耐热钢和铁基高温合金.ppt

若在GH2132合金的基础上再进一步增加Mo、W、Ti、Nb等强化元素，则合金的热性能和耐热温度都将进一步提高。但由于这类元素都是铁素体形成元素，增加这些元素的含量，将导致奥氏体基体不稳定，并容易析出脆性金属间化合物σ相和χ相等。 为此，在钢中增加Mo、W、Ti、Nb等强化元素的同时，提高Ni的含量，以稳定奥氏体，使用温度可提高到750℃~800℃。这类钢（GH2130、GH2135）与GH2132相比，可提高使用温度50℃~100℃，有时还可代替镍基高温合金使用。 Chapter 6 耐热钢和铁基高温合金 6.4 铁基高温合金 二、奥氏体型耐热钢 珠光体、马氏体类耐热钢一般使用温度在650℃以下，不能适用于更高的使用温度。其原因在于，无论是珠光体基体还是马氏体基体的耐热钢，其基体组织都是铁素体。 Chapter 6 耐热钢和铁基高温合金 6.3 铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型热强钢 铁的γ晶型原子间结合力比α晶型的大，且再结晶温度高（γ-Fe的T再＞800℃，α-Fe的T再为450~600℃）； γ-Fe中铁和其它元素原子扩散系数小。 这样以γ-Fe为基体的合金固溶体就可能在600~800℃下具有好的热强性，高温和室温还有好的塑性和韧性，良好的可焊性和冷作成形性等。 奥氏体型钢的切削加工性较差，但由于其热强性好的优点，特别满足了提高喷气发动机推力要求高的燃气温度条件下的材料的需要。因此得到了充分的发展和广泛的应用。 Chapter 6 耐热钢和铁基高温合金 6.3 铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型热强钢 1．奥氏体型抗氧化钢 （1）Cr-Ni系热稳定钢 为了获得高的抗氧化性能，在奥氏体不锈钢的基础上通过进一步加入Si、Al抗氧化合金化而形成的奥氏体型耐热钢可以获得很高的热稳定性。 如1Cr25Ni20Si2、1Cr18Ni9Si3等。这类钢的使用温度不仅和Cr25型铁素体型热稳定钢相当，而且比铁素体型钢有更好的热强性和工艺性能。 但这类钢因消耗大量Cr、Ni的资源，所以现已逐渐被Fe-Al-Mn系和Cr-Mn-N系热稳定钢所替代。 Chapter 6 耐热钢和铁基高温合金 6.3 铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型热强钢 （2）Fe-Al-Mn系热稳定钢 用Si、 Al合金化的热稳定钢，当Si的加入量超过3%以后会引起钢的脆性；Al在Fe中含量增加能使钢具有高的抗氧化性，但Al和Fe的合金是体心立方结构，高温强度很低，为了使钢具有足够高的高温强度，应使钢具有奥氏体组织，然后再对这个基体用Al来进行抗氧化的合金化。 使钢形成奥氏体基体的元素有Ni、Mn、C、N等，Ni的资源较少，要求不用，而以C、N合金化的奥氏体在低温下要发生分解。因此重点选用Mn，这样就形成了Fe-Al-Mn抗氧化钢的系列。 Chapter 6 耐热钢和铁基高温合金 6.3 铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型热强钢 对于Fe-Al-Mn系列抗氧化钢，要获得全奥氏体，必须增加Mn的含量。但Mn含量太多对抗氧化不利，所以在γ相区中获得全奥氏体的前提下，应该使用下限Mn含量，上限Al含量，比如，25%~30%Mn，0.65%~0.85%C，7.0%~7.5%Al，1.0%~1.5%Si，RE≤0.1%。 如果使用温度更高（950℃），要求进一步提高抗氧化性，Al含量则要求进一步增加。如7.6%~8.5%Al，选用0.65%~0.85%C，25%~30%Mn，RE≤0.1%。这时钢的组织为奥氏体中加入少量的铁素体的复相组织。 Chapter 6 耐热钢和铁基高温合金 6.3 铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型热强钢 Fe-Al-Mn系抗氧化钢在熔炼浇铸中要尽可能地减少夹杂，严格控制浇注温度，防止Al的氧化。铸件冷凝过程中，因线收缩较大，还易产生裂纹，故对铸件结构的截面突变应加以限制。研究和生产实践表明，Fe-Al-Mn系钢的使用寿命虽然只有Cr20Ni25Si2钢的1/3，但成本只有Cr20Ni25Si2钢的1/4~1/5。因此推广使用Fe-Al-Mn系钢还是有其重要意义的。 Chapter 6 耐热钢和铁基高温合金 6.3 铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型热强钢 （3）Cr-Mn-N系热稳定钢 Cr-Mn-N系奥氏体型热稳定钢（如3Cr18Mn12Si2N和2Cr20Mn9Ni2Si2N）和Fe-Al-Mn系钢相比，由于还保留了大量的Cr，所以保护性氧化膜是Cr和Si的氧化物，使用温度可从850℃~1100℃。在Cr20Mn9Ni2Si2N钢中保留了少量的Ni，能进一步稳定奥氏体，使钢中的Cr含量上限提高，从而提高钢的抗氧化性，同时也改善了的工艺性能。这类钢在高温下有较高的持久强度，除做铸件外，还可以制作锻件。可用作连续加热炉的传送带、锅炉吊挂、渗碳