1Ni

  元素周期表中第28号元素，具有面心立方结构，没有同素异构转变。目前，几乎全部高温合金的基体都是具有面心立方结构的奥氏体，因为与其它晶体结构的基体相比，面心立方结构基体在高温时具有更高的稳定性。奥氏体基体高温强度较高的原因是它的原子扩散能力较小，即自扩散激活能较高。同时Ni具有较高的化学稳定性，在 500℃以下几乎不氧化，常温下不易受潮气、水及某些盐类水溶液的侵蚀。Ni、Fe和 Co的合金化能力不同， Ni具有最好的相稳定性，而且 Ni或 Ni-Cr基体可以固溶更多的合金元素而不形成有害相，这种特性与其电子结构有关。

  2Cr

  主要固溶在基体中，最主要的作用是增加合金的抗氧化及耐腐蚀能力。当Cr含量达到临界值后，合金表面会形成一层连续、致密和附着良好的Cr2O3氧化膜，可以保护金属表面不受 O、S和盐等的作用而产生高温氧化和热腐蚀，对合金氧化腐蚀起到保护作用。但是Cr含量的增加势必增强合金中富 Cr的体心α-Cr相的析出倾向，而目前对α-Cr相在高温合金中的析出分布规律及其和力学性能之间的关系还有待进一步研究。Cr在高温合金中主要以固溶态存在于基体中，起到固溶强化γ基体的作用，同时促进颗粒状 M23C6在晶界析出，起到晶界强化的作用。Cr的高温强化效果远远低于 W、Mo、Nb、Ta和 Re等难熔金属的强化效果。

  3Al和Ti

  镍基合金中最基本的合金元素，同时也是形成γ′相的主要元素。高 Al则有利于提高合金的抗高温氧化性能。镍基合金的高温性能主要取决于Al和 Ti的总量及 Ti/Al比。增加 Al和 Ti的总量可明显提高γ′相固溶温度和体积分数。低 Ti/Al比合金一般在较高温度时使用，高 Ti/Al比合金对于良好的抗热腐蚀性能是必要的，但是过高的 Ti/Al比则容易出现粗大片状的η-Ni3Ti相，使合金脆化，降低强度和塑性。经过相同的热处理后，随着 Al和 Ti含量增加，γ′相的尺寸逐渐增大，γ′相形貌由球形向立方状再向不规则形状转变。Ti还是MC型碳化物形成元素，形成比较稳定的 Ti C碳化物，在高温时推迟甚至阻止碳化物反应，从而使基体中的Cr稳定，间接性的起到了抗热腐蚀作用。高 Ti对合金的抗热腐蚀性有利。

  4Nb和Ta

  与 C有较强的亲和力，是 MC型碳化物形成元素。可以促进 MC型碳化物的析出，形成稳定的 Nb C和 Ta C碳化物，从而细化晶粒和起到强化晶界的作用。除与 C结合外，绝大多数Nb和 Ta元素几乎都进入γ′相，促进γ′相的析出，延缓γ′相的聚集长大，从而提高合金的高温强度。Nb具有很强的电负性，极易促进 TCP相的析出，而且严重损害合金的抗氧化性能。因此，高温合金中的 Nb元素含量一般低于 3%。Ta元素还可以增大γ′/γ相之间的错配度，强化γ′相和提高γ′相的高温稳定性。卢旭东等人研究了镍基高温合金Ni-4.04Al-6.74Ta-5.16Co-1.35Mo-6.29W-12.59Cr在 850 ?C和 950 ?C的氧化行为，发现在氧化过程中，外层中形成的富Ta相抑制基体合金中 Al元素向外扩散，形成了平直连续的Al2O3中间层，使氧化速度减慢，从而抑制氧化膜生长和降低氧化速率。

  5Co

  大部分进入γ基体中，降低γ基体的堆垛层错能，起到固溶强化作用，从而提高合金的持久强度和蠕变抗力。同时 Co还使Al和 Ti元素在γ基体中的溶解度降低，因而增加γ′强化相的数量，γ′相的固溶温度也随 Co的加入而提高。Co的加入还能减少碳化物在晶界上的析出，以减小晶界贫 Cr区的宽度。此外， Co还能改善镍基合金的热加工性能、塑性和冲击韧性。

  6W、Mo和Re

  它们在γ′相中具有相当高的溶解度，尤其是 W加进高温合金中后会导致γ′相数量的增加。这三种元素的原子半径与 Ni相差较大，无论对γ或γ′相都有很强的固溶强化效果，同时能提高原子间结合力，提高合金的再结晶温度和扩散激活能，从而有效地提高合金的热强性。为了提高高温合金的承温能力，通常采用低 Cr含量和高难熔元素（W、Mo和 Re等）含量的合金化途径来强化单晶高温合金。但是 Mo含量过高时容易在γ基体中析出μ相，大量棒状μ相的存在会严重损害高温合金的持久性能。随着 Re含量的增加，热处理后的组织中γ′相尺寸减小，γ′相形貌的立方程度明显增加。

  7B

  它是高温合金中应用最广泛的微合金化元素，绝大多数变形高温合金和铸造高温合金中都加入微量 B。高温合金中重要的晶界和枝晶间强化元素， B可以结合一定数量的TCP相形成元素，可以作为组织稳定化元素加入合金，有利于提高合金的组织稳定性，高温合金中常见的硼化物是 M3B2。郭建亭系统的研究了 GH2135高温合金中 B含量对组织和性能的影响，发现当 B含量在最佳含量范围时，高温持久寿命将达到峰值，比原合金的持久寿命高 3~6倍并且持久塑性良好。

  8C

  既是重要的晶界和枝晶间强化元素，又可以结合一定数量的 TCP相形成元素，作为合金组织稳定化元素存在。常见的碳化物有 MC、M6C、M23C6和M7C3等。MC型碳化物具有面心立方晶体结构，一般呈点状、条状和骨架状三种形态分布于枝晶间和晶界。MC型碳化物不稳定，在 750~1040 ?C温度范围内慢慢分解，析出颗粒状的 M6C和 M23C6型碳化物。M6C型碳化物具有复杂的面心立方晶体结构，一些高 W和 Mo的铸造镍基高温合金凝固时就能析出初生 M6C型碳化物， M6C型碳化物十分稳定且很难通过热处理方法消除。M23C6型碳化物在高Cr合金中常见，具有复杂面心立方晶体结构。M7C3型碳化物具有正交晶体结构，在镍基高温合金中相对较为少见。C在镍基高温合金中具有重要影响，文献指出， C在高温合金中主要起到晶界强化作用， C含量对碳化物的种类、形貌、大小以及分布都有影响。

  9Mg

  显著改变合金晶界析出相形貌，细化γ′相颗粒尺寸，减少晶界碳化物、硼化物和硫化物的数量，提高晶界结合力，改善加工塑性。Mg在晶界析出使晶界区电子密度分布更加均匀，提高晶界结合强度和空位形成能，减少晶界位错可动性，推迟蠕变孔洞的形成和长大。Mg显著提高高温合金持久寿命，延长蠕变第二阶段的时间，推迟蠕变第三阶段的出现。高温合金中添加一定量的Mg还能显著消除缺口敏感性。但是，当加入的Mg含量过高时，会形成 Ni-Ni2Mg共晶而恶化热加工性能。