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電工程學院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金屬的熱強性6.3 a -Fe基熱強鋼6.4 Y Fe基熱強鋼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穩(wěn)定性（抗諛和耐腐蝕性能）和熱強性的特殊鋼。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、熱強鋼高溫下具有一定抗氧化能力并具 有足夠強度而不產(chǎn)生大變形或斷裂的鋼種。失效形式：高溫下強度不足、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（影響化學穩(wěn)定性、降強度）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、熱工動力機械（如內(nèi)燃機）石油及化工機械與設(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：g/m2單位時間、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，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嚴期6.1 氧化機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 2M210FeO氧化物：Fe缺位固溶體，F(xiàn)e離子通 過FeO層易擴散，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原子擴散Ah Si加入有副

4、作用，降強度增脆性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Cr達5%時，工作溫度達600650C,達28 %時，工作溫度可達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金屬的熱強性高溫力學性能指標： 蠕變極限：材料在高溫長期載荷下對緩慢 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 應力。 持久強度：材料在高溫長期載荷下對斷裂的 抗力；以兀爲表示在500C下經(jīng)10000h發(fā)生 斷裂的應力值。20門年9片26日堆期:|第六韋耐熱鋼和高沮合金6.2金屬的熱強性一、高溫下金屬材料力學性能特點 熱

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

7、基體（固溶）強化元素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，降低擴散系數(shù)第二相沉淀強化元素V、Ti、Nb、Al等，形成細小彌散分布的 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）,獲得第二相沉淀強化效果并提高組織穩(wěn)定性。原理：長時間穩(wěn)定難長大，高溫彌散態(tài)20I7MH26U VWI :第六章耐熱制和高沮合僉6.2金屬的熱強性2、提高鋼的熱強性途徑晶畀強化減少高溫下晶界轉(zhuǎn)動途徑：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，高熔點晶核,長大進入晶內(nèi)，起凈化晶

8、界。界空位填補：晶界易擴散，加B、Ti. Zr等填充晶界空位 晶界沉淀強化：晶界析出強化相，塑變滑移和斷裂擴展受 阻.熱強性提高，如析出Cr23C6還有：形變強化處理2017b9H26fH?l第六章耐熱制和高沮合僉 6.3 aFe基熱強鋼種類：P型熱強鋼、M型熱強鋼特點：加熱或冷卻時，a、丫相間互轉(zhuǎn)變， 中溫使用，熱強性、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；應用：制造鍋爐、汽輪機、石油提煉設(shè)備等2O17b9H26fH?l熱*的成分（K號）.鎖處理、用途和機植性能第六章耐熱鋼和高沮合僉一、珠光體型熱強鋼分類（c含）:低碳p熱強鋼、中碳p熱強鋼低碳p熱強鋼：

9、鍋爐管道等;中碳p熱強鋼:汽輪機等耐熱緊固件、轉(zhuǎn)子。失效：常時間高溫工作+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基熱強鋼組織：細片P+F,在6009以下工作的熱工動力機械和 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等強化鐵素體并防止碳化物的球化 聚集長大以保證熱強性。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)良的高溫綜合力學性能，用作耐熱的緊固件和汽輪機轉(zhuǎn)子。2017|：9)| 26HV

10、期第六章耐熱鋼和高沮合僉6.3 a -Fe基熱強鋼失效原因:1.珠光體球化和碳化物集聚長大也整龍時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向碳化物擴散集聚，基體沁措施：加強碳化物形成元素Ti、V、Nb等。失效原因:4、熱脆性機理：高溫長時工作，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基熱強鋼二、馬氏體熱強鋼低碳高鉛型，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基熱強鋼奧氏體熱強鋼:25在奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上加：W、Mo、V、Tix Nb、Al等，強化奧氏體并能形

12、成穩(wěn)定的特殊碳化物或金屬間 化合物。具有比珠光體熱強鋼和馬氏體熱強鋼更高的熱 強性和抗氧化性，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80(TC的各類緊固件與汽輪機葉片、 發(fā)動機氣閥，使用狀態(tài)為固溶處理狀態(tài)或時效處理狀態(tài)。20門年9月26日足朗 6.4 YFe基熱強鋼一、固溶強化型二、碳化物沉淀強化型三、金屬間化合物強化型掌握：化學成分、牌號、 熱處理工藝、機械性能、應用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)動機在800C以上的高溫下長期承受一定的載荷工作，耐熱鋼已不能滿足抗氧化 性尤其是熱強性要求，此時便應采用高溫合金，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+時效。常用牌號如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 熱強性和組織穩(wěn)定性稍優(yōu)；但價格昂貴。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。顎式破碎機挖掘機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 挖掘機鏟齒 球磨機襯板 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)