1Ni

    元素周期表中第28號元素，具有面心立方結(jié)構(gòu)，沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。目前，幾乎全部高溫合金的基體都是具有面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體，因?yàn)榕c其它晶體結(jié)構(gòu)的基體相比，面心立方結(jié)構(gòu)基體在高溫時(shí)具有更高的穩(wěn)定性。奧氏體基體高溫強(qiáng)度較高的原因是它的原子擴(kuò)散能力較小，即自擴(kuò)散激活能較高。同時(shí)Ni具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，在 500℃以下幾乎不氧化，常溫下不易受潮氣、水及某些鹽類水溶液的侵蝕。Ni、Fe和 Co的合金化能力不同， Ni具有最好的相穩(wěn)定性，而且 Ni或 Ni-Cr基體可以固溶更多的合金元素而不形成有害相，這種特性與其電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。

    2Cr

    主要固溶在基體中，最主要的作用是增加合金的抗氧化及耐腐蝕能力。當(dāng)Cr含量達(dá)到臨界值后，合金表面會形成一層連續(xù)、致密和附著良好的Cr2O3氧化膜，可以保護(hù)金屬表面不受 O、S和鹽等的作用而產(chǎn)生高溫氧化和熱腐蝕，對合金氧化腐蝕起到保護(hù)作用。但是Cr含量的增加勢必增強(qiáng)合金中富 Cr的體心α-Cr相的析出傾向，而目前對α-Cr相在高溫合金中的析出分布規(guī)律及其和力學(xué)性能之間的關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。Cr在高溫合金中主要以固溶態(tài)存在于基體中，起到固溶強(qiáng)化γ基體的作用，同時(shí)促進(jìn)顆粒狀 M23C6在晶界析出，起到晶界強(qiáng)化的作用。Cr的高溫強(qiáng)化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 W、Mo、Nb、Ta和 Re等難熔金屬的強(qiáng)化效果。

    3Al和Ti

    鎳基合金中最基本的合金元素，同時(shí)也是形成γ′相的主要元素。高 Al則有利于提高合金的抗高溫氧化性能。鎳基合金的高溫性能主要取決于Al和 Ti的總量及 Ti/Al比。增加 Al和 Ti的總量可明顯提高γ′相固溶溫度和體積分?jǐn)?shù)。低 Ti/Al比合金一般在較高溫度時(shí)使用，高 Ti/Al比合金對于良好的抗熱腐蝕性能是必要的，但是過高的 Ti/Al比則容易出現(xiàn)粗大片狀的η-Ni3Ti相，使合金脆化，降低強(qiáng)度和塑性。經(jīng)過相同的熱處理后，隨著 Al和 Ti含量增加，γ′相的尺寸逐漸增大，γ′相形貌由球形向立方狀再向不規(guī)則形狀轉(zhuǎn)變。Ti還是MC型碳化物形成元素，形成比較穩(wěn)定的 Ti C碳化物，在高溫時(shí)推遲甚至阻止碳化物反應(yīng)，從而使基體中的Cr穩(wěn)定，間接性的起到了抗熱腐蝕作用。高 Ti對合金的抗熱腐蝕性有利。

    4Nb和Ta

    與 C有較強(qiáng)的親和力，是 MC型碳化物形成元素。可以促進(jìn) MC型碳化物的析出，形成穩(wěn)定的 Nb C和 Ta C碳化物，從而細(xì)化晶粒和起到強(qiáng)化晶界的作用。除與 C結(jié)合外，絕大多數(shù)Nb和 Ta元素幾乎都進(jìn)入γ′相，促進(jìn)γ′相的析出，延緩γ′相的聚集長大，從而提高合金的高溫強(qiáng)度。Nb具有很強(qiáng)的電負(fù)性，極易促進(jìn) TCP相的析出，而且嚴(yán)重?fù)p害合金的抗氧化性能。因此，高溫合金中的 Nb元素含量一般低于 3%。Ta元素還可以增大γ′/γ相之間的錯(cuò)配度，強(qiáng)化γ′相和提高γ′相的高溫穩(wěn)定性。盧旭東等人研究了鎳基高溫合金Ni-4.04Al-6.74Ta-5.16Co-1.35Mo-6.29W-12.59Cr在 850 ?C和 950 ?C的氧化行為，發(fā)現(xiàn)在氧化過程中，外層中形成的富Ta相抑制基體合金中 Al元素向外擴(kuò)散，形成了平直連續(xù)的Al2O3中間層，使氧化速度減慢，從而抑制氧化膜生長和降低氧化速率。

