耐热钢及及耐热合金.pptVIP

第十章 耐热钢 概述 高温下工作并具有一定强度和抗氧化、耐蚀能力的铁基合金称为耐热钢。 在高温下使用的Ni基，Co基，Mo基，Nb基，Ta基等合金称为高温合金。 10.1 耐热金属材料的工作条件及性能特点 一、工作条件和性能要求 二、耐热钢的抗氧化性 三、耐热金属材料的热 强性（高温强度） 四、耐热钢及耐热合金 的分类 一、耐热金属材料工作条件和性能要求 工作环境 高温 高压力（较大应力） 高温氧化（高温腐蚀） 失效形式 高温氧化（热腐蚀） 蠕变 热疲劳等 蠕变：金属在长时间的恒温、恒应力作用下，应力小于材料的屈服强 度，也会缓慢地产生塑性变形，这个现象称为蠕变。 一、耐热金属材料工作条件和性能要求 应具备的基本性能 优良的高温力学性能－热强性 高温化学稳定性 物理性能（高温下的热膨胀率，热导性） 良好的加工性能 钢的热强性 高温强度又称热强性，是钢在高温下抵抗塑 性变形和破断的能力。 一、耐热金属材料工作条件和性能要求 热强性能指标的表达方式 蠕变极限，持久强度、持久寿命。 蠕变极限：在给定温度下和规定时间内到达规定变形量时 所能承受的应力。或在给定的温度下，使试样 产生规定的蠕变速度的应力。 持久强度：在一定温度下， 在规定时间内，材料断裂所能 承受的最大应力。 持久寿命：在某一温度和规定应力作用下，从作用开始到 拉断的时间。 二、耐热钢的抗氧化性 抗氧化性不是说在高温条件下不被氧化，而是指在高温下迅速氧化，但在氧化后能在金属表面形成一层连续致密的，并能牢固附着在金属表面的氧化薄膜，这层薄膜起到隔绝氧气与金属基体接触的作用，防止金属被继续氧化。 抗氧化性评定方法 增重法，减重法（单位时间单位面积上氧化后重量的增减来表征），容量法（恒压下测量O2的消耗量），压力法（密闭容器中，用压力下降来测定氧气的消耗量） （一）普通钢的高温氧化 超过300℃，碳钢就会发生明显氧化，温度再升高，氧化加剧。超过570 ℃氧化特别强烈。570 ℃以下，Fe的氧化膜主要由Fe2O3＋Fe3O4组成，但超过570 ℃主要由FeO＋Fe3O4+Fe2O3组成，而FeO是缺位固溶体，氧原子能自由进入 （2）提高钢抗氧化性的途径 形成保护性的氧化膜 主要采用合金化的方法，一般添加Cr，Al，Si元素形成Cr2O3，Al2O3和SiO2氧化膜，防止氧化 Cr是最常用的抗氧化元素 渗铝，渗Cr或者在金属表面涂覆保护性的薄膜也是常用的方法 三、耐热金属的热强性（高温强度） 金属高温力学性能的特点 1、与室温力学性能的区别在于受温度和时间的影响 2、高温下的断裂形式发生变化 常温下均为穿晶断裂，高温下经常为沿晶断裂 三、耐热金属的热强性（高温强度） 提高耐热钢热强性途径 1.影响热强性的因素 （1）影响耐热钢软化的因素 温度提高，原子间结合力下降，原子扩散系数 增大，使钢中的亚稳态向稳态过渡等导致软化 （2）形变断裂方式的变化 穿晶－沿晶 三、耐热金属的热强性（高温强度） 2.提高热强性途径 （1）基体强化 提高基体的原子间结合力，降低固溶体的 扩散过程。一般熔点高，自扩散系数小，能提 高再结晶温度的合金元素固溶于基体都能提高 热强性，如Mo，W，Co，Cr等。另外，奥氏体 组织较铁素体结合紧密，扩散不易进行。 提高耐热钢热强性途径 （2）第二相沉淀强化 主要要求第二相稳定，不易聚集长大，能在高温长期 保持细小弥散分布。耐热钢大多用高熔点碳化物作强 化相，如MC，M23C6，M6C，更高温度则用金属间化合物 作强化相，如Ni3（Al.Ti），Ni3Ti，Ni3Al等 （3）晶界强化 高温晶界强度低，适当增大晶粒度，减少晶界数量是 常用的方法，另外，还可以采用a.净化晶界；b.填充 晶界空位；c.晶界沉淀强化等手段强化晶界。 四、耐热钢和耐热合金的分类 按元素分:Fe基，Ni基，Co基，Mo基，Ta基， Nb基等。 按组织分： α-Fe基耐热钢（珠光体耐热钢，马氏体耐热钢， 铁素体耐热钢） γ-Fe基耐热钢（奥氏体耐热钢） Ni基耐热合金（Cr20Ni80为基础） 难熔金属耐热合金 10.2 抗氧化钢 工作环境：高温下长期工作 载荷不大 应用举例：工业加热炉的构件 分类：铁素体型抗氧化钢 奥氏体型抗氧化钢 10.