超級合金或高性能合金是一種能夠在其熔點的高分數下運行的合金。 高溫合金的幾個關鍵特性是出色的機械強度、抗熱蠕變變形、良好的表面穩定性以及抗腐蝕或抗氧化性。

晶體結構通常為面心立方 (FCC) 奧氏體。 這種合金的例子有哈氏合金、因科鎳合金、Waspaloy、Rene 合金、Incoloy、MP98T、TMS 合金和 CMSX 單晶合金。

高溫合成金的發展在很大程度上依賴于化學和工藝創新。 高溫合金通過固溶強化和來自伽馬素和碳化物等二次相析出物的析出強化來提高高溫強度。 鋁和鉻等元素可提供抗氧化或抗腐蝕能力。 高溫合金通常被鑄造成單晶——雖然晶界可以在低溫下提供強度，但它們會降低抗蠕變性。

這種合金的主要應用是航空航天和船舶渦輪發動機。 蠕變通常是燃氣輪機葉片的壽命限制因素。

高溫合金是使許多超高溫工程技術成為可能的材料。

由于這些合金旨在用于高溫應用（即在接近其熔點的溫度下保持其形狀），因此它們的抗蠕變性和抗氧化性至關重要。 鎳 (Ni) 基高溫合金因其獨特的 γ' 析出物而成為這些應用的首選材料。 這些鎳基高溫合金的性能可以在一定程度上通過添加許多其他元素來定制，這些元素既常見又奇特，不僅包括金屬，還包括類金屬和非金屬； 鉻、鐵、鈷、鉬、鎢、鉭、鋁、鈦、鋯、鈮、錸、釔、釩、碳、硼或鉿是所用合金添加劑的一些例子。 這些添加劑中的每一種都被選擇用于優化高溫應用性能的特定目的。

抗蠕變性部分取決于減慢晶體結構內位錯運動的速度。 在現代鎳基高溫合金中，存在的 γ'-Ni3(Al,Ti) 相充當位錯運動的障礙。 出于這個原因，當這種 γ' 金屬間相以高體積分數存在時，由于其有序的性質和與 γ 基體的高共格性，會顯著提高這些合金的強度。 鋁和鈦的化學添加促進了 γ' 相的產生。 γ' 相尺寸可以通過仔細的析出強化熱處理來精確控制。 許多超級合金是使用雙相熱處理生產的，這種熱處理會產生立方體 γ' 粒子的分散體，稱為主相，這些粒子之間的精細分散體稱為二次 γ'。 為了提高這些合金的抗氧化性，加入了Al、Cr、B、Y。 Al 和 Cr 形成氧化層，使表面鈍化并保護高溫合金免于進一步氧化，而 B 和 Y 則用于改善該氧化層與基材的附著力。 Cr、Fe、Co、Mo、Re均優先分配到γ基體中，Al、Ti、Nb、Ta、V優先分配到γ'析出物中，分別固溶強化基體和析出物。 除了固溶強化外，如果存在晶界，則選擇某些元素進行晶界強化。 B 和 Zr 傾向于偏析到晶界，這會降低晶界能量并導致更好的晶界內聚力和延展性。 另一種形式的晶界強化是通過添加 C 和碳化物形成劑（例如 Cr、Mo、W、Nb、Ta、Ti 或 Hf）來實現的，這會促使碳化物在晶界處析出，從而減少晶界滑動。

雖然鎳基高溫合金是優異的高溫材料并且已被證明非常有用，但與鎳基高溫合金相比，鈷基高溫合金可能具有優異的抗熱腐蝕、抗氧化和耐磨性。 為此，在過去幾年中也致力于開發鈷基高溫合金。 盡管如此，傳統的鈷基高溫合金并未得到廣泛應用，因為它們在高溫下的強度低于鎳基高溫合金。 造成這種情況的主要原因是——直到最近——它們似乎缺乏對鎳基高溫合金的高溫強度非常重要的 γ' 析出強化。 2006 年一份關于具有 L12 結構的亞穩態 γ'-Co3(Al,W) 金屬間化合物的報告表明，Co 基合金可以替代傳統的 Ni 基高溫合金。