展階段。

本階段主要是應用和開發了一批新工藝，研制和生產了一系列高性能、高檔次的新合金。
目前，我國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, 中國科學院金屬研究所, 北京科技大學, 東北大學, 西北工業大學等, 主要生產企業有：中航工業、鋼研高納、煉石有色、撫順特鋼、高鋼特鋼和第二重型機械集團萬航模鍛廠（二重）等。在此基礎上，我國已具備了高溫合金新材料、新工藝自主研發和研究的能力。
高溫合金由于其優異的耐高溫性能，廣泛的應用于航空工業，電力行業，石油化工行業，運輸行業和燃氣輪機行業。
1 在航空航天上的應用
在現代先進的航空發動機中，高溫合金材料用量占發動機總量的40%-60%。在航空發動機上，高溫合金主要用于燃燒室、導向葉片、渦輪葉片和渦輪盤四大熱段零部件；此外，還用于機匣、環件、加力燃燒室和尾噴口等部件[2]。

燃燒室
燃燒室是動力機械能源的發源地。燃燒室內產生的燃氣溫度在1500~2000℃之間。因為其余的空間有壓縮空氣流動，所以燃燒筒合金材料的承受溫度一般在800~900℃以上，局部達1100℃。因此，燃燒筒要求材料要具有高溫抗氧化和抗燃氣腐蝕性能，良好的冷熱疲勞性能。
燃燒室使用的主要高溫合金以鎳基或鈷基高溫合金為主。例如第三代戰斗機F100發動機選用Haynes 188鈷基高溫合金，F110，F404和F414發動機則選用Hastelloy X 鎳基高溫合金。但是隨著飛機推重比的提高，對燃燒筒材料提出了新的要求。第四代戰機燃燒筒主要是鎳基高溫合金并涂覆陶瓷熱脹涂層，并且采用新的燃燒室結構，如F119和F135采用了浮動壁結構，而F136發動機采用了Lamilloy結構。到了第五代戰機，多使用Lamilloy結構的高溫合金、耐高溫1482℃陶瓷復合材料和熱脹涂層。因此，為了適應航空發動機新的推重比的要求，全新材料基體和制備工藝的高溫合金急需研發出來[3]。
導向葉片
導向葉片是渦輪發動機上受熱沖擊最大的零件之一。但由于它是靜止的，所受的機械負荷并不大。通常由于應力引起的扭曲、溫度劇烈變化引起的裂紋以及過燃引起的燒傷，會使導向葉片在工作中經常出現故障。根據導向葉片工作條件，要求材料具有如下性能：足夠的持久強度及良好的熱疲勞性能；有較高的抗氧化和抗腐蝕的能力。
鑄造高溫合金成為了導向葉片的主要制造材料。美國Howmet公司等多采用IN718C、PWA1472、Rene220以及R55合金作為導向葉片的材料。近年來，由于定向凝固工藝的發展，用定向合金制造導向葉片的工藝也在試制中；此外，FWS10發動機渦輪導向器后篦齒環制造采用了氧化物彌散強化高溫合金[1]。
渦輪盤
渦輪盤在工作中受熱不均，盤的輪緣部位比中心部位承受較高的溫度，產生很大的熱應力。榫齒部位承受最大的離心力，所受的應力更為復雜。為此對渦輪盤材料要求有：合金應具有高的屈服強度和蠕變強度；良好的冷熱和抗機械疲勞性能；線膨脹系數要小，無缺口敏感性，較高的低周疲勞性能。
粉末高溫合金是現代高性能發動機渦輪盤的必選材料。1965年發展了高純預合金粉末技術。美國P&WA(Pratt&Whitney Aircraft)公司首先開創了粉末高溫合金盤件用于航空發動機的先河。1972年IN100粉末高溫合金渦輪盤用于F100發動機上，開啟了粉末高溫合金的實際應用階段。
我國的粉末高溫合金的研究起步于20世紀70年代后期，在后續的發展過程中，根據國家型號需求，陸續開展了FGH95合金，FGH96合金，FGH97合金，FGH98合金和FGH91合金的研制。其中FGH95是目前強度最高的粉末高溫合金，最高使用溫度650℃，主要用于制備發動機的渦輪盤擋板以及直升機用渦輪盤。
目前在粉末高溫合金領域，美國、俄羅斯、英國、法國、德國、加拿大、瑞典、中國、日本、意大利以及印度等國家均開展了研究工作，美國、俄羅斯、英國、法國、德國和中國等國家掌握了工業生產工藝，其中僅有美國、俄羅斯、法國和英國能獨立研發粉末高溫合金并建立了自己的合金牌號[1-4]。
渦輪葉片
渦輪工作葉片是渦輪發動機上最關鍵的構件之一。雖然工作溫度比導向葉片要低些，但是受力大而復雜，工作條件惡劣，因此對渦輪葉片材料要求有：高的抗氧化和抗腐蝕能力；高的抗蠕變和持久斷裂的能力；良好的機械疲勞和熱疲勞性能以及良好的高溫和中溫綜合性能。
渦輪葉片用材料最初普遍采用變形高溫合金。隨著材料研制技術和加工工藝的發展，鑄造高溫合金逐漸成為渦輪葉片的候選材料。美國從20世紀50年代后期開始嘗試使用鑄造高溫合金渦輪葉片，前蘇聯在60年代中期應用了鑄造渦輪葉片，英國于70年代初采用了鑄造渦輪葉片。而航空發動機不斷追求高推重比，促使國內外自70年代以來開始研制新型高溫合金，先后研制了定向凝固高溫合金、單晶高溫合金等具有優異高溫性能的新材料。其中單晶高溫合金材料成為目前主流的渦輪盤材料。
單晶高溫合金是在等軸晶和定向柱晶高溫合金基礎上發展起來的一類先進發動機葉片材料。20世紀80年代初期以來，第一代單晶高溫合金PWA1480、ReneN4等在多種航空發動機上獲得廣泛應用。80年代后期以來，以PWA1484、ReneN5為代表的第二代單晶高溫合金葉片也在CFM56、F100、F110、PW4000等先進航空發動機上得到大量使用，目前美國的第二代單晶高溫合金已成熟，并廣泛應用在軍民用航空發動機上。90年代后期以來，美國研制成功第三代單晶高溫合金CMSX-10。之后，GE、P&W以及NASA合作開發了第四代單晶高溫合金EPM-102。法國和英國也分別研制單晶高溫合金，并實現了工程應用。近年來，日本又相繼成功的研制了承溫能力更高的第四、第五、第六代單晶合金TMS-138,TMS-162,TMS-238等[3]。
我國的單晶高溫合金是由中航工業航材院于20世界80年代初率先開始研究的，并成功研制出我國第一代單晶高溫合金DD4。90年代又成功研制了第二代單晶高溫合金DD6，并廣泛應用已多種型號的先進航空發動機上。此外，我國的第三代單晶高溫合金主要有北京航空材料研究院先進高溫結構材料重點實驗室研制的DD9與DD10、中國科學院金屬研究所高溫合金研究部研制的DD32、DD33 、中國科學院金屬研究所研制的DD90；第四代單晶高溫合金是由中國科學院金屬研究所研制的DD22；第五代單晶高溫合金為陜西煉石有色研制的含錸高溫合金材料。這些材料的目前僅限于實驗室研發.

