高溫合金和鈦合金都能應(yīng)用于高溫高強(qiáng)度領(lǐng)域,，在航空航天領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用,，那么這兩種合金性能上有何區(qū)別呢，本文進(jìn)行一個簡單的對比,。
高溫合金是指以鐵,、鎳,、鈷為基，能在600℃~1500℃以上一定應(yīng)力作用下長期工作的一類金屬材料,，具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度,，良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能，良好的疲勞性能,、斷裂韌性等綜合性能,，又被稱為“超合金”，是廣泛應(yīng)用于航空,、航天,、石油、化工,、艦船的一種重要材料,。按基體元素來分，高溫合金又分為鐵基,、鎳基,、鈷基等高溫合金。鐵基高溫合金使用溫度一般只能達(dá)到750~780℃,，對于在更高溫度下使用的耐熱部件,，則采用鎳基和難熔金屬為基的合金。鎳基高溫合金在整個高溫合金領(lǐng)域占有特殊重要的地位,，它廣泛地用來制造航空噴氣發(fā)動機(jī),、各種工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)最熱端部件，其材料特性是1,、耐高溫,、耐腐蝕2、加工難度高,。本文的高溫合金指鎳基高溫合金,。鈦合金指的是多種用鈦與其他金屬制成的合金金屬。鈦具有密度小比強(qiáng)度高,，導(dǎo)熱系數(shù)低,、耐高溫低溫性能好、耐腐蝕能力強(qiáng)等特點,，其中最為突出的兩大優(yōu)點是比強(qiáng)度高和耐腐蝕性強(qiáng),，這決定了鈦在海陸空和外層空間都有廣泛的用途，具體包括航空航天,、常規(guī)兵器,、艇及海洋工程、核電及火力發(fā)電、化工與石化,、冶金,、建筑,、交通,、體育與生活用品等。此外鈦無毒,、質(zhì)輕,、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料,，可用作植入人體的植入物等,。根據(jù)性能及用途，鈦合金又分為耐蝕鈦合金,、耐熱鈦合金,、高強(qiáng)度鈦合金、低溫鈦合金,、粉末鈦合金,、功能鈦合金等。高溫合金按照工藝結(jié)構(gòu)可分為變形高溫合金（占70%）,、鑄造高溫合金（占20%）和新型高溫合金（粉末高溫合金,、彌散強(qiáng)化高溫合金ODS）；按照基體元素可分為鎳基（占80%）,、鎳-鐵基（占14%）,、鈷基（占6%）高溫合金；根據(jù)合金強(qiáng)化類型可分為固溶強(qiáng)化型高溫合金和時效沉淀強(qiáng)化合金,。目前國內(nèi)應(yīng)用最多,、涵蓋范圍最廣的是變形高溫合金與鑄造高溫合金，兩者工藝的區(qū)別,，導(dǎo)致了其性能,、應(yīng)用范圍也不同。
1.2. 鈦合金分類及應(yīng)用 鈦合金根據(jù)形態(tài)大致可分為板材,、棒材,、管材、鍛件,、絲材,、鑄件及其他種類，其中,、板材,、棒材、管材三者產(chǎn)量共占我國鈦材產(chǎn)量約 85%,。鈦及鈦合金從熔煉到最終產(chǎn)品一般需要海綿鈦制備,、鈦材制備和鈦材應(yīng)用三步,，其中前兩步技術(shù)復(fù)雜，制備難度大,，是鈦應(yīng)用的難點和關(guān)鍵環(huán)節(jié),，海綿鈦和鈦材的質(zhì)量直接決定鈦制品的質(zhì)量。
