耐熱鋼及高溫合金綜述

1、工程材料A第六章耐熱鋼和高溫合金機(jī)電工程學(xué)院20門軻冃26日馭期:第六章 耐熱鋼和高溫合金6.1鋼的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼6.2金屬的熱強(qiáng)性6.3 a -Fe基熱強(qiáng)鋼6.4 Y Fe基熱強(qiáng)鋼20門年9片26FIM期:第六章耐熱鋼和高淄合金6.1鋼的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼耐熱鋼：高溫下具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性（抗諛和耐腐蝕性能）和熱強(qiáng)性的特殊鋼。種類：仁熱穩(wěn)定鋼高溫下抗氧化或抗高溫介質(zhì)腐 蝕而不破壞的鋼種。2、熱強(qiáng)鋼高溫下具有一定抗氧化能力并具 有足夠強(qiáng)度而不產(chǎn)生大變形或斷裂的鋼種。失效形式：高溫下強(qiáng)度不足、表面氧化腐蝕2017年9月26日展期3第六章耐熱鋼和高沮合金第六章耐熱停I和高沮合金6.1鋼的熱

2、穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼服役條件：高溫下工作（影響化學(xué)穩(wěn)定性、降強(qiáng)度）性能要求:K抗嫦變、抗熱松弛和熱疲勞性能及抗氧化能力2、介質(zhì)中抗腐蝕能力和足夠韌性3、良好加工性能和焊接性4、合理的組織穩(wěn)定性用途：制造工業(yè)加熱爐、熱工動(dòng)力機(jī)械（如內(nèi)燃機(jī)）石油及化工機(jī)械與設(shè)備等。20nQ9H26UV W第六章附熱鋼和高沮合金6.1鋼的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼一、鋼的抗氧化性能及其提髙途徑失效：高溫下強(qiáng)度不足、表面氧化腐蝕 要求：較好的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性：鋼在高溫下抗氧化或抗高溫介質(zhì)腐的能力;指標(biāo)：g/m2單位時(shí)間、單位面積上的氧化后質(zhì)量增加或減少的數(shù)值表示。在其他條件相同時(shí)，減少質(zhì)量或增加質(zhì)量的程度 越小，熱穩(wěn)定性越高

3、。2017年9月26H垠期62017年9冃26H嚴(yán)期6.1 氧化機(jī)理第六章耐熱鋼和高溫合金鋼的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼比（，SSD Etuw CD wijT 冷宅kH3T三m：IT fa It ”亂幅utaaiE G Cu w w0*2R020422第六章耐熱鋼和高沮合金6.1鋼的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼鐵氧化物：F心Fe203v Fe304 (致密)FOFQ.4001f1 .Fe 2224 細(xì) 2M210FeO氧化物：Fe缺位固溶體，F(xiàn)e離子通 過FeO層易擴(kuò)散，即易氧化抗氯化措施：防止FaO形成&提高其形成溫度；加入合金元素Cr、AK Si形成其致密牢氧化物，防止Fs 0原子擴(kuò)散Ah Si加入有副

4、作用，降強(qiáng)度增脆性20170 9)126f IV 期：第六章耐熱鋼和島溫合金6.1鋼的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼在鋼表面生成致密穩(wěn)定連續(xù)而牢固的Cr2O3. AI2O3、Si。?氧化膜，但Al、Si明顯增加鋼的脆性，常與“一 起加入；當(dāng)Cr達(dá)5%時(shí)，工作溫度達(dá)600650C,達(dá)28 %時(shí)，工作溫度可達(dá)1100C- 微量稀土 (RE)元素如鋰(Y)、鎘(La)等，能防止高溫 晶界的優(yōu)先氧化，明顯改善耐熱鋼的抗氧化性。金屬表面港Cr、Al、Si也有效提高鋼抗氧化性。20170 9)126f IV 期：第六章耐熱鋼和高沮合金6.1鋼的熱穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性鋼二、熱穩(wěn)定鋼（抗氧化鋼，不起皮鋼） 種類F型熱穩(wěn)定鋼

