高温合金晶界强化(grain boundary strengthening of superalloy)
添加微量元素改善晶界状态达到高温合金强化的目的。晶界的晶体结构不规则，原子排列混乱，晶格歪扭，又存在各种晶体缺陷(如位错、空洞等)，因此晶界在高温变形时是一个薄弱环节。在高温蠕变时，晶界形变量占总形变量的50％，因此强化晶界就成为高温合金强化的一个重要部分。一些有害杂质元素的溶解度很小且往往偏析于晶界，生成低熔点共晶化合物。硫在γ—Fe中的溶解度只有0.015％。因此合金中所含的硫在铁中易形成熔点为988C的Fe+FeS低熔点共晶。硫在镍中会形成熔点只有644℃的Ni+Ni3S2共晶。这些低熔点共晶在晶界的形成会大大恶化合金的热加工性能和高温热强性。通常高温合金中的硫含量控制在0.015％以下，优质高温合金控制在0．005％～0.007％以下。美国宇航材料标准AMS2280规定镍基高温合金必须满足杂质控制标准，要求铋、铊、碲、铅、硒5个元素含量分别在(0.5～5)×10-6以下，同时对锑、砷、镉、镓、锗、金、铟、汞、钾、钠、钍、银、锡、铀、锌等15个微量杂质元素的含量分别控制在50×10-6以下，其总和还不允许超过4O0×10-6为了消除有害杂质和气体的不利作用，进一步净化和强化晶界，可以加入一些微量元素，诸如硼、锆、铪、镁、钙、钡、镧和铈等。硼在晶界偏聚，形成M3B2硼化物(见高温合金材料的间隙相)进行强化。硼能抑制晶界片层状、胞状析出相以及改善碳化物密集不均匀分布的状态，因而对热强性有利。铁、镍基高温合金中硼含量总在0.05％以下，通常控制在0.01％～0.02％左右。铸造高温合金中硼含量略高，一般可达0.02％～0.03％左右。锆和硼有类似作用，但其效果不如硼大。镁是晶界偏聚元素，使晶界碳化物呈颗粒状分布，因而阻止沿晶裂纹的快速扩展，有利于热强性。镁使高温合金的蠕变第二阶段延长，第三阶段扩展，因而获得高的塑性和长的断裂寿命。由于镁使持久断裂塑性提高，可以大大改善持久缺口敏感性。镁还有去除杂质元素的洁净作用。镁、钙、钡、镧和铈等元素由于化学性活泼，与氧有很大的亲和力，可以在冶炼过程中起良好的脱氧去气作用，又能和一些低熔点杂质生成密度较小的难熔化合物，消除有害杂质在晶界的不利作用。这些微量元素的加入量都有一个******量，过量加入反而会使热强性下降。
2022-05-11760℃高温材料发展过程从20世纪30年代后期起，英、德、美等国就开始研究高温合金。第二次世界大战期间，为了满足新型航空发动e79fa5e98193e59b9ee7ad9431333361303032机的需要，高温合金的研究和使用进入了蓬勃发展时期。40年代初，英国首先在80Ni-20Cr合金中加入少量铝和钛，形成γ‘相（gamma prime）以进行强化，研制成第一种具有较高的高温强度的镍基合金。同一时期，美国为了适应活塞式航空发动机用涡轮增压器发展的需要，开始用Vitallium钴基合金制作叶片。
此外，美国还研制出Inconel镍基合金，用以制作喷气发动机的燃烧室。以后，冶金学家为进一步提高合金的高温强度，在镍基合金中加入钨、钼、钴等元素，增加铝、钛含量，研制出一系列牌号的合金，如英国的“Nimonic”，美国的“Mar-M”和“IN”等；在钴基合金中,加入镍、钨等元素，发展出多种高温合金，如X-45、HA-188、FSX-414等。由于钴资源缺乏，钴基高温合金发展受到限制。
40年代，铁基高温合金也得到了发展，50年代出现A-286和Incoloy901等牌号，但因高温稳定性较差，从60年代以来发展较慢。苏联于1950年前后开始生产“ЭИ”牌号的镍基高温合金，后来生产“ЭП”系列变形高温合金和ЖС系列铸造高温合金。中国从1956年开始试制高温合金，逐渐形成“GH”系列的变形高温合金和“K”系列的铸造高温合金。70年代美国还采用新的生产工艺制造出定向结晶叶片和粉末冶金涡轮盘，研制出单晶叶片等高温合金部件，以适应航空发动机涡轮进口温度不断提高的需要。