1.3. 高溫合金與鈦合金對比 作為航空航天高端金屬材料,，受益于軍工現(xiàn)代化升級,，兩者需求均較為靚麗，但彼此之間依然存在著一些差異：1,、應(yīng)用位置不同：鈦合金需求在機(jī)身結(jié)構(gòu)件和發(fā)動機(jī)都有應(yīng)用,，包括機(jī)身關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件、,，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)件和轉(zhuǎn)動件等,，另外先進(jìn)發(fā)動機(jī)鈦合金葉片風(fēng)扇和壓氣機(jī)占比達(dá)到40%；高溫合金則側(cè)重于發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造,，工藝極其復(fù)雜,，，導(dǎo)致其需求周期往往略偏滯后,，同時發(fā)動機(jī)維修價值較高,，且壽命短于機(jī)身，維修和更換的需求疊加會放大高溫合金需求景氣的持續(xù)性,； 2,、耐用品VS耗材：鈦合金應(yīng)用以冷端承載靜止件為主，偏耐用品屬性,，,，而高溫合金以高溫轉(zhuǎn)動件為主偏耗材屬性；3,、國產(chǎn)化程度不同：目前國內(nèi)航空鈦合金基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,，而高溫合金設(shè)備工藝仍存在進(jìn)一步改進(jìn)空間，尚未完全實現(xiàn)國產(chǎn)化,，為進(jìn)口替代留下充足空間,，尤其是變形高溫合金國產(chǎn)化率提升空間相對顯著；4,、可被替代的難易程度不同：從材料性質(zhì)看,，高溫合金強(qiáng)度、韌性,、耐高溫性和加工等綜合性能優(yōu)于鈦合金,，可替代性弱。而近年碳纖維等復(fù)合材料快速崛起，或可部分替代鈦合金,。應(yīng)用戰(zhàn)略地位的高度有所差異,，高溫合金長期應(yīng)用的戰(zhàn)略地位相對鞏固。
2. 高溫合金和鈦合金行業(yè)壁壘對比 2.1. 高溫合金成分及生產(chǎn)工藝復(fù)雜,、壁壘更高伴隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展,，目前我國已是世界上少數(shù)建立自己的高溫合金產(chǎn)業(yè)的國家，但與美國等高水平國家仍有一定的差距,。主要體現(xiàn)在材料純凈度低,、毛胚合格率低、工業(yè)化應(yīng)用率低,、高端產(chǎn)品供應(yīng)不足甚至未實現(xiàn)國產(chǎn)化。 由于高溫合金的成分較復(fù)雜,，包含鎳,、鐵、鈷,、鉻等二三十種合金元素,，相比于成分較為簡單的鈦合金，高溫合金對生產(chǎn)設(shè)備和工藝穩(wěn)定性要求十分苛刻,。主要包括三個方面：一是原料配比要精確,，各種金屬含量不同導(dǎo)致產(chǎn)品性能差異，包括原料純凈度,，晶粒的細(xì)度和均勻度,；二是生產(chǎn)設(shè)備要操作熟練，特別是真空冶煉和電渣重熔工段,，工藝條件會影響材料的微觀結(jié)構(gòu),，對高端材料要求更高；三是后部的熱處理工序和無損探傷,。因此,，科研實力雄厚、高端設(shè)備較多的企業(yè)更有競爭力,。
高溫合金由于其高難度的生產(chǎn)工藝流程而具有了很高的技術(shù)壁壘,，不同類別產(chǎn)品對應(yīng)不同制備工藝。以應(yīng)用范圍最廣的變形高溫合金為例,，其適用于大批量,、通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)較為簡單的產(chǎn)品,，生產(chǎn)主要過程包括：先經(jīng)過真空冶煉等工藝澆鑄成合金鑄錠,，通過鍛造、軋制等熱變形制成餅坯、棒,、板,、管等材料，最后模鍛成渦輪盤和葉片等毛坯,，經(jīng)熱處理后加工成渦輪盤,、葉片等零件。 