5、、A型熱穩(wěn)定鋼F型熱穩(wěn)定性鋼：Cr13v Cr18v Cr25型 A型熱穩(wěn)定性鋼：A型不銹鋼加Si、Al 而得性能：后者較前者更好的工藝性能和熱 強(qiáng)性2OI7M)I26HVI 1第六章耐熱鋼和高沮合金第六章耐熱鋼和高沮合金6.2金屬的熱強(qiáng)性高溫力學(xué)性能指標(biāo)： 蠕變極限：材料在高溫長(zhǎng)期載荷下對(duì)緩慢 塑性變形（即蠕變）的抗力；以C兀啦表示 700C下經(jīng)1000h產(chǎn)生0. 2%殘余變形的最大 應(yīng)力。 持久強(qiáng)度：材料在高溫長(zhǎng)期載荷下對(duì)斷裂的 抗力；以兀爲(wèi)表示在500C下經(jīng)10000h發(fā)生 斷裂的應(yīng)力值。20門年9片26日堆期:|第六韋耐熱鋼和高沮合金6.2金屬的熱強(qiáng)性一、高溫下金屬材料力學(xué)性能特點(diǎn) 熱

6、強(qiáng)性：高溫和載荷下抵抗塑性變形能力 包括：高溫下瞬時(shí)性能和長(zhǎng)時(shí)性能瞬時(shí)性能：高溫拉伸、沖擊、硬度長(zhǎng)時(shí)性能：蠕變極限、持久強(qiáng)度、應(yīng)力松弛、高溫疲勞強(qiáng)度、冷熱疲勞等6.2金屬的熱強(qiáng)性二、耐熱鋼熱強(qiáng)性的影響因素及其提高途徑 h影響耐熱鋼熱強(qiáng)性的因素A、軟化因素溫升，原子結(jié)合力下降，擴(kuò)散系數(shù)加大，組 織由亞穩(wěn)定態(tài)向穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變。如第二相集聚長(zhǎng)大等B. 形變斷裂方式變化低溫滑移；高溫有滑移、擴(kuò)散變形、晶界 滑動(dòng)和遷移c.斷裂失效金屬常溫?cái)嗔眩捍┚嗔眩ň?nèi)強(qiáng)度大于晶界強(qiáng)度）金屬髙溫?cái)嗔眩壕чg斷裂（原子擴(kuò)散加速）1320I7MH26U VWI :第六章 耐熱鋼和高沮合金6.2金屬的熱強(qiáng)性2、提高鋼的熱強(qiáng)性途徑

7、基體（固溶）強(qiáng)化元素Cr、Nix W. Mnv Mo. Nb等，形成單相組織并提高再結(jié)晶溫度。原理:提高原子結(jié)合力，降低擴(kuò)散系數(shù)第二相沉淀強(qiáng)化元素V、Ti、Nb、Al等，形成細(xì)小彌散分布的 穩(wěn)定碳化物（VC、TiC、NbC）或穩(wěn)定性更高的金屬間化合物（Ni3Ti. Ni3Nbx Ni3AI）,獲得第二相沉淀強(qiáng)化效果并提高組織穩(wěn)定性。原理：長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定難長(zhǎng)大，高溫彌散態(tài)20I7MH26U VWI :第六章耐熱制和高沮合僉6.2金屬的熱強(qiáng)性2、提高鋼的熱強(qiáng)性途徑晶畀強(qiáng)化減少高溫下晶界轉(zhuǎn)動(dòng)途徑：減少晶界：控制鋼晶粒度(難滑移，塑變抗力提高)元素硼與稀土 (RE)元素，高熔點(diǎn)晶核,長(zhǎng)大進(jìn)入晶內(nèi)，起凈化晶

