镍基高温合金材料是极度合金化的超级合金，欧美国家成为超级耐热合金（superalloys），它多由6-10种合金元素组成，镍基高温合金在高温下的合金相多为γ和γ’相，同时在使用过程中也有碳化物和TCP相析出。

（1）γ相。γ相是组成镍基高温合金的合金基体，一般情况下它含有较多固溶元素的面心立方结构固溶体，是一种镍基奥氏体相[4]。γ相适用于制造严峻温度条件下服役的燃气轮机，它最高可在0。9Tm温度下服役，如果服役温度较低，服役时间可以到达100，000小时。在大多数已经应用的镍基高温合金材料中发现的合金元素多为C、Cr、Mo、W、Fe、Ti、Al和Ta，在材料成型过程中，随着镍合金熔体冷却，碳化物开始析出，合金元素在更低的温度下形成γ’沉淀相。

（2） γ’相。这种相是用来强化高温合金的沉淀物。它是一种基于Ni3（Ti、Al）的金属间化合物，同 γ 相基体相同具有晶格类型——面心立方体结构[5]，两相的点阵常数变化约为0。5%，所以它们之间具有极其高的相干性。γ’相一般由γ相基体上共格析出，即在Ni3（Ti、Al）的有序晶格结构中，由立方体晶格中的Ni原子和AL、Ti原子在立方体的边缘作为γ相的颗粒析出。在这一阶段中有600-850℃的不稳定窗口，其中的γ相也会转变成HCP相[6]。对于在650℃以下温度的相变可以用该相变加强。所以说，γ’相是镍基高温合金中起到最大作用的强化相。

（3）碳化物相。虽然镍基高温合金中的碳化物在高温条件下具有稳定的结构以抵抗材料的变形，但是其形成通常被认为是有害的。碳化物多形成于晶界，对于晶界的移动有阻碍作用。镍基高温合金中碳化物主要有MC、M6C和M23C6类型。

①　MC型碳化物。MC型碳化物种类较多，其中以TiC、NbC、TaC为主要类型，面心立方晶格结构，点阵常数小于0。5，碳化物具有较为复杂的组成，一方面金属原子和部分非金属原子可以互相取代；另一方面，MC型碳化物可以溶解少量的钨、钼等元素也促成了其成分组成的复杂性。

②　M6C型碳化物。晶格类型为面心立方结构，但其结构复杂，具有较为广泛的的成分范围。

③　M23C6型碳化物。主要在晶界、孪晶端部析出,并与晶界一侧的基体保持共格关系[7]，晶格类型同为复杂的面心立方结构。其中金属原子M多为Cr，在其它一定情况下也可以是Fe、Co、Ni、Mo、W等元素。

   （4）TCP相。指的是一个类相，包括σ相、χ相、μ相、Laves相。他们不是一定数量的原子的紧密堆积，而是HCP相间晶格密排面的堆叠[8]。由于热处理或者服役田间的原因，HCP相多出现于具有某些特定组成的高温合金中。在现有的研究中，大多以为TCP相主要以形态、分布和数量影响材料的力学性能。TCP相组成含量高，材料的高温力学性能会表现的相当优异，但是长针状的TCP相往往是裂纹发源和扩展的诱因，并且当大量的TCP相析出，裂纹会加速扩展，甚至是使材料发生沿晶脆断。虽然TCP相对高温合金材料性能骑着重要的作用，但是其会引发材料的室温脆断问题，断裂韧性极低。所以，在高温合金材料中需要合理的形成TCP相。

1。4 合金元素在镍基高温合金中的作用

镍基高温合金发展已经历了多个年头，从第一代的镍合金中加入铝和钛元素，显著提高高温性能；到后来加入钼、铌、钛元等素又在一次显著提高材料的高温性能。至今，镍基高温合金的发展已历经多代，耐受高温水平也在不断地提高，但其发展历程表明，合金元素对镍基高温合金的组织性能起到至关重要的作用。表1-1 是几种镍基高温合金主要成分表,其中只是列出含量较高元素且为牌号最高含量，大量元素为镍。