高温合金又称耐热强度合金。根据基体组织，可将其分为铁基高温合金、镍基高温合金和铬基高温合金三大类。根据生产方式，可分为变形高温合金和铸造高温合金。
它是航空航天领域不可或缺的原材料，也是航空航天发动机高温部件的关键材料。主要用于制造燃烧室、涡轮叶片、导叶、压气机和涡轮盘、涡轮机壳体等部件。其使用温度范围为600℃～1200℃。由于不同部件所承受的应力和环境条件各异，对合金的机械、物理和化学性能有着严格的要求，是决定发动机性能、可靠性和寿命的关键因素。因此，高温合金是发达国家航空航天和国防领域的重点研究课题之一。
高温合金的主要应用领域包括：
1. 燃烧室用高温合金
航空涡轮发动机的燃烧室（又称火焰管）是关键的高温部件之一。由于燃料雾化、油气混合等过程均在燃烧室内进行，燃烧室内的最高温度可达1500℃～2000℃，壁温可达1100℃。同时，燃烧室还承受着热应力和气应力。大多数高推重比发动机采用环形燃烧室，其特点是长度短、热容量大。经气膜或蒸汽冷却后，燃烧室内的最高温度可达2000℃，壁温可达1150℃。各部件间较大的温差会产生热应力，且热应力会随着工作状态的变化而急剧上升和下降。材料会受到热冲击和热疲劳载荷的作用，从而产生变形、裂纹等缺陷。一般来说，燃烧室由合金板材制成，根据具体部件的使用条件，其技术要求总结如下：在高温合金和气体的使用条件下，具有一定的抗氧化性和抗气体腐蚀性；具有一定的瞬时强度和耐久强度、热疲劳性能和低膨胀系数；具有足够的塑性和焊接性能，以保证加工、成型和连接；在热循环下具有良好的组织稳定性，以保证使用寿命内的可靠运行。
a. MA956合金多孔层压板
早期，多孔层压板采用HS-188合金板材，经照相、蚀刻、开槽和冲压等工序后，通过扩散焊接工艺制成。内层可根据设计要求制成理想的冷却通道。这种结构冷却方式仅需传统薄膜冷却方式30%的冷却气体，可提高发动机的热循环效率，降低燃烧室材料的实际散热能力，减轻重量，并提高推重比。目前，该技术仍需突破关键技术才能投入实际应用。采用美国引进的新一代燃烧室材料MA956制成的多孔层压板，可在1300℃高温下使用。
b. 陶瓷复合材料在燃烧室中的应用
自1971年起，美国就开始验证陶瓷材料在燃气轮机中的应用可行性。1983年，美国一些从事先进材料研发的团队制定了一系列用于先进飞机的燃气轮机性能指标。这些指标包括：将涡轮进口温度提高到2200℃；在化学计算燃烧状态下运行；将部件密度从8g/cm³降低到5g/cm³；取消部件冷却。为了满足这些要求，研究的材料除了单相陶瓷外，还包括石墨、金属基体、陶瓷基复合材料和金属间化合物。陶瓷基复合材料（CMC）具有以下优点：
陶瓷材料的膨胀系数远小于镍基合金，且涂层易剥落。采用中间金属毡制备陶瓷复合材料可以克服剥落缺陷，这是燃烧室材料的发展方向。该材料可配合10%～20%的冷却空气使用，金属背绝缘温度仅约800℃，远低于发散冷却和膜冷却的承载温度。V2500发动机采用铸造高温合金B1900+陶瓷涂层保护瓦，其发展方向是用SiC基复合材料或抗氧化C/C复合材料替代B1900（带陶瓷涂层）瓦。陶瓷基复合材料是推重比为15～20的发动机燃烧室的发展材料，其使用温度为1538℃～1650℃，用于火焰管、浮壁和加力燃烧室。
2. 涡轮机用高温合金