8、界。界空位填補(bǔ)：晶界易擴(kuò)散，加B、Ti. Zr等填充晶界空位 晶界沉淀強(qiáng)化：晶界析出強(qiáng)化相，塑變滑移和斷裂擴(kuò)展受 阻.熱強(qiáng)性提高，如析出Cr23C6還有：形變強(qiáng)化處理2017b9H26fH?l第六章耐熱制和高沮合僉 6.3 aFe基熱強(qiáng)鋼種類：P型熱強(qiáng)鋼、M型熱強(qiáng)鋼特點(diǎn)：加熱或冷卻時(shí)，a、丫相間互轉(zhuǎn)變， 中溫使用，熱強(qiáng)性、熱穩(wěn)定性、工藝性能 較好、線膨脹系數(shù)小，低碳、低廉，600- 650C使用；應(yīng)用：制造鍋爐、汽輪機(jī)、石油提煉設(shè)備等2O17b9H26fH?l熱*的成分（K號(hào)）.鎖處理、用途和機(jī)植性能第六章耐熱鋼和高沮合僉一、珠光體型熱強(qiáng)鋼分類（c含）:低碳p熱強(qiáng)鋼、中碳p熱強(qiáng)鋼低碳p熱強(qiáng)鋼：

9、鍋爐管道等;中碳p熱強(qiáng)鋼:汽輪機(jī)等耐熱緊固件、轉(zhuǎn)子。失效：常時(shí)間高溫工作+介質(zhì)腐蝕，產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變和 性能變化2O1709H26HV 期第六章耐熱鋼和高沮合金 6.3 aFe基熱強(qiáng)鋼組織：細(xì)片P+F,在6009以下工作的熱工動(dòng)力機(jī)械和 石油化工設(shè)備。碳0. 10%0.40%；耐熱性合金元素Cr、 Mo、W、V、Ti、Nb等強(qiáng)化鐵素體并防止碳化物的球化 聚集長(zhǎng)大以保證熱強(qiáng)性。低碳12CrMo. 15CrMoV,優(yōu)良的冷熱加工性能，主要 用做鍋爐管線等，正火后使用。中碳35CrMox 35CrMoV,調(diào)質(zhì)后使用，具有優(yōu)良的高溫綜合力學(xué)性能，用作耐熱的緊固件和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。2017|：9)| 26HV

10、期第六章耐熱鋼和高沮合僉6.3 a -Fe基熱強(qiáng)鋼失效原因:1.珠光體球化和碳化物集聚長(zhǎng)大也整龍時(shí)I瞽溫工塩片狀碣化物球化，小顆 粒集聚成大顆粒，組織疑化，亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變, C原子擴(kuò)散完成。2、鋼石晝化謐翳占吟鎗和的過私石墨即小裂紋降 措施：jjaCr, TL Nb元素阻礙C化。3. 合金元素的再分布品嚴(yán)向碳化物擴(kuò)散集聚，基體沁措施：加強(qiáng)碳化物形成元素Ti、V、Nb等。失效原因:4、熱脆性機(jī)理：高溫長(zhǎng)時(shí)工作，韌性大幅下降，脆性斷裂，即熱脆性，析出新相措施：避開脆性區(qū)工作，加臥Mo,已發(fā)生 脆性采用600-6509高溫回火快冷消除珠光體熱強(qiáng)鋼熱處理:正火+比使用溫度高100C下的高溫回火20

11、17年9片26日星期二21第六章耐熱鋼和高沮合金 6.3 aFe基熱強(qiáng)鋼二、馬氏體熱強(qiáng)鋼低碳高鉛型，CM3型不銹鋼加入 Mo. W、V、Ti、Nb等元素而形成， 牌號(hào)有 14Cr11MoV (1Cr11MoV)、 15Cr12WMoV (12Cid2WMoV)等，因這種鋼還有優(yōu)良的消振性，最適宜 制造工作溫度在6009以下的汽 輪葉片故又稱葉片鋼。2O17 MDCXVWtnatioawi 1$ a !B；mv jZO.KOf0 斗0193 V7MI! “第六章耐熱鋼和離溫合金 6.4 丫Fe基熱強(qiáng)鋼奧氏體熱強(qiáng)鋼:25在奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上加：W、Mo、V、Tix Nb、Al等，強(qiáng)化奧氏體并能形

