FGH4097粉末冶金高温合金
FGH4097是镍基沉淀强化型粉末冶金高温合金，合金中γ’相体积分数约为60%，750℃以下长期使用。与同类铸或锻高温合金相比，该合金具有组织均匀、晶粒细小，及良好的拉伸强度和持久强度，以及抗疲劳和蠕变性能，同时具有的耐蚀和抗高温氧化性能，是高xing能发动机涡轮盘、环形件及其他热端部件的关键材料。
FGH4097化学成分元素（wt%）：
FGH4097物理及力学性能:
FGH4097热处理制度
制度Ⅰ：1200℃±10℃*8h/FC→(1150-1170)℃/AC+(800-900)℃*(25-40)h/AC；
制度Ⅱ：1200℃±10℃*4h/AC+(950-650)℃*(3-20)h/AC(三级时效)。
粉末冶金高温合金通常按合金强化方式分为弥散强化型和沉淀强化型两类。
弥散强化型高温合金是用惰性氧化物来强化的，这种氧化物的物理和化学性能高度稳定,在一般沉淀强化相软化、聚集甚至溶解的温度下,仍保持相当高的强化效果。由于这种惰性氧化物必须弥散均匀分布才有强化效果，且它与基体合金比重相差悬殊，无法用常规的熔炼工艺来生产，而只能采用粉末冶金方法。弥散强化高温合金除了用内氧化、化学共沉淀、选择性还原等方法制取外，1970年美国的J.S.本杰明又首次用机械合金化新工艺制成了用氧化钇弥散强化的高温合金。机械合金化是用金属粉或中间合金粉与氧化物弥散相混合，在高能球磨机中球磨，使粉末反复焊合、破碎，从而使每一颗粉末成为“显微合金”颗粒。这种新的工艺方法可以制造成分十分复杂的弥散强化高温合金。
沉淀强化型高温合金，它是为了克服常规熔炼工艺的缺点，提高高温合金的综合性能，并为提高合金利用率而发展起来的。这种粉末冶金高温合金采用预合金化粉末，每个粉末颗粒实际上就是一个“显微钢锭”，合金偏析只能在粉末颗粒的细小范围内发生。因此，与相同成分的铸造合金相比，沉淀强化型高温合金的成分偏析小，初熔温度高，有害相析出的倾向小，提高了合金的综合性能；并且能使本来难于变形的合金成型，减少了切削加工量，提高了合金的利用率。特别是随着高温合金成分日趋复杂、零件尺寸不断增大，这种粉末冶金高温合金显示出更大的优越性.
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高温合金是指以铁、钴、镍为基体元素，与其他金属或非金属元素熔合而成的，能在 600℃以上超高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，是航空航天、燃气轮机、汽车、核电、石油化工等领域的核心应用材料。
一、概述
No.1 高温合金的特点
高温合金又称为耐热合金和超合金，是指在600℃以上及应力作用下，具有长时间抗蠕变能力、高强度、耐腐蚀的金属材料。
相比普通金属，高温合金在复杂工作环境下具有以下优异性能：
1）高温强度；
2）抗氧化性；
3）抗热腐蚀；
4）抗疲劳性；
5）断裂韧性；
6）内部组织稳定，使用可靠。
No.2 高温合金的分类
按组成元素分类：
高温合金的组成元素主要包括铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）、钛（Ti）、铝（Al）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）等，其中最常见有铁基、镍基、钴基三种。
铁基高温合金：由铁、铬、钨、钼等元素组成，在中等温度（600-850℃）条件下使用的高温合金。铁基合金成分简单，成本低廉，一般用于发动机中工作温度较低的部位如涡轮盘、机匣和轴等零件。
镍基高温合金：由镍、铬、钼等元素组成，在中高温（650-1000℃）条件下使用的高温合金。在所有高温合金中，镍基高温合金的高温强度Max，广泛用于制造涡轮喷气式航空发动机、各种工业燃气轮机的最热端零件，如涡轮部分工作叶片、导向叶片、涡轮等。
钴基高温合金：由钴、铬、钨、镍等元素组成，在高温条件下使用的奥氏体高温合金，含钴量40%-65%，具有良好的铸造性和焊接性，主要用于做导向叶片材料，由于钴资源较少，该类合金价格昂贵。