    5Co

    大部分進(jìn)入γ基體中，降低γ基體的堆垛層錯(cuò)能，起到固溶強(qiáng)化作用，從而提高合金的持久強(qiáng)度和蠕變抗力。同時(shí) Co還使Al和 Ti元素在γ基體中的溶解度降低，因而增加γ′強(qiáng)化相的數(shù)量，γ′相的固溶溫度也隨 Co的加入而提高。Co的加入還能減少碳化物在晶界上的析出，以減小晶界貧 Cr區(qū)的寬度。此外， Co還能改善鎳基合金的熱加工性能、塑性和沖擊韌性。

    6W、Mo和Re

    它們在γ′相中具有相當(dāng)高的溶解度，尤其是 W加進(jìn)高溫合金中后會導(dǎo)致γ′相數(shù)量的增加。這三種元素的原子半徑與 Ni相差較大，無論對γ或γ′相都有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化效果，同時(shí)能提高原子間結(jié)合力，提高合金的再結(jié)晶溫度和擴(kuò)散激活能，從而有效地提高合金的熱強(qiáng)性。為了提高高溫合金的承溫能力，通常采用低 Cr含量和高難熔元素（W、Mo和 Re等）含量的合金化途徑來強(qiáng)化單晶高溫合金。但是 Mo含量過高時(shí)容易在γ基體中析出μ相，大量棒狀μ相的存在會嚴(yán)重?fù)p害高溫合金的持久性能。隨著 Re含量的增加，熱處理后的組織中γ′相尺寸減小，γ′相形貌的立方程度明顯增加。

    7B

    它是高溫合金中應(yīng)用最廣泛的微合金化元素，絕大多數(shù)變形高溫合金和鑄造高溫合金中都加入微量 B。高溫合金中重要的晶界和枝晶間強(qiáng)化元素， B可以結(jié)合一定數(shù)量的TCP相形成元素，可以作為組織穩(wěn)定化元素加入合金，有利于提高合金的組織穩(wěn)定性，高溫合金中常見的硼化物是 M3B2。郭建亭系統(tǒng)的研究了 GH2135高溫合金中 B含量對組織和性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng) B含量在最佳含量范圍時(shí)，高溫持久壽命將達(dá)到峰值，比原合金的持久壽命高 3~6倍并且持久塑性良好。

    8C

    既是重要的晶界和枝晶間強(qiáng)化元素，又可以結(jié)合一定數(shù)量的 TCP相形成元素，作為合金組織穩(wěn)定化元素存在。常見的碳化物有 MC、M6C、M23C6和M7C3等。MC型碳化物具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，一般呈點(diǎn)狀、條狀和骨架狀三種形態(tài)分布于枝晶間和晶界。MC型碳化物不穩(wěn)定，在 750~1040 ?C溫度范圍內(nèi)慢慢分解，析出顆粒狀的 M6C和 M23C6型碳化物。M6C型碳化物具有復(fù)雜的面心立方晶體結(jié)構(gòu)，一些高 W和 Mo的鑄造鎳基高溫合金凝固時(shí)就能析出初生 M6C型碳化物， M6C型碳化物十分穩(wěn)定且很難通過熱處理方法消除。M23C6型碳化物在高Cr合金中常見，具有復(fù)雜面心立方晶體結(jié)構(gòu)。M7C3型碳化物具有正交晶體結(jié)構(gòu)，在鎳基高溫合金中相對較為少見。C在鎳基高溫合金中具有重要影響，文獻(xiàn)指出， C在高溫合金中主要起到晶界強(qiáng)化作用， C含量對碳化物的種類、形貌、大小以及分布都有影響。

    9Mg

    顯著改變合金晶界析出相形貌，細(xì)化γ′相顆粒尺寸，減少晶界碳化物、硼化物和硫化物的數(shù)量，提高晶界結(jié)合力，改善加工塑性。Mg在晶界析出使晶界區(qū)電子密度分布更加均勻，提高晶界結(jié)合強(qiáng)度和空位形成能，減少晶界位錯(cuò)可動(dòng)性，推遲蠕變孔洞的形成和長大。Mg顯著提高高溫合金持久壽命，延長蠕變第二階段的時(shí)間，推遲蠕變第三階段的出現(xiàn)。高溫合金中添加一定量的Mg還能顯著消除缺口敏感性。但是，當(dāng)加入的Mg含量過高時(shí)，會形成 Ni-Ni2Mg共晶而惡化熱加工性能。