綜合來看高溫合金的技術(shù)瓶頸主要體現(xiàn)在成分,、設(shè)備及熱處理三個方面： 成份配比,，直接決定熔煉結(jié)果及后續(xù)工序，這也是開發(fā)新產(chǎn)品的重要性所在,。成分決定了組織特點,，其要求三個：材料純凈度、晶粒細(xì)化和均勻化,、防治宏觀偏析等,。 設(shè)備更為重要，設(shè)備對應(yīng)的加工條件影響最終材料的微觀結(jié)構(gòu),，越是尖端,、先進(jìn)材料越是如此，對設(shè)備的操作熟練度也很關(guān)鍵,；高溫合金的生產(chǎn)設(shè)備眾多,，如真空感應(yīng)爐、真空電弧爐,、真空自耗爐,、電渣爐、水壓機(jī),、精鍛機(jī)等,，國內(nèi)外設(shè)備先進(jìn)程度存在不小差距。 后部工序：熱處理工藝及無損探傷等,，是所有金屬材料的共性,。 此外，由于高溫合金材料及制品的“質(zhì)量可靠性,、性能穩(wěn)定性,、外觀尺寸精確性”等方面極其苛刻的要求使得行業(yè)具有較高的進(jìn)入壁壘，具有強(qiáng)壟斷性和穩(wěn)定性,，新進(jìn)入者面臨較高的認(rèn)證門檻,、進(jìn)入成本、資本壁壘和時間成本,。
高溫合金行業(yè)需要依托強(qiáng)大的生產(chǎn)和研發(fā)技術(shù)方能保障企業(yè)的正常運行,，同時該行業(yè)無論軍品和民品均涉及到產(chǎn)品認(rèn)證問題,，特別是軍品的認(rèn)證，周期長,，審核嚴(yán),，可以說為該行業(yè)構(gòu)筑了天然的進(jìn)入壁壘，國內(nèi)外能夠形成較為完善產(chǎn)業(yè)鏈的國家也僅有美國,、英國,、德國、法國,、俄羅斯和日本等少數(shù)國家,，從事高溫合金的企業(yè)全球范圍內(nèi)也僅有 50 家左右。 美國在高溫合金研發(fā)以及應(yīng)用方面一直處于世界領(lǐng)先地位,，年產(chǎn)量約為50000 噸,，其中近 50%用于民用工業(yè)。歐盟國家中英,、德,、法是世界上主要的高溫合金生產(chǎn)和研發(fā)代表，英國是世界上最早研究和開發(fā)高溫合金的國家之一,。日本則在鎳基單晶高溫合金、鎳基超塑性高溫合金和氧化物晶粒彌散強(qiáng)化高溫合金領(lǐng)域取得較大的突破,，近年來,，日本一直致力于研發(fā)新型的耐高溫合金，并成功開發(fā)出了在1200℃高溫下依然能保持足夠強(qiáng)度的新合金,。 經(jīng)過50多年發(fā)展,，我國已經(jīng)形成了比較先進(jìn)，具有一定規(guī)模的生產(chǎn)基地,。結(jié)合產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)相關(guān)參與方來看,，目前我國生產(chǎn)廠商集中在航空航天領(lǐng)域用量最大的變形高溫合金冶煉和鍛造環(huán)節(jié)，因此在大批量生產(chǎn)高溫合金母合金,、板,、棒、鍛材上有很大的優(yōu)勢,。 2.2. 鈦合金加工壁壘高于冶煉
近乎雙寡頭競爭 鈦合金的制備工藝較高溫合金簡單,，難點集中在海綿鈦和鈦材的制備。鈦材產(chǎn)業(yè)鏈的核心壁壘不在于上游資源和中游冶煉,，而是在于鈦材的加工能力,，尤其是高端鈦材的研發(fā)能力和制造工藝。鈦合金加工壁壘高筑,，導(dǎo)致綜合壁壘亦較高,，催生近乎雙寡頭競爭格局,。盡管原料金屬鈦價遠(yuǎn)低于鎳，但是基于鈦合金后端加工工藝復(fù)雜,，最終部分鈦合金產(chǎn)品價格與高溫合金價格相當(dāng),，甚至略高一籌。
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