按制造工艺分类：
主要可以分为变形高温合金、铸造高温合金、粉末冶金高温合金三大类。
变形高温合金：是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗腐蚀性能的一类合金，一般应用于发动机中的压气机盘、涡轮盘。
铸造高温合金：以铸造方法直接制备零部件的高温合金材料。
根据合金基体成分，可以分为铁基铸造高温合金、镍基铸造高温合金和钴基铸造高温合金3种类型；按结晶方式，又可以分为多晶铸造高温合金、定向凝固铸造高温合金、定向共晶铸造高温合金和单晶铸造高温合金等4种类型。
粉末冶金高温合金：用粉末冶金工艺制取的高温合金。与传统的铸锻高温合金相比，具有组织均匀，无宏观偏析，屈服强度高，耐疲劳性好等优点。
按强化方式分类：
主要包括固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型四大类。
图源：新材料在线
二、高温合金发展历程及市场前景
No.1 国内外高温合金发展历程
我国的高温合金从无到有，从仿制到自主创新，虽然工艺相比国外还有一定差距，但亦成了美、英、俄外，世界上第四个具有自己高温合金体系的家。
No.2 高温合金市场前景
国际市场
目前全球高温合金消费市场受到航空产业地区分布的冲击性能，主要集中于欧美等地区，占比在70%以上。
相应的主要生产代表也以美国、英国、法国和俄罗斯等欧盟国家为主。这些国家在高温合金材料的研发和生产方面已经有了一定的积累。
国内市场
目前国内军用和民用飞机交付量的增加以及发动机国产化趋势，将带动国内高温合金需求的高速增长。
国内高温合金行业已逐步形成产业链，从事研究生产的企业主要分为四类：
第一类：依托科研院所技术转型企业，主要是钢研高纳、中国航发北京航空研究院 (北京航发院)、中科院金属研究所(中科三耐)等企业，他们长期承担国内合金技术研 发任务，具备深厚的技术积累，与下游需求单位紧密合作，具备生产较小批量、结构复杂的特定型号高端产品能力。
第二类：中国航发下属发动机主机厂和中航工业、 中航科技等集团内部从事精密铸造或锻造业务的相关企业，主要为各大主机厂和其 他集团单位提供配套服务。
第三类：特钢企业，他们在冶金方面具备较强技术实力， 通常具备大规模生产能力，主要是抚顺特钢、宝钢特钢等，能够生产批量较大的合金板材、棒材和锻件。
第四类：以图南股份、万泽股份等为代表的新兴冶金企业，近年开始涉及高温合金领域，主要是在特定型号高温合金材料或某一产品领域具备技术优势。
目前国际市场上每年消费高温合金材料近30万吨，我国每年需求达2万吨以上，市场规模超过80亿。我国高温合金的主要生产厂家的产能合计大约有1.28万吨，实际屈服强度大约只有1万吨。未来，随着两机（航空发动机和燃气轮机）专项的实施带来的大量新增需求，我国的高温合金消费量将快速提升。
三、高温合金的应用
基于高温合金在高温工作环境下的突出性能，高温合金被广泛应用于航空、航天发动机、舰船和工业用燃气轮机的核心热端部件。
图源：新材料在线、中航证券金融研究所
No.1 在航空领域的应用
高温合金从诞生起就应用于航空发动机，在现代航空发动机中，高温合金材料主要用于四大热端部件：燃烧室、导向室、涡轮叶片和涡轮盘，此外还用于机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。
航空发动机（图源网络）
No.2 燃气轮机关键部件
燃气轮机具有体积小、重量轻、热效高、污染低、耗水少等优点，在船舶、电力、石化、冶金等领域的应用日趋广泛。燃气轮机的关键部件如涡轮工作叶片和涡轮导向叶片，由于特殊复杂的工作环境，对组成材料的整体性能要求极高。
与航空发动机相比，燃气轮机要求高温合金除了良好的蠕变强度、疲劳强度和良好的塑性等共性外，还得具备极强的抗热腐蚀性、组织稳定性好。因此，高温合金是加工生产力学性能优异、组织稳定的涡轮工作叶片和导向叶片的核心原材料，直接决定了燃气轮机能否在复杂工作环境下长久高效运行。
