高溫合金應(yīng)具有高的蠕變強度和持久強度（見蠕變）、良好的抗熱疲勞和機械疲勞性能（見疲勞）、良好的抗氧化和抗燃?xì)飧g性能以及組織穩(wěn)定，其中以蠕變強度和持久強度最為重要。
提高高溫合金強度的途徑有：
1.固溶強化 加入與基體金屬原子尺寸不同的元素(鉻、鎢、鉬等)引起基體金屬點陣的畸變,加入能降低合金基體堆垛層錯能的元素（如鈷）和加入能減緩基體元素擴散速率的元素（鎢、鉬等），以強化基體。
2.沉淀強化 通過時效處理，從過飽和固溶體中析出第二相（γ┡、γ"、碳化物等），以強化合金（見合金相）。γ┡相與基體相同,均為面心立方結(jié)構(gòu)，點陣常數(shù)與基體相近，并與晶體共格,因此γ┡相在基體中能呈細(xì)小顆粒狀均勻析出,阻礙位錯運動,而產(chǎn)生顯著的強化作用。γ┡相是A3B型金屬間化合物，A代表鎳、鈷，B代表鋁、鈦、鈮、鉭、釩、鎢，而鉻、鉬、鐵既可為A又可為B。鎳基合金中典型的γ┡相為Ni3(Al,Ti)。γ┡相的強化效應(yīng)可通過以下途徑得到加強：①增加γ┡相的數(shù)量；②使γ┡相與基體有適宜的錯配度，以獲得共格畸變的強化效應(yīng)；③加入鈮、鉭等元素增大γ┡相的反相疇界能，以提高其抵抗位錯切割的能力；④加入鈷、鎢、鉬等元素提高γ┡相的強度。γ"相為體心四方結(jié)構(gòu)，其組成為Ni3Nb。因γ"相與基體的錯配度較大,能引起較大程度的共格畸變，使合金獲得很高的屈服強度。但超過700℃,強化效應(yīng)便明顯降低。鈷基高溫合金一般不含γ┡相，而用碳化物強化。
3.晶界強化 在高溫下，合金的晶界是薄弱環(huán)節(jié)（見界面），加入微量的硼、鋯和稀土元素可改善晶界強度。這是因為稀土元素能凈化晶界，硼、鋯原子能填充晶界空位，降低蠕變過程中晶界擴散速率，抑制晶界碳化物的集聚和促進晶界第二相球化。另外，鑄造合金中加適量的鉿，也能改善晶界的強度和塑性。還可通過熱處理在晶界形成鏈狀分布的碳化物或造成彎曲晶界，提高塑性和強度。
4.氧化物彌散強化 通過粉末冶金方法，在合金中加入高溫下仍保持穩(wěn)定的細(xì)小氧化物,呈彌散分布狀態(tài),從而獲得顯著的強化效應(yīng)。通常加入的氧化物有ThO2和Y2O3等。這些氧化物是通過阻礙位錯運動和穩(wěn)定位錯亞結(jié)構(gòu)等因素而使合金得到強化的。