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第六章 耐热钢和耐热合金 第一节 耐热钢和合金的工作条件及性能 工具钢中，高速切削的刃具 →红硬性 ? 使金属高温变形的模具→高的回火稳定性，红硬性，无论是摩擦生热使刃具的刃口、头附近温度↑，还是高温金属使模腔内表面附近温度升高，对整个工件，温升是局部发生的。 ? 有些动力机械中的构件，如汽轮机中的涡轮叶片、锅炉中的过热器、喷气发动机、电炉中的底板等，整个构件长时间处于高温下工作（1000℃上下），称作高温构件。 第一节 耐热钢和合金的工作条件及性能 耐热钢：是指在高温下工作并具有一定抗氧化耐腐 蚀能力的钢种，包括热稳定钢和热强钢。 ??热稳定钢（抗氧化钢，不起皮钢）：高温下有较好 的抗氧化性，或高温介质腐蚀及一定强度。 ?? 热强钢：高温下有较高的强度，一定的抗氧化或高 温腐蚀介质腐蚀的钢，较好的强度保证构 件高温下工作不产生大量变形或断裂。 钢的热稳定性 →钢的热稳定性是指钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀的能力 →抗氧化性： Fe+O2 三种氧化物 低温（560°） Fe2O3 Fe3O4致密氧化膜 高温（560°） Fe2O3 Fe3O4 下面形成FeO, Fe、O易于扩散接触反应 P88，figure 6－1 合金元素对钢氧化速度的影响，Ni不能起抗氧化作用 提高钢热稳定性 ①加入Cr A1 Si →Cr2O3, A12O3, FeO.Cr2O3, FeO. A12O3 很致密并与钢件表面牢固结 合的氧化膜 →提高FeO形成温度，800--1200℃ 不出现。若 无Cr, A1, Si等，560℃就形成FeO。 →但A1, Si大量加入，钢强度韧性下降，脆性 增加（二者均促进石墨化） Cr, A1, Si综合加入，A18%， Si3%，必须加入Cr阻止石墨化。 提高钢热稳定性 ②→其它含金元素对抗氧化性影响不大， W,Mo氧化物低熔点高挥发，恶化抗 氧化能力 ③→ C含量控制 0.1—0.2%，防止晶间腐蚀 ④→ 加入镧系稀土元素，氧化膜和基体间 结合力增加，有利于抗氧化性提高 热 稳 定 钢 F型—— F型不锈钢基础上，加Si,A1(促进不墨化，加入量受限制)形成单相F基体，连续的氧化性保护膜，问题与F型不锈钢一样，晶粒粗大，韧性差。 ? A型，在A型不锈钢上加A1，Si，比F型更好的工艺性能和热强性，室温加工性好。 →为节省Cr,Ni资源，研究以Mn N等代替Ni，研究成Fe-A1-Mn，Cr-Mn-N 热稳定钢 典型抗氧钢 Cr13Si3，(Cr18Ni25Si2) 金属热强性 高温下钢的强度及变形不但与时间有关，而且与温度有关。高温下降评定材料的力学性能以热强性来评定，指耐热钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。 高温强度三指标，p88 read together： 蠕变强度：即蠕变极限，在某温度下，在规定时间 达到规定变形(eg 0.1%)时所能承受的应力）。 持久强度：指在规定温度、规定时间断裂所承受力。 持久寿命：规定温度、规定应力下拉断时间。 影响耐热钢热强的因素 →耐热钢软化的因素：①原子间结合力↓ （最根本的原因） ② T↑， 扩散加快，组织由亚稳态向稳定态过渡，如第二相聚集长（大弥散强化消失）等，都导致钢的软化。 →高温下形变断裂的方式 常温下滑移方式进行。高温下，滑移，扩散形变，晶界滑动和迁移 常温下断裂方式：穿晶断裂。高温下：沿晶断裂（晶间断裂）（高温下，晶界畸变小，空位多，扩散易进行裂纹扩展） 提高热强性的途径 基体强化：向Fe基及Ni基合金中加入Mo,W. Co,Cr等元素（熔点高，自扩散数小，能提高钢的再结晶温度），第二相聚集长大中减慢，使钢在高温下不易软化。 第二相强化：主要是指难熔合金C化物，MC, M6C, M23C6等，要求稳定，细小均匀的弥散状态。更高的热强性，用稳定性更高的金属间化合物Ni3A1, Ni3Ti, Ni(TiAl)等 提高热强性的途径 晶界强化： a.控制晶界,适当控制粒大小（过小，过大，均不好） （过小，晶界数量变大，变形量增加；过 大，脆性增大） b.净化晶界 加入合金元素B，稀土等，固定S.P等杂质 c.填补晶界空位：B. Ti、 Zr等表面活化元素，填充 晶界空位，阻碍晶界原子扩散，↑蠕变抗 力 d.晶界沉淀强化 沉淀出不连续