12、成穩(wěn)定的特殊碳化物或金屬間 化合物。具有比珠光體熱強(qiáng)鋼和馬氏體熱強(qiáng)鋼更高的熱 強(qiáng)性和抗氧化性，此外還有高的塑性、韌性及良好可焊 性、冷塑性成形性。常用07Cr18Ni11Ti. 45Cr14Ni 14W2Mo(4, 0.400. 50) 等，用于工作高達(dá)80(TC的各類緊固件與汽輪機(jī)葉片、 發(fā)動(dòng)機(jī)氣閥，使用狀態(tài)為固溶處理狀態(tài)或時(shí)效處理狀態(tài)。20門年9月26日足朗 6.4 YFe基熱強(qiáng)鋼一、固溶強(qiáng)化型二、碳化物沉淀強(qiáng)化型三、金屬間化合物強(qiáng)化型掌握：化學(xué)成分、牌號(hào)、 熱處理工藝、機(jī)械性能、應(yīng)用2O17MH26H V期26第六章耐熱鋼和高澄合金6.4典型離氏體mawWft區(qū) 9化學(xué)成分（/知* M

13、nrMPtomunCCrMo.WTi、Al、Nb、T、BwtMT 藝4 HJPSiabIGrUMVMo0 1417-19911Mo2.$1 ftSO-l I00X空冷】Cd8WM (M7H)0.1017-209-13仙)0070.1213-1518-20W2.0-27M09|J1140-1 iw c水津G2DW321忙旳00.)0E110 3Al 03Cu0.31 IW35HP650-7004Crl4Nil4U2.Mo(9HW)0.40-0.5013-1513*15Mn20m2onr9H26HV 期28第六章耐熱鋼和高沮合僉)Crl5Z6MoH2A1VB(CHU2.A286)0.(K13.5-

14、16.0MJMn1.0-2.0Mo1.0-L5TiI.75-2.30Al 0.4Si 0.4-1.0S 0.001-0.019W-lC00r2h 韻冷 700-720X 時(shí)斂 16 h唸4650-700fl Wrl5Na5W2第 HoZlilU3B9 (GH135、808)cO.HK-16B-%Mn QJ Na1.7-22J.7-2.2Till-2.5 A12.4-2.S B 0.015 Cem-no0&IW7W6MA12B(CHI30)0.(X12-16* 10.5V5-6.5T12.4-3.2Al wl. 22B 0.02Ce 2501W-8002017年9片26日攀期:29第六童耐熱鋼和

15、高溫合金二、耐熱鋼（常用耐熱鋼高溫合金）航空、航天工業(yè)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)在800C以上的高溫下長(zhǎng)期承受一定的載荷工作，耐熱鋼已不能滿足抗氧化 性尤其是熱強(qiáng)性要求，此時(shí)便應(yīng)采用高溫合金，它包括 鐵基、鑲基、鉆基。E3仁鐵基高溫合金工作溫度8009009的零件，使用 狀態(tài)為固溶或固溶+時(shí)效。常用牌號(hào)如GH1131, Cr20%、 Ni28%v W5%、Mo4%左右。2鎳基高溫合金基本性能類似于鐵基高溫合金，但 熱強(qiáng)性和組織穩(wěn)定性稍優(yōu)；但價(jià)格昂貴。如GH3030, Cr20%、微量的Ti、Al等元素 1000*C左右2O17h9M26H 期第六章耐熱鋼和高溫合金 5特殊性能鋼三、耐磨鋼耐磨鋼：用于制造高耐 磨性零件的特殊鋼種；廣義上，高碳工具鋼、一部 分結(jié)構(gòu)鋼及合金鑄鋼均可用 于 制造耐磨零件；最重要的是：高錳耐磨鋼。顎式破碎機(jī)挖掘機(jī)2017年9月26日星期二31第六章耐熱鋼和高溫合金 5特殊性能鋼 三、耐磨鋼 鐵路道岔 挖掘機(jī)鏟齒 球磨機(jī)襯板 履帶2017年9月26日星期二32第六章耐熱鋼和高溫合金 5特殊性能鋼三、耐磨鋼球磨機(jī)用于：大型水泥 廠，耐火材料廠，冶煉廠，把顆 粒研磨成粉狀，以利于提取里邊所需的礦物質(zhì)