隨著以殲10B、殲15、殲16為代表的多款三代半戰斗機陸續進入列裝，WS-10發動機需求持續增長；隨著國產大型運輸機運-20的列裝，大涵道比發動機也將進入量產，這將直接驅動航空發動機用高溫合金的快速發展。為了提升高溫合金材料技術，工信部在發布的《國家增彩制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》中明確要求突破高溫合金等材料技術。為了滿足我國航空發展對高溫合金材料的要求，我們要在過去工作的基礎上，繼續進行高水平、高質量的高溫合金材料的發展和研制工作，穩定現有體系產品的性能和質量，研究和探索工作溫度超過1100℃以上的后繼新高溫材料，完善我國的高溫合金體系。
2電力行業
電力行業是國民經濟可持續發展的基礎行業和先進工業。電力工業包括水電、煤電、氣電、核電和新能源發電等方面。除水電外，無論是煤電還是氣電和核電的發展都需要有相應的高溫結構材料作為支撐，性能優異的耐熱鋼和高溫合金材料成為電力工業發展的技術關鍵[5]。
煤電領域
火電機組有相當多的部分為超高壓。高壓蒸汽參數機組，而且隨著蒸汽參數的進一步提高，對高溫材料的要求越來越高。過熱器和再熱器是鍋爐中工作環境最為惡劣的部件，承受的壓力最大，溫度最高，因此要求材料具有良好的抗蠕變性能，同時還要滿足管子對蒸汽側的抗氧化性能和對煙氣側的抗腐蝕性能要求。目前，我國火電主鍋爐過熱器管材主要是鐵基高溫合金GH2948.

