鑄造高溫合金是以鑄造方法直接制備零部件的高溫合金材料。鑄造高溫合金是合金原材料經(jīng)過精煉后形成成分精確的母合金，然后再通過真空重熔澆鑄成型的一種高溫合金。相對高溫合金，使用溫度和強度更高，合金化程度也更高，用量少而精，主要用于制備形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。鑄造高溫合金按照凝固結(jié)晶組織不同，還可以分為等軸晶鑄造高溫金、定向凝固柱晶高溫合金和單晶高溫合金，其使用性能和制備難度依次提高。等軸晶鑄造高溫合金指用傳統(tǒng)的熔模鑄造方法制備鑄件的高溫合金，其晶粒組織為等軸晶，具有制造成本低、中低溫力學(xué)性能優(yōu)異等點，被廣泛應(yīng)用于航空、航天等領(lǐng)域，可在-235~1050℃使用，常用于制作航空發(fā)動機擴壓器和機匣等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、整鑄渦輪、向器、導(dǎo)向和渦輪葉片及航天火箭發(fā)動機渦輪泵等相關(guān)部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、尺寸精確化和薄壁輕量化是其發(fā)展趨勢。
K418合金是用量較大的鑄造高溫合金，已廣泛應(yīng)用于制作航空、地面和海上燃氣輪機渦輪工作葉片、導(dǎo)向葉片和整鑄渦輪，航天彈用發(fā)動機的整鑄渦輪轉(zhuǎn)子和導(dǎo)向器，以及柴油機和汽油機增壓渦輪。K4169合金由變形高溫合金4169發(fā)展而來，具有含、鐵量高的顯著特點，在很寬的中低溫度范圍具有較高的強度、塑性、優(yōu)良的耐腐蝕性、耐輻射性以及良好的焊接性能。定向凝固高溫合金是通過定向凝固技術(shù)制備出晶界平行于主應(yīng)力軸從而消除有害橫向晶界的柱狀晶高溫合金。定向凝固工藝始于20世紀60年代中期，美國PW公司發(fā)明了這一工藝并用于生產(chǎn)鎳基合金柱晶渦輪葉片，可提高葉片工作溫度約50℃。
我國定向凝固柱晶高溫合金的研制始于20世紀70年代，目前已研制和生產(chǎn)了多種定向凝固柱晶合金，并在多種型號的發(fā)動機上使用。定向空心無余量復(fù)雜型腔的渦輪葉片已在先進航空發(fā)動機上使用。按原有普通鑄造合金成分，與定向凝固技術(shù)相結(jié)合而發(fā)展的合金，如3、5等，分別是在普通高溫合金K403和K405合金基礎(chǔ)上，采用定向凝固技術(shù)研制而成的定向凝固鎳基鑄造高溫合金。
3合金與普通鑄造合金K403比，750~850℃的拉伸塑性提高2~3倍，持久強度提高60~130，熱疲勞壽命提高近100倍。在使用過程中發(fā)現(xiàn)問題后調(diào)整成分研制而成的合金，如4合金，是在3用于薄壁葉片在鑄造過程中暴露出較嚴重熱裂傾向后，根據(jù)合金化原理和凝固理論，綜合考慮合金強度、可鑄性、組織穩(wěn)定性、抗腐蝕性等因素，重新研制的合金。22、002、125、17G等合金是仿制合金，其中22合金化學(xué)成分和力學(xué)性能水平與美國廣泛應(yīng)用于先進航空發(fā)動機的高強度定向合金1422大致相當，該合金已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。
125合金是仿美國第一代定向凝固高溫合金é125合金，是當前性能水平最高的定向凝固高溫合金之一，合金具有良好中、高溫綜合性能、優(yōu)異的熱疲勞性能。6合金是我國新研制的第二代定向凝固高溫合金，其拉伸性能、持久性能達國外第一代單晶和第二代定向合金性能水平，合金有良好鑄造性能，可用于制造不同尺寸的定向空心渦輪葉片。單晶高溫合金是采用定向凝固和選晶技術(shù)制造的具有單一柱狀晶組織的鑄造高溫合金，柱晶和單晶高溫合金的生產(chǎn)難度大，但可有效提升發(fā)動機葉片的服役性能。單晶葉片配合有效的防護涂層，可使航空發(fā)動機推重比達到10。
目前先進發(fā)動機渦輪葉片均采用單晶高溫合金。我國也研制成功一系列單晶高溫合金，并獲得實際應(yīng)用。其中，北京航空材料研究院于20世紀80年代研制成功我國第一個用于航空發(fā)動機的3單晶高溫合金，該合金具有國外第一代單晶高溫合金的性能水平。隨后，鋼鐵研究總院研制的402單晶葉片在某航空發(fā)動機上得到了掛片試飛考核。
中國科學(xué)院金屬研究所研制了我國第一個抗腐蝕單晶高溫合金8，用作艦艇發(fā)動機渦輪葉片材料。鋼鐵研究總院研制的407單晶葉片通過了某航空發(fā)動機的試車考核/飛行考核/設(shè)計定型技術(shù)鑒定。另外，采用合金設(shè)計法與試驗研究相結(jié)合研制的相當于國外第二代單晶合金水平的6合金，也取得了可喜進展，已被選用作為先進航空發(fā)動機的高壓渦輪葉片材料。21世紀初，北京航空材料研究院研制了第三代單晶高溫合金9與10，9合金的力學(xué)性能與國外第三代單晶高溫合金-10和-75的力學(xué)性能相當，并開始探索第四代單晶高溫合金。
