6.1高温结构探究.ppt

第六章 新型结构材料6.1 高温结构材料;*; 超耐热合金根据其用途和工作条件的不同，对性能的要求有所不同，对高温材料的要求主要有： （1）在高温下要有优良的抗腐蚀性； （2）在高温下要有较高的强度和韧性。 耐热合金主要就是V—VII 副族元素和第VIII族元素形成的合金。因为第V副族、VI副族、VII副族元素是高熔点金属。 ;*; 金属在高温下氧化的初始阶段是一种纯粹的化学反应过程，随着氧化反应的进一步发展，便成为一种复杂的热化学过程了。 与前面学过的尖晶石的形成过程类似，在金属表面形成氧化物后，能否继续向内部扩展，取决于氧原子穿过表面氧化膜的扩散速度，而此速度取决于温度和表面氧化膜的结构。 ; 以铁的氧化为例来看一下金属的氧化过程。通常铁能与氧形成FeO，Fe3O4，Fe2O3等一系列氧化物。 570℃以下，铁表面形成的是构造复杂的Fe3O4，Fe2O3氧化膜，氧原子难以扩散，这种氧化膜起着减缓进一步氧化、保护内部的作用，但温度高于570℃，氧化物中除了Fe3O4，Fe2O3氧化膜外，还增加了FeO成分，而FeO晶格结构很疏松，所以为了阻止进一步的氧化，必须设法阻止FeO的形成。 ; 改进的方法: 在钢中加入对氧的亲和力大于铁的Cr，Si，Al等，可优先形成稳定、致密的Cr2O3、Al2O3、SiO2等氧化物保护膜，从而可以提高钢的耐热性。 超耐热合金的发展过程： 50年代前后，钴基合金（较高的耐用温度）→50年代后期，镍基合金（合金体为稳定的面心立方结构）→高温合金中镍含量越来越高，可以; 提高使用温度、延长高温下的使用时间、并减轻质量。 习惯上，将含镍25%-60%及含铁的高温合金称为铁镍基高温合金。 由于铁基、钴基、镍基合金的使用温度不可能超过1050-1100℃，而难熔金属钨、钼、铌、钽有更高的熔点，其合金可在高于1100℃的温度下使用。;*;*;*; 钨、钼、铌、钽这组金属的合金可以作为高温结构材料，还可作为高温发热体、真空管材料、电子工业材料、硬质工具、耐磨材料、防震材料 80年代发现的碳化钽，熔点可高达4150℃，可望成为新一代耐热金属陶瓷材料。;6.1.2 高温结构陶瓷;高温结构陶瓷与金属材料的性能比较:; （2)非氧化物陶瓷 ?碳化硅： 高温强度大（～1400℃ 500～600MPa）； 高温结构件（炉管、火箭尾管喷嘴）。 ?氮化硅： 高化学稳定性； 耐蚀、耐磨材料（赛隆刀具）。 ?氮化硼： 耐热、绝缘性好； 高温结构元件及刀具等。;氮化硅陶瓷;;（3）金属陶瓷 ?取金属及陶瓷优点复合而成。 ?构成方式： 陶瓷相(氧化物、碳化物)为主体、骨架； 金属相(Co、Ni等)起粘结作用。 ?材料类型： 工具材料(陶瓷为主)；结构材料(金属相数量增加)。 ⑴氧化物基金属陶瓷 Al2O3+Cr( ≤10％) ①性能：韧性较好(Cr的存在)，热稳定性及抗氧化性好(Cr2O3)。 ②应用：工具材料，热硬性1200℃、硬材料加工 (～65HRC)、高速切削；模具等。; ⑵碳化物基金属陶瓷 ?组成：碳化物（ WC、TiC等）+ 铁族元素 （Co、Ni）。 ?特性：碳化物的高硬度、高温强度+金属的塑 性、韧性→工具材料及耐热结构材料。 ?硬质合金：刀具、模具（拉丝模等）；钨钴类 YG(WC+Co)、钨钴钛YT(WC、TiC+Co) 及万能类YW（WC、TiC、TaC+Co) 。 ?铜结硬质合金：（30%～50%碳化物＋合金钢粘结）,可热处理，可加工。韧性↑,σbb↑。用 作模具、耐磨零件。; 返回; 返回;高温结构陶瓷与传统陶瓷的区别：; 高温结构陶瓷的优点： 远比金属坚硬几十倍，耐高温，即使在1500℃下其强度一点也不会改变，同时还具有优良的耐腐蚀性、耐蠕变性和耐机械及热冲击性。 最有希望的高温结构陶瓷材料： 氮化硅（Si3N4）是最有希望的高温结构陶瓷材料，50年代开始用氮化硅做烧结助剂制成的; 氮化硅陶瓷，其耐热冲击性高，曾成功地用以制造温度超过1500℃、氧化情