耐热钢和耐热合金教材分析.ppt

* 耐蚀材料 * 常 用 金 属 材 料 的 耐 蚀 性 随着近年来能源工业的发展，耐热材料的使用正在向高温、高压和大型化方向发展 ，对材料的要求越来越高，从而促进了材料的改进和开发研究。 第7章 耐热钢和耐热合金 7.1概述 高温下的破坏往往也是一种腐蚀破坏，耐热钢与耐热合金也应属于耐蚀材料。 耐热钢与耐热合金是应用范围其广的一类金属材料，涉及火力发电用锅炉，发动机、化工装置及原子能设备等领域。 3、主要破坏形式有氧化、变形、断裂（区别于电化学腐蚀） 注：高温破坏的特点： 1、高温 2、气体环境 在高温下有较好的抗氧化性且具有一定强度的钢种。这类钢多属于铁素体耐热钢。 7.1.1耐热钢的分类： 1、按性能分： ⑴抗氧化钢（耐热不起皮钢） ⑵热强钢 在高温下有一定的抗氧化性，兼有较高的强度及良好的组织稳定性的钢种。 2、按组织分类 ： ⑴珠光体耐热钢 ----在正火状态下显微组织由珠光体加铁素体组成的一类钢。 特点： ③工艺性、可焊性好。 ②在500～600℃以下具有良好的热强性； ①一般属于低合金耐热钢（合金元素含量﹤5% ）； 在600℃以下具有较好的热强性，650℃时有较好的抗氧化性。 ⑵马氏体耐热钢 ----含铬量在13% 左右的铬钢，其正火组织为马氏体。 特点： 为了改善热强性，有时添加少量Mo，W，V，Nb等元素。 ③可焊性差，热脆性倾向较大。 ⑶铁素体耐热钢 ----具有单相铁素体组织的耐热钢。 特点： ①含有较高的Cr和一定量的Si，Al； ②具有较好的抗氧化性； ②具有较高的高温强度（通过合金碳化物，金属间化合物强化） ⑷奥氏体耐热钢 ----具有单相奥氏体组织的耐热钢。 特点： ①含有较高的Ni，Mn，N 等元素； ③具有一定的抗氧化能力。 内燃机气阀一般在300～400℃下工作，排气阀温度可达750℃。 3、按用途分： ⑴锅炉用钢； ⑵发动机用钢； ⑶气阀用钢； 由于原子能反应堆的形式不同，反应堆中心材料和结构材料承受的温度也不同，由于处于中子的辐射下工作，所以不仅要有足够的高温强度，而且对应力腐蚀的敏感性要小，产生脆化和脱碳的倾向小。 ⑷化工用耐热材料； 主要用于石油精炼和石油化工中的高温装置，温度在350～900℃。 ⑸原子能用耐热材料 7.1.2耐热合金的分类： 耐热合金也称高温合金，已经超出碳钢范畴的材料。但因存在脆性敏感性问题尚难克服，故仍处于研制阶段。 1、铁基合金 主要特点：含有50%左右的铁和相当高的Cr、Ni 成份以及其它强化元素。 特点：含C、N少，硬化能力差。主要依靠W、Mo、铌等难溶元素以强化固溶体。 ⑴弱时效硬化型合金 ⑵固溶强化型合金 特点： ①Cr、Ni 含量高（Cr﹥20%，Ni25～40%），抗氧化力强。 ②加入W、Mo、Nb及少量的Al、Ti、N 等起固溶强化。 ③具有良好的加工性能。 ④使用温度高达800～900℃。 特点： （1）含有较高的Al、Ti、Nb等元素，以金属间化合物形式实现时效硬化。 （2）具有较高的热强性和一定的抗氧化性。 ⑶碳化物时效硬化合金 特点：含碳量高，使用温度为600～650℃。 ⑷金属间化合物时效硬化型合金 特点： ①具有优良的抗腐蚀和抗热疲劳性能；但其抗氧化能力通常比大多数镍基合金要差。 ②组织稳定，热膨胀系数低，使用寿命长； ③价格高（Co为稀缺元素），使用受到限制。 2、镍基合金 特点：以镍为主，含有相当高的Cr。 种类：固溶强化型，金属间化合物强化。 3、钴基合金 7.2 耐热钢与耐热合金的主要性能 耐热材料的性能要求，最基本有以下两方面：高温下的力学性能和材料在使用环境下的组织稳定性与化学稳定性。 ----在给定温度下，材料在规定时间内发生断裂的应力。或者说在恒定温度和试验时间内的最大拉伸负荷。 7.2.1高温强度 高温下的力学性能是评定耐热钢和耐热合金质量的基本指标。 1、高温持久强度 蠕变极限---在给定的温度下和规定的时间内，试样产生一定量蠕变总变形的应力值。 2、高温蠕变强度 蠕变---指金属材料在一定温度下，即使所承受的应力远低于屈服极限，也会随时间的增长而慢慢地产生永久塑性变形的现象。 应力松弛是紧固件在高温时重要特性之一。应力松弛的主要条件： ξ0=ξ弹+ξ塑=常数 ξ0----总变形；ξ弹----弹性变形；ξ塑----塑性变形。 7.2.2应力松弛性能 1、 定义和条件 应力松弛----金属在高温和压力状态下，如果维持总变形量不变，而随着时间的延长，应力则逐渐减少，这种现象称作应力松弛。 2、松弛现象的应力--时间曲线 原因：晶粒内部镶嵌块的转动和移动造成的。 应力