高温合金又称耐热合金或热强合金，能够在600~1000℃的高温氧化气氛及燃气腐蚀条件下工作，具备良好的热强性能、热稳定性及热疲劳性能。按基体元素可分为镍基、铁基及钴基高温合金，广泛应用于航空、航天、发电设备和造船等行业。

 

一、高温合金分类及特点

高温合金按基础元素、成型工艺和强化方式大体可分为三类：

1.1 按基体元素分类

铁基高温合金（约占14.3%）

钴基高温合金（约占5.7%）

镍基高温合金（约占80%）

1.2 按制造工艺分类

变形高温合金（约占70%）

铸造高温合金（约占20%）

新型高温合金（粉末高温合金）

1.3 按强化方式分类

固溶强化型

沉淀强化型

氧化物弥散强化型

晶界强化型

二、各类高温合金性能及应用

2.1 按基体元素划分

铁基高温合金

  特性：使用温度相对较低（600-850℃），典型牌号有GH4033、GH4169、K403等

  应用：主要用于发动机温度较低部位，如航空航天发动机及工业燃气轮机的涡轮盘、机匣和轴等零件，以及部分承力件和紧固件

镍基高温合金

  特性：使用温度为中高温范围（650-1000℃），典型牌号有GH2036、GH2135等

  应用：航空航天发动机涡轮部分的工作叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室等高温段零件

钴基高温合金

  特性：使用温度较高（730-1100℃），具有良好的铸造性和焊接性；因钴资源相对稀缺，价格较高，典型牌号有K640等

  应用：导向叶片材料

2.2 按强化方式划分

固溶强化高温合金

  特性：优异的抗氧化性、良好的塑性和成型性以及一定的高温强度

  应用：主要用于环境温度较高但承受应力较低的零件，如燃烧室和火焰筒等部件

时效强化高温合金

  特性：具有较高的高温强度和蠕变强度以及良好的综合性能

  应用：主要用于承受高负荷、环境温度为高温或中温的零件，如涡轮叶片和涡轮盘等结构件

氧化物弥散强化高温合金

  特性：弥散分布的氧化物颗粒具有高热稳定性，在1000℃以上仍能保持较高强度

晶界强化高温合金

  特性：合金中加入微量硼、镁、锆等元素改善晶界状态，提高合金抗蠕变能力

2.3 按制造工艺划分

变形高温合金

  特性：可进行冷、热变形加工，具有良好的力学性能和综合的强韧性指标，抗氧化、抗腐蚀性能较高，工作温度范围-253℃至1320℃

  应用：一部分用于制作航空、航天发动机燃烧室、机匣等部件；一部分用于制作涡轮盘与叶片等结构件

铸造高温合金

  特性：以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料，工作温度在1300-1500℃

  应用：主要应用在航空发动机，包括涡轮叶片（含单晶叶片）、导向叶片、整铸涡轮、增压器、涡轮机匣、尾喷管调节器等

粉末高温合金

  特性：晶粒细小、成分和组织均匀，基本消除偏析，显著改善热加工性能，可将难于变形的铸造高温合金通过粉末法改善热塑性成为变形高温合金

  应用：航空发动机的涡轮盘、压气机盘、导流盘、涡轮工作叶片前后挡板、弹性环、鼓筒轴和承力环等部件

三、高温合金难切削原因分析

3.1 高温强度高，加工硬化倾向大

切削加工时，塑性变形抗力大，切削负荷重，切削温度高。一般镍基高温合金的单位切削力比中碳钢高约50%，加工后表面层的加工硬化及残余应力较大，硬化程度可达200%-500%，刀尖及边界磨损严重，副后刀面易发生沟纹磨损。

3.2 导热性差

高温合金的导热系数约为45钢的1/5至1/2，导致切削温度较高。

3.3 与刀具的粘结倾向大

切削过程中极易产生积屑瘤，影响加工表面质量。

3.4 强化元素含量高

合金中形成大量研磨性很强的金属碳化物、金属间化合物等硬质点，对刀具有强烈的擦伤作用。

四、高温合金切削加工措施

4.1 刀具材料选择

 硬质合金刀具：为最常用刀具材料，仅在切削速度很低的复杂型面加工时采用高速钢

 硬质合金涂层：建议选用性能较佳的新牌号，适宜的CVD涂层有TiCN、TiCN+Al₂O₃+HfN等

 高速钢刀具：可选用W10Mo4Cr4V3Al、W18Cr4SiAlNb、W12Cr4V3Mo3Co5Si等牌号

 陶瓷刀具：氮化硅陶瓷由于抗粘结性、耐热性及硬度高于硬质合金，适用于高温合金的半精加工和精加工

 PCBN刀具：具有高硬度和高热稳定性等特点，更适于高温合金的连续切削加工

4.2 刀具几何参数选择

硬质合金车刀几何参数：

   前角：粗车时5°~-15°，精车时0°~5°，车削铸造高温合金时3°~5°

   后角：粗车时10°~14°，精车时14°~18°，车削铸造高温合金时10°~15°

   主偏角：一般采用45°~75°，以减小径向切削力；在机床动力和工艺系统刚性允许条件下尽量采用较小值

   刃倾角：粗车时-10°，精车时为控制切屑流向待加工表面，可取0°~3°

   刀尖圆弧半径：变形高温合金粗车时取0.5~0.8mm，精车时0.3~0.5mm；铸造高温合金取1mm

高速钢铣刀几何参数：

   前角：铣削变形高温合金时取3°~12°，铣削铸造高温合金时取0°~5°

   后角：13°~16°

   螺旋角：圆柱铣刀45°，立铣刀28°~35°

刀具的磨钝标准可取切削普通钢材刀具的1/3至1/2。

4.3 切削用量选择

 选择原则与切削不锈钢基本相同，其中切削速度的选择最为关键

 切削高温合金时，切削速度过高或过低都会导致刀具磨损加快

 硬质合金刀具：切削速度通常采用20~50m/min；进给量宜取偏小值，一般为0.1~0.5mm/r，粗车时取大值，精车时取小值；背吃刀量不宜过小，粗车时取2~4mm，精车时取0.2~0.5mm

 高速钢立铣刀：vc=5~10m/min，f=0.05~0.12mm/r，ap=1~3mm

 硬质合金面铣刀：vc=20~45m/min，f=0.05~0.1mm/r，ap=1~4mm

4.4 热处理预处理

 铁基高温合金可采用退火处理

 镍基高温合金可采用固溶处理