核電領域
核電是一種安全、清潔、經濟、可靠的能源。用核電替代部分化石燃料發電，不但可以將化石燃料保留下來長期使用，還有利于環境保護和減少大量的燃料運輸。核電站的核心是反應堆，它是有堆芯、反射層、控制棒、堆容器和屏蔽層等組成。核工業用高溫合金主要指反應堆用高溫合金。高溫合金主要用作壓水堆蒸汽發生器傳熱管、元件格架和壓緊彈簧等，以及高溫氣冷堆和部分快堆的過熱器與再熱器傳熱管零部件。

壓水堆蒸汽發生器的傳熱管早期用18-8型不銹鋼。但是因為奧氏體不銹鋼對應力腐蝕敏感，后被耐熱、耐蝕合金Inconel 600所代替。此后發展了Inconel 690 和 Incoloy 800 合金。關于這三種合金的抗腐蝕性能的優劣，目前看法尚不統一，所以都在應用，法國偏重與Inconel 690合金，德國多采用Incoloy 800 合金作傳熱管。我國泰山核電站的蒸發器傳熱管采用的是Incoloy 800合金，大亞灣核電站用的是Inconel 690合金。
高溫氣冷堆蒸汽發生器是螺旋管束型結構，裝在預應力混凝土壓力容器內側。再熱器和過熱器的溫度較高，傳熱管采用Incoloy 800 合金。蒸汽發生器和過熱器的溫度較低（450-340℃），傳熱管多采用2.25Cr-1Mo鋼。
堆芯冷卻管道是用定位格架和上下管座按設定的排列方式組裝成燃料堆件或元件盒的。定位格架材料早起采用奧氏不銹鋼，目前主要采用鎳基高溫合金。
3石油化工行業
開采石油和天然氣，特別是深井開采，需要使用鎳基高溫合金。因為深井下工作環境惡劣，比如酸性環境，氯化物濃度高，有硫化氫氣體，氣體分壓大，井下溫度波動在0-218℃范圍。因此，Inconel 718 合金在油氣開采鉆具上可用作注射閥、傳統運轉閥、氣體升舉閥、雙制化學注射閥、安全閥等多種閥門，流體分流器采用Inconel 718C 鑄造合金制備。Incoloy 925可制作XLD假閥、XLI氣體升舉閥、XLO-B阻尼閥，水壓設備螺母等。Incoloy825可制作耐久打眼繩索、繩索管道、水壓控制管線、水壓設備套圈等。Incoloy 625可作水壓設備管線等。Inconel 600 可作安全隔板等[5]。

煙氣輪機是煉油廠催化裂化裝置能量回收系統的核心機組。在生產過程中，約有4%-7%的原料油轉化為焦炭，在再生器內燃燒，焦炭放出的熱量除部分用于加熱催化外，其余熱量加熱煙氣從再生器放出，這種從再生器放出的煙氣具有98-196kPa的壓力和約650-750℃的溫度，把大量高溫高壓煙氣，引入煙氣輪機，經膨脹作功后轉化為軸功輸出，驅動煉油廠空氣壓縮機或發電機組，以后回收這部分能量。
4運輸工業
目前，內燃機車或汽車等民用運輸工具使用的渦輪增加器選用的是細晶等軸晶高溫合金葉片。內燃機機車主要是北車集團生產。在戰車領域，目前世界上只有美國將燃氣輪機作為主戰坦克動力，美國M1型系列坦克均裝配了小型燃氣輪機作為動力，效率高。啟動快、馬力大[6]。
艦船動力裝置使用大量高溫螺栓。由于在海上長期工作，因此螺栓材料要經受由海鹽成分加速的熱腐蝕。另外由于螺栓還承受很大的拉應力，所以應力腐蝕是螺栓失效的重要因素。因此結構鋼和合金鋼螺栓多數不能直接長期用于艦船動力裝置。而應選用抗海洋氣氛腐蝕性能好、抗高溫腐蝕性能好、抗松弛性能好的高溫合金制作艦船動力裝置用螺栓。可選的螺栓用高溫合金有: GH132 ( A286 ) 、GH145 ( Inconelx750) 、GH751 ( Inconel751 ) 、GH169、GH33A、GH80A ( Nimonic80A ) 、GH90 ( Nimonic90 ) 、MP35N、GH159 ( MP159 ) 、R26、GH105( Nimonic105) 、GH242 等[6]。
5燃氣輪機行業
燃氣輪機具有熱效率高、污染少、耗水少、易安裝等優點，聯合循環的燃氣輪機組還能達到高達60%的熱效率，因而燃氣輪機在電力行業的應用越來越廣泛。先進的材料是燃氣輪機設計、制造技術的基礎和保證條件，特別是燃氣輪機熱端部位的高溫材料，沒有先進的高溫材料就不可能設計和制造出先進的燃氣輪機。高溫合金在燃氣輪機材料中占有極其重要的地位，在燃氣輪機燃燒室、過度導管、導向葉片、渦輪工作葉片以及渦輪盤等部件上都有著廣泛的應用[8]。