现，1970年代以后，空冷技术的引入减弱了叶片材料使用温度提高的作用。同时，随着金属使用温度达到870℃范围，叶片的热腐蚀成为超过强度的影响寿命的因素，直到防护涂层的引入。1980年代期间，研究重点转向两个方向：一是改进加工工艺，获得更高的叶片材料性能而不损失合金的抗腐蚀性能；二是研究先进的非常复杂的空冷技术获得更高的进气温度，满足新型F级燃气轮机的要求，见图5。进一步提高联合循环机组效率的蒸汽冷却技术将在1990年代实现。
图4 进气温度和材料高温性能的发展过程
表1 高温合金的名义化学成分
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图5 先进空冷技术
GE所有的燃气轮机叶片均采用真空浇铸、固溶时效强化处理的镍基高温合金制造。图6所示为这些合金及用作喷嘴的高温合金（GTD-222、FSX-414和N-155）的持久强度。该对比是把持久强度作为与时间和温度有关的参数（L-M参数）的函数表现的。
图6 叶片和喷嘴材料的持久强度比较
持久强度是几个重要的设计参数之一，必须满足，确保合金具有叶片（尤其是长寿命要求的叶片）要求的性能。同时还必须考虑蠕变寿命、高周和低周疲劳性能、热疲劳性能、拉伸强度和塑性、冲击性能、抗热腐蚀和氧化性能、可制造性能、可涂层性能和物理性能等。
3.2.1 定向凝固合金——GTD-111叶片
目前1级叶片材料采用定向凝固合金GTD-111。除化学成分控制更严格外，该合金与等轴GTD-111合金一致。该叶片材料目前用在6FA、7FA和9FA级燃气轮机以及6B、9EC、7EA和5/2C、D、3/2J等大功率燃气轮机。定向凝固GTD-111合金还用于7FA和9FA级燃气轮机的第2级和第3级叶片。如前所述，使用定向凝固GTD-111合金显著提高蠕变寿命，或者说显著提高给定寿命下的许用应力。如图7所示，定向凝固GTD-111合金性能优于等轴GTD-111合金。性能提高是因为消除了叶片中的传统弱化性能的显微组织结构——横向晶界。而且，定向凝固GTD-111合金的应变控制疲劳强度或热疲劳强度是等轴GTD-111合金的10倍。DS GTD-111合金的冲击性能也优于等轴GTD-111合金，超出33%。
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图7 定向凝固与等轴GTC-111合金的性能比较
3.2.2 等轴叶片材料——GTD-111
DS和等轴叶片的母合金GTD-111由GE公司于1970年代中期研发并获得专利。与In-738合金相比，等轴GTD-111合金的持久强度约提高20℃。GTD-111的低周疲劳强度也优于In-738合金。同时，GTD-111合金的抗腐蚀性能与In-738的抗腐蚀性能（行业内公认的抗腐蚀性能标准）相当。该合金的设计很独特，采用相稳定和其他预测技术搭配关键元素（Cr、Mo、Co、Al、W和Ta）的含量，因此该合金具有更高强度的同时也保持了很好的抗热腐蚀性能（与In-738合金相当），且没有降低相的稳定性。同时还采用了与提高In-738合金铸造性能相同的方法提高GTD-111的铸造性能。为了提供GTD-111性能做了很多工作，使其能够制造高性能的精密铸造叶片。在工艺/设计研发阶段，制造了大量试验零件，来代表各种设计尺寸的叶片。首先，对第1级叶片进行试验，但是，就在最近，试验范围扩大了，GTD-111现在用于更大的其他级叶片。在所有的可制造性试验过程中，制造了很多叶片，并进行了无损检验，解剖了其中的很多叶片，用以测定各项性能。这些评价为优化叶片的制造供工艺提供了反馈信息。
3.2.3 In-738合金叶片
1971年～1984年制造的各种第1级叶片均采用In-738合金，于此同时引进了GTD-111合金。而且，最近几年MS6001、MS7001和MS9001级燃气轮机（共3级透平叶片）的第2级均采用In-738合金。在现代高温合金中既有非常好的高温强度又具有非常好的抗热腐蚀性能的合金为数不多，而In-738合金是其中值得关注的一种。In-738既具有高的高温强度又具有良好的抗热腐蚀性能，正符合重型燃气轮机部件要求。与飞机发动机相反，这一
