高温合金的教案.pptxVIP

1高温合金的教案第1页/共78页 22.高温合金的特性和分类耐高温金属材料耐热钢低合金耐热钢铁素体系耐热钢奥氏体系耐热钢500℃ ↓700℃ 高温合金铁基（铁镍基）高温合金钴基高温合金镍基高温合金弥散强化合金狭义高温合金700℃ ↓1200℃定向凝固高温合金钼基、铬基、钨基高温合金表1 耐热合金和高温合金的分类 在高温下合金能具有较高的强度，良好的疲劳性能、断裂韧度，以及强的抗氧化和抗热腐蚀性能，并保持良好的组织稳定性和可靠的使用性能等综合性能。第2页/共78页 3(1) 铁基（铁镍基）高温合金 铁基高温合金由奥氏体不锈钢发展而来，在18-8型不锈钢中加入钼、铌、钛等合金元素，使其在500~700℃温度下的持久强度提高。优点：成本低，可用于制作一些使用温度较低的航空发动机和工业燃气机上的涡轮盘、导向叶片，以及一些承力件、紧固件等。缺点：铁基高温合金由于沉淀硬化型的组织不稳定，抗氧化性差，高温强度不够，仅可使用于800℃，(2) 镍基高温合金 以镍为基体，w Ni 50%，可在700~1000℃温度范围内使用。优点：镍基高温合金可溶解较多的元素，具有较好的组织稳定性，高温强度较高，比铁基高温合金有更好的抗氧化性和抗腐蚀性。第3页/共78页 4(3) 钴基高温合金 w Co在40％~60％的奥氏体高温合金，工作温度可达730~1100℃。优点：当温度高于980℃时，其强度很高，抗热疲劳、热腐蚀和耐磨腐蚀性都很佳，适合于航空发动机，工业燃气轮机，舰船燃气轮机的导向叶片和喷嘴导向叶片以及柴油机的喷嘴等。缺点：一般钴基高温合金含w Ni = 10%~22% 和 w Cr = 20%~30%，以及钨、钼、钽、铌等固溶强化和碳化物形成元素，其含碳量较高，是以碳化物为主要强化相的高温合金，缺少共格类的强化相，中温强度不如镍基高温合金。钴是重要的战略物质，大多数国家缺乏，因此发展受到严重限制。第4页/共78页 53.高温合金的高温性能要求 高温合金工作在600~1200℃，高温性能要求： ⑴ 高温下的力学性能；⑵ 高温下的抗腐蚀性能。(1) 高温下的力学性能 ① 持久强度 指合金在一定温度、一定时间下的断裂强度。要求获得此条件下的最大强度，以 表示。其中A，B为材料常数， 为时间(h)， 是应力(MPa)。持久强度与温度梯度和波动，材料的缺口和应力集中等因素有关。 ② 热疲劳 随热循环应力增加，循环温度或平均温度的增加而下降；循环频率增加，热疲劳强度增加。应力集中也会降低金属热疲劳强度。 ③ 松弛 零部件在长期应力作用下，其总变形不变，零部件所受的应力随时间的增加而自发地逐渐降低的现象。此为为高温下合金内部组织不稳定引起。第5页/共78页 6④ 蠕变 指温度高于0.5T熔点下，材料承受远低于屈服强度的应力时，随着时间的持续增加而产生的缓慢塑性变形的现象。典型的蠕变曲线见图2所示，根据变形速率随时间的变化，蠕变曲线可分为三个阶段。 第一阶段，即蠕变的减速阶段。随时间的增加，形变量增加，变形速率降低，见右图的AB段。 第二阶段，即恒定蠕变阶段。此时蠕变变形速率随加载时间的延长而保持不变，如BC段。 第三阶段，蠕变的加速阶段。蠕变形变速率显著增加，当达图中D点时，材料断裂，温度越高，承受力越大，蠕变断裂时间越短。图2 典型的蠕变曲线第6页/共78页 7(2) 抗腐蚀性 提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、热腐蚀性，可采用在合金中加入其它元素，或在合金表面涂层的方法，如在合金的表面渗铝、渗硅或鉻铝、鉻硅共渗，陶瓷涂层等。 提高位错在滑移面上运动的阻力，减缓位错扩散型运动过程，改善晶界结构状态，以增加晶界强化作用，或消除晶界在高温时的薄弱环节，以提高高温合金高温力学性能。第7页/共78页 84.提高高温合金性能的途径和方法 结构强化 1) 固溶强化 加入其它元素，如不同原子尺寸的元素钴、钨、钼等，引起基体金属的点阵畸变。钨、钼可缓减基体金属扩散；钴降低合金基体的堆垛层错能，从而提高合金的高温稳定性。 固溶强化与下列因素有关：溶质和溶剂原子大小差。溶质原子产生点阵畸变的长程内应力场，阻碍位错运动。溶质和溶剂原子弹性模量的差别。 改变溶质原子处位错的弹性应力场。静电交互作用。晶体中刃位错产生的弹性畸变会引起费密能变化，导致金属导电电子从受压缩区域流向受拉伸区域，产生电偶极子。溶质原子的导电电子参与分布，使之成为一个带正电荷的离子，从而在它与位错之间出现短程的静电交互作用，使位错运动阻力增加。但这种作用比弹性交互作用要小很多。第8