No.3 汽车增压涡轮
涡轮增压技术能显著提高汽车的扭矩和功率，同时提升发动机效率、降低燃油消耗、减少废气排放，因此在汽车工业中逐渐得到推广。但是经过涡轮增压以后，发动机在工作时候的压力和温度都大幅提升，由于转速高，叶片上还受到多种交变应力的作用，因此要求涡轮材料具有较好的高温力学性能、屈服强度点和长期组织稳定性以及良好的铸造性能。铸造高温合金因具有足够的强度、热稳定性和良好的抗疲劳性等优点，被大量用于制作汽车增压器涡轮。
No.4 核电领域
核电用高温合金包括：燃料元件包壳材料、结构材料和燃料棒定位格架，高温气体炉热交换器等，均是其他材料难以代替的。
No.5 其它领域
除军事用途外，高温合金还在电力、石油化工、汽车、冶金、玻璃制造等民用领域发挥着不可替代的作用。
四、高温合金传统生产加工难点
高温合金因具有高的室温和高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、优异的蠕变与疲劳抗力、良好的组织稳定性和使用可靠性，广泛用于制备航空航天、石油化工等领域先进动力推进系统的热端部件。复杂结构高温合金构件的制备已经成为航空航天等领域的关键核心技术，而现有的锻造、粉末冶金和铸造这3种高温合金构件制备工艺在复杂结构构件制备方面均存在一定的限制。
No.1 工序繁复
传统高温合金加工通常需要多个工序，涉及多次热处理、锻造、铸造等工艺步骤，加工过程复杂，增加了生产成本和加工周期。
No.2 高成本
由于高温合金具有高硬度和耐高温性，传统加工方法如铣削、车削、钻孔等通常需要使用高硬度切削工具和特殊的刀具进行切削，这不仅增加了切削工具的磨损和更换成本，还导致加工成本显著提高。
No.3 材料损耗
传统加工方法会导致高温合金材料的大量切削废料和切屑产生，这不仅增加了原材料的损耗，还给环境带来了处理和处理的问题。
No.4 复杂结构加工难
传统高温合金加工受到材料的硬度和脆性限制，对于复杂形状的零件，如曲线、异形孔等，加工困难度较大，需要耗费更多的时间和资源。
五、高温合金3D打印
与高温合金传统制造方式相比，增材制造（3D打印）技术作为一种数字化的先进制造技术，够突破传统工艺制备多孔、网格、空心等结构的技术瓶颈，不仅材料利用率高、制备周期短，而且还可以实现产品结构复杂化、轻量化和高性能化，在航空航天领域具有广阔的应用前景。
目前应用于高温合金的增材制造技术主要有选区激光熔化(selective laser melting，SLM)、和粘结剂喷射3D打印技术（Binder Jetting，BJ）。
No.1 SLM技术
SLM 技术是一种基于粉末床的增材制造技术，利用高能量激光束选择性地熔化预先铺覆好的金属粉末，再经冷却凝固成型。所得零部件表面粗糙度优良、成形致密度高(可达99.9%)，且拉伸强度、持久等力学性能可超过铸件，接近甚至略好于锻件水平，但是零部件尺寸受到铺粉基板尺寸的限制，且该技术打印不了含碳量高的高温合金产品，可稳定生产的高温合金种类也很有限。
目前现有的高温合金均是针对于变形、铸造和粉末冶金等制备工艺而开发的，在进行增材制造时，经常会出现裂纹、孔洞等冶金缺陷，特别是对于具有高强度、高合金化的高温合金，在激光增材制造过程中裂纹形成倾向极大，从而难以保证构件的组织完整性，也严重制约了激光增材制造技术在高性能高温合金中的应用推广。
No.2 粘结剂喷射3D打印技术
粘结剂喷射3D打印技术作为一种先进的金属3D打印技术，在制造高温合金和其他金属部件时具有许多优势：
1）高速生产：可实现快速、大批量生产，适用于大规模生产和定制化生产需求。
2）设计灵活：通过粘结剂喷射技术，可以实现复杂形状、内部结构和薄壁结构的制造，满足各种设计要求，提高产品性能并降低结构重量。
3）表面质量优良：通过粘结剂喷射技术制造的部件表面光滑度高，通常无需进行额外的表面处理，减少了后续加工工序，节约了成本、缩短生产周期。
4）低成本：相对于传统制造工艺，粘结剂喷射技术可以大幅度降低生产成本，减少了原材料浪费以及加工过程中的能源消耗，提高了制造效率。