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点对于陆用燃气轮机尤其重要。In-738合金是GE公司首次在重型燃气轮机中使用的铸造叶片材料，且从未在飞机发动机中应用。In-738合金最先由国际镍公司开发，但是随后GE公司为了提高其铸造性能对其化学成分进行了改进。正是由化学成分的改进以及对其他铸造技术进行的大量研究工作，使得该合金投入商业运行，否则其将会被列入几乎不能铸造大尺寸零件的合金行列。这项工作使得In-738合金在过去的20年中成功的在GE燃气轮机上应用。的确，目前该合金在整个重型燃气轮机工业广泛应用。
3.2.4 U-500合金叶片
目前很多GE燃机的第3级透平叶片采用U-500合金。该合金在1960年代中期用作第1级叶片。同In-738和GTD-111合金一样，该合金是沉淀硬化（γˊ）镍基合金。目前该合金在某些级别的燃气轮机中还用作其他级的叶片。
3.2.5 未来的叶片
随着DS GTD-111合金的引入及其投入商业运行，现在的研发重点是单晶工艺和高级DS合金。通过控制单晶方向，单晶可以获得更高的高温强度，可以具有更好的综合性能。单晶中没有晶界，采用可控方向的单晶生产了叶片。由于去除了所有晶界及晶界强化添加剂，显著提高了合金的熔点,从而相应的提高了高温强度。与等轴或DS组织相比，单晶组织的横向蠕变和疲劳强度更高。GE公司的飞机发动机使用单晶叶片的历史已有十多年之久。与等轴和DS合金相比，单晶合金在低周疲劳（LCF）的优势如图8所示。GE公司正在对这些将要用于其下一代燃气轮机的单晶合金进行评价和彩虹转子试验。
图8 叶片低周疲劳性能对比 叶片材料高温性能持续有计划的提高如图9所示。这些新型叶片材料与改进的涂层一起将在未来几年持续提高GE燃气轮机的性能。
图9 叶片材料高温性能的持续提高
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3.3 喷嘴材料
第1级喷嘴（GE公司称为透平静叶）承受最高的燃气温度，但是承受的机械应力低于叶片。喷嘴的作用是引导热燃气流向叶片，因此其必须能够承受高温作用，并尽可能降低燃气转向损失。要求喷嘴必须要有良好的耐高温和腐蚀性能、高抗热疲劳性能、易于制造和修复、好的可焊性及良好的可铸造性能。同时后几级喷嘴必须具有足够的蠕变强度以支撑起自身及与外部汽缸相连的隔板。
3.3.1 FSX-414喷嘴
目前所有第1级喷嘴和一些后几级喷嘴均采用FSX-414——一种GE公司专利的钴基合金。与镍基合金相比，钴基合金通常在非常高的温度下有更高的强度。该合金由X-40和X-45发展而来，这两种合金也都是由GE公司研制并于1960年代首次使用。与X-40相比，FSX-414合金降低了碳含量以提高可焊性，增加了铬含量以提高耐氧化/腐蚀性能。在模拟的燃气轮机燃烧室中的长期试验表明FSX-414合金的抗氧化性比X-40和X-45提高了2～3倍。这样好的抗氧化性在喷嘴氧化寿命相当的情况下可使进气温度提高约56℃。
3.3.2 GTD-222喷嘴
为了满足一些第2和3级喷嘴对更高蠕变强度的要求，研制了镍基喷嘴材料GTD-222合金。在蠕变强度相当的情况下,GTD-222合金的使用温度比FSX-414高出66℃以上,而且可以进行补焊。
该合金的另一个重要优点是抗低温热腐蚀性能提高了。通过调整该合金,使其具有良好的蠕变强度和可焊性,研发了一种独特的GE专利的镍基合金,以满足高级和升级GE燃气轮机的需要。该合金为真空精密铸造合金,具有良好的可制造性。装配了GTD-222合金彩虹喷嘴，服役4万多小时后表现出良好的性能。目前，该喷嘴材料广泛用于6FA、7FA、9FA、9E、9EC和6B等级别的燃气轮机。
3.3.3 N-155喷嘴
N-155，也称为Multimet，是一种铁基合金，成分与S-590相似，是一种早期叶片材料。该合金易于制造，可焊性好于S-590，用于MS3000和MS5000系列燃气轮机的后几级喷嘴。
3.3.4 未来的喷嘴材料和涂层
自1960年代以来，FSX-414喷嘴材料已经非常成功了。但是由于燃气轮机运行温度的持续升高，已经开始进行将先进喷嘴合金用于商业产品的研究计划。第一项计划将GTD-222合金用于后几级喷嘴。在用于第2级喷嘴时，GTD-222合金进行了铝化物涂层，以提高零件的抗氧化性。另一个项目旨在评价和改进目前用于飞机发动机的合金，提高高温强度和抗高温氧化性。
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