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镍基合金的晶体结构主要为高温稳定之面心立方体(FCC)沃斯田铁结构，为了提高其耐热性质，添加了大量的合金元素，这些元素会形成各种二次相，提升了镍基合金之高温强度。二次相的种类包含各种形式之MC、M23C6、M6C、M7C3碳化物，主要分布在晶界，以及如γ’或γ’’等结构上为整合性(Coherent)之有序(Ordering)介金属化合物。γ’与γ’。相之其化学组成大致是Ni3(Al,Ti)或Ni3Nb，此类有序相在高温下非常稳定，经由它们的强化可得到优良的潜变破坏强度。随着合金化程度的提高，其显微组织的变化有如下趋势：γ’相数量逐渐增多，尺寸逐渐增大，并由球状变成立方体，同一合金中出现尺寸和形态不相同的γ’相。
50年代初，真空熔炼技术的发展，为炼制含高铝和钛的镍基合金创造了条件。初期的镍基合金大都是变形合金。50年代后期，由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度.但是合金的强度高了，就难以变形，甚至不能变形，于是采用熔模精密铸造工艺，发展出一系列具有良好高温强度的铸造合金。60年代中期发展出性能更好的定向结晶和单晶高温合金以及粉末冶金高温合金.为了满足舰船和工业燃气轮机的需要，60年代以来还发展出一批抗热腐蚀性能较好、组织稳定的高铬镍基合金。在从40年代初到70年代末大约40年的时间内，镍基合金的工作温度从700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。镍基高温合金中应用为广泛。主要原因在于，是镍基合金中可以溶解较多合金元素，且能保持较好的组织稳定性;镍基高温合金中应用为广泛。

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