六、共享高温合金3D打印进展
共享智能装备成功开发出了高温合金Inconel718材料及相应的烧结工艺，这一创新不仅解决了传统高温合金制造过程中工序繁复，加工成本高等问题，也成功抑制了激光3D打印高温合金残余应力所带来的裂纹、孔洞等缺陷，为高温合金材料制备带来了崭新的解决方案。
Co通过粘结剂喷射3D打印技术所生产的高温合金产品致密度可达99.62%，拉伸强度达1278MPa、屈服强度达1000MPa，延伸率达15.5%，产品不仅具备高温环境下的耐久性和强度，其性能更是达到了与传统铸件相当的标准。未来，随着技术的进一步发展和创新，粘结剂喷射3D打印技术有望在高温合金应用领域发挥无限潜力，展现其独特优势。
高温合金烧结试样致密度和金相照片（图源共享智能装备）
内容参考来源：军工汇、材料圈、新材料在线、高温合金行业专题报告、新材料产业圈
《激光增材制造高温合金材料与工艺研究进展》作者：孙晓峰、宋 巍、梁静静、李金国、周亦胄，仅作交流分享。
#高温合金##3D打印##什么技术用了就回不去##智能制造##涨知识#
2022年中国粉末高温合金发展历程及主要生产企业技术路线[图]
2022年国内粉末高温合金行业发展现状及前景：未来航空发动机和燃气轮机性能不断提高对粉末高温合金需求增大[图]
粉末高温合金是利用粉末冶金工艺制备的高温合金，相较于此前的铸-锻高温合金，粉末冶金工艺可以一定程度上解决变形高温合金成形困难及铸造高温合金存在的力学性能波动等问题，目前航空发动机涡轮盘为主要应用领域。
我国粉末高温合金的研究起步于20世纪70年代后期，在后续的发展过程中，根据国家型号需求，陆续开展了FGH95合金、FGH96合金、FGH97合金、FGH98合金和FGH91合金的研制。
粉末高温合金的发展
资料来源：共研网整理
目前粉末高温合金的企业有钢研高纳和W部超导，W部超导的制粉设备及涡轮盘设备均为自主研发，并成功打破了国外垄断，成为国内拥有该类型设备制造能力的企业。凭借着IPO项目产能的逐步释放，W部超导有望冲击该领域龙头地位。除此之外，万泽股份也在深圳建立材料研究院，主要涉及粉末高温合金设计及母合金熔炼、高纯度低氧含量粉末制备以及热等静压包套设计、热等静压工艺设计优化、等温锻造等成型过程工艺路线设计、模拟工作；粉末高温合金构件服役状态模拟及失效分析；粉末高温合金热处理制度设计及优化；粉末高温合金构件寿命预测及损伤容限设计；粉末盘件延寿等，目前已具备小批量粉末冶金盘件制备生产能力。
主要军用粉末高温合金生产企业技术路线
资料来源：共研网整理
在航空发动机和燃气轮机的热端零部件中，涡轮盘由于处于温度最高、环境最恶劣的部位而被认为是最关键的部件之一。在我国，涡轮盘中变形高温合金GH4169合金用量Max、应用范围最广；随着先进航空发动机性能不断提高，对涡轮盘要求也越来越高，要求高温合金中的强化元素也越来越多，使其塑性变差，难以热加工变形，并且合金元素的增多使高温合金凝固偏析严重，造成组织和性能的不均匀。采用粉末冶金工艺生产高温合金粉末涡轮盘就能解决上述问题。粉末涡轮盘是通过将粉末高温合金母合金制粉，并经热等静压、热加工变形和热处理等工艺生产而成，这种制备方式制成的涡轮盘的屈服强度和疲劳性能都有提高。目前国内粉末高温合金已应用于先进型号发动机的涡轮盘部件上。
粉末高温合金行业市场前景如何？共研网发布的《2023-2029年中国粉末高温合金市场全景调查与市场运营趋势报告》详细分析了粉末高温合金行业相关定义、全球粉末高温合金行业市场发展现状、中国粉末高温合金产业发展环境、中国粉末高温合金行业运行情况、中国粉末高温合金所属行业运行数据监测、中国粉末高温合金市场格局、中国粉末高温合金行业需求特点与动态、中国粉末高温合金行业区域市场现状、中国粉末高温合金行业竞争情况、中国粉末高温合金行业发展前景分析与预测、中国粉末高温合金行业发展策略及投资建议等，帮助企业和投资者了解粉末高温合金行业市场投资数值。您若想对粉末高温合金行业有个系统的了解或者想投资粉末高温合金行业，本报告是您不可或缺的重要工具。