航空发动机涡轮叶片是航空发动机中承受温度负荷最严苛、工作环境最恶劣的部件之一。它必须在高温下承受巨大且复杂的应力，因此对材料的要求非常严格。航空发动机涡轮叶片用高温合金主要分为以下几类：
a.用于导向的高温合金
导叶是涡轮发动机中受热影响最大的部件之一。当燃烧室内发生不均匀燃烧时，第一级导叶的热负荷较大，这是导叶损坏的主要原因。其工作温度比涡轮叶片高约100℃。不同之处在于，导叶是静止部件，不受机械载荷的影响。通常情况下，快速的温度变化容易导致导叶出现热应力、变形、热疲劳裂纹和局部烧蚀等问题。导叶合金应具备以下性能：足够的高温强度、良好的永久蠕变性能和热疲劳性能、高抗氧化性和抗热腐蚀性能、抗热应力和抗振动性能、良好的弯曲变形能力、良好的铸造成型性能和焊接性能以及涂层保护性能。
目前，大多数高推重比的先进发动机采用空心铸造叶片，并选用定向单晶镍基高温合金。高推重比发动机的工作温度高达1650℃～1930℃，需要隔热涂层保护。在冷却和涂层保护条件下，叶片合金的工作温度超过1100℃，这对未来导叶材料的温度密度成本提出了更高要求。
b. 用于涡轮叶片的超合金
涡轮叶片是航空发动机中关键的承热旋转部件。其工作温度比导叶低50℃～100℃。旋转时，涡轮叶片承受着巨大的离心应力、振动应力、热应力、气流冲刷等作用，工作条件恶劣。高推重比发动机热端部件的使用寿命超过2000小时。因此，涡轮叶片合金应具备以下特性：在工作温度下具有高抗蠕变性和断裂强度；良好的中高温综合性能，如高低周疲劳、冷热疲劳、足够的塑性和冲击韧性以及良好的缺口敏感性；高抗氧化性和耐腐蚀性；良好的导热性和低线膨胀系数；良好的铸造工艺性能；长期组织稳定性，在工作温度下无TCP相析出。所用合金经历了四个阶段；变形合金应用包括GH4033、GH4143、GH4118等；铸造合金的应用范围包括K403、K417、K418、K405、定向凝固金DZ4、DZ22、单晶合金DD3、DD8、PW1484等。目前，单晶合金已发展到第三代。我国的单晶合金DD3和DD8分别应用于我国的涡轮机、涡扇发动机、直升机和舰载发动机。
3. 涡轮盘用高温合金
涡轮盘是涡轮发动机中受力最大的旋转轴承部件。推重比为8和10的发动机，其轮缘的工作温度分别达到650℃和750℃，而轮心温度约为300℃，温差较大。在正常旋转过程中，涡轮盘带动叶片高速旋转，承受最大的离心力、热应力和振动应力。每次启停都是一个循环，轮心、喉部、槽底和轮缘都承受着不同的复合应力。因此，合金材料需要在工作温度下具有最高的屈服强度、冲击韧性和无缺口敏感性；低线膨胀系数；一定的抗氧化性和耐腐蚀性；良好的切削性能。
4. 航空航天高温合金
液态火箭发动机中的超合金用作推力室燃烧室的燃料喷射器面板；涡轮泵弯管、法兰、石墨舵紧固件等。液态火箭发动机中的高温合金用作推力室的燃料室喷射器面板；涡轮泵弯管、法兰、石墨舵紧固件等。GH4169用作涡轮转子、轴、轴套、紧固件和其他重要轴承部件的材料。
美国液体火箭发动机的涡轮转子材料主要包括进气管、涡轮叶片和轮盘。GH1131合金在中国应用最为广泛，而涡轮叶片则根据工作温度依次选用Inconel X、Alloy713C、Astroloy和Mar-M246等合金；轮盘材料包括Inconel 718、Waspaloy等，其中GH4169和GH4141整体式涡轮应用最为广泛，而发动机轴则采用GH2038A合金。