耐热钢及高温合金综述

1、工程材料A第六章耐热钢和高温合金机电工程学院20门轲冃26日驭期:第六章 耐热钢和高温合金6.1钢的热稳定性和热稳定性钢6.2金属的热强性6.3 a -Fe基热强钢6.4 Y Fe基热强钢20门年9片26FIM期:第六章耐热钢和高淄合金6.1钢的热稳定性和热稳定性钢耐热钢：高温下具有高的热化学稳定性（抗谀和耐腐蚀性能）和热强性的特殊钢。种类：仁热稳定钢高温下抗氧化或抗高温介质腐 蚀而不破坏的钢种。2、热强钢高温下具有一定抗氧化能力并具 有足够强度而不产生大变形或断裂的钢种。失效形式：高温下强度不足、表面氧化腐蚀2017年9月26日展期3第六章耐热钢和高沮合金第六章耐热停I和高沮合金6.1钢的热

2、稳定性和热稳定性钢服役条件：高温下工作（影响化学稳定性、降强度）性能要求:K抗嫦变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力2、介质中抗腐蚀能力和足够韧性3、良好加工性能和焊接性4、合理的组织稳定性用途：制造工业加热炉、热工动力机械（如内燃机）石油及化工机械与设备等。20nQ9H26UV W第六章附热钢和高沮合金6.1钢的热稳定性和热稳定性钢一、钢的抗氧化性能及其提髙途径失效：高温下强度不足、表面氧化腐蚀 要求：较好的热稳定性热稳定性：钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐的能力;指标：g/m2单位时间、单位面积上的氧化后质量增加或减少的数值表示。在其他条件相同时，减少质量或增加质量的程度 越小，热稳定性越高

3、。2017年9月26H垠期62017年9冃26H嚴期6.1 氧化机理第六章耐热钢和高溫合金钢的热稳定性和热稳定性钢比（，SSD Etuw CD wijT 冷宅kH3T三m：IT fa It ”亂幅utaaiE G Cu w w0*2R020422第六章耐热钢和高沮合金6.1钢的热稳定性和热稳定性钢铁氧化物：F心Fe203v Fe304 (致密)FOFQ.4001f1 .Fe 2224 细 2M210FeO氧化物：Fe缺位固溶体，Fe离子通 过FeO层易扩散，即易氧化抗氯化措施：防止FaO形成&提高其形成温度；加入合金元素Cr、AK Si形成其致密牢氧化物，防止Fs 0原子扩散Ah Si加入有副

4、作用，降强度增脆性20170 9)126f IV 期：第六章耐热钢和岛温合金6.1钢的热稳定性和热稳定性钢在钢表面生成致密稳定连续而牢固的Cr2O3. AI2O3、Si。?氧化膜，但Al、Si明显增加钢的脆性，常与“一 起加入；当Cr达5%时，工作温度达600650C,达28 %时，工作温度可达1100C- 微量稀土 (RE)元素如锂(Y)、镉(La)等，能防止高温 晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性。金属表面港Cr、Al、Si也有效提高钢抗氧化性。20170 9)126f IV 期：第六章耐热钢和高沮合金6.1钢的热稳定性和热稳定性钢二、热稳定钢（抗氧化钢，不起皮钢） 种类F型热稳定钢

5、、A型热稳定钢F型热稳定性钢：Cr13v Cr18v Cr25型 A型热稳定性钢：A型不锈钢加Si、Al 而得性能：后者较前者更好的工艺性能和热 强性2OI7M)I26HVI 1第六章耐热钢和高沮合金第六章耐热钢和高沮合金6.2金属的热强性高温力学性能指标： 蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢 塑性变形（即蠕变）的抗力；以C兀啦表示 700C下经1000h产生0. 2%残余变形的最大 应力。 持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的 抗力；以兀爲表示在500C下经10000h发生 断裂的应力值。20门年9片26日堆期:|第六韋耐热钢和高沮合金6.2金属的热强性一、高温下金属材料力学性能特点 热

6、强性：高温和载荷下抵抗塑性变形能力 包括：高温下瞬时性能和长时性能瞬时性能：高温拉伸、冲击、硬度长时性能：蠕变极限、持久强度、应力松弛、高温疲劳强度、冷热疲劳等6.2金属的热强性二、耐热钢热强性的影响因素及其提高途径 h影响耐热钢热强性的因素A、软化因素温升，原子结合力下降，扩散系数加大，组 织由亚稳定态向稳态转变。如第二相集聚长大等B. 形变断裂方式变化低温滑移；高温有滑移、扩散变形、晶界 滑动和迁移c.断裂失效金属常温断裂：穿晶断裂（晶内强度大于晶界强度）金属髙温断裂：晶间断裂（原子扩散加速）1320I7MH26U VWI :第六章 耐热钢和高沮合金6.2金属的热强性2、提高钢的热强性途径

7、基体（固溶）强化元素Cr、Nix W. Mnv Mo. Nb等，形成单相组织并提高再结晶温度。原理:提高原子结合力，降低扩散系数第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al等，形成细小弥散分布的 稳定碳化物（VC、TiC、NbC）或稳定性更高的金属间化合物（Ni3Ti. Ni3Nbx Ni3AI）,获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性。原理：长时间稳定难长大，高溫弥散态20I7MH26U VWI :第六章耐热制和高沮合佥6.2金属的热强性2、提高钢的热强性途径晶畀强化减少高温下晶界转动途径：减少晶界：控制钢晶粒度(难滑移，塑变抗力提高)元素硼与稀土 (RE)元素，高熔点晶核,长大进入晶内，起净化晶

8、界。界空位填补：晶界易扩散，加B、Ti. Zr等填充晶界空位 晶界沉淀强化：晶界析出强化相，塑变滑移和断裂扩展受 阻.热强性提高，如析出Cr23C6还有：形变强化处理2017b9H26fH?l第六章耐热制和高沮合佥 6.3 aFe基热强钢种类：P型热强钢、M型热强钢特点：加热或冷却时，a、丫相间互转变， 中温使用，热强性、热稳定性、工艺性能 较好、线膨胀系数小，低碳、低廉，600- 650C使用；应用：制造锅炉、汽轮机、石油提炼设备等2O17b9H26fH?l热*的成分（K号）.锁处理、用途和机植性能第六章耐热钢和高沮合佥一、珠光体型热强钢分类（c含）:低碳p热强钢、中碳p热强钢低碳p热强钢：

9、锅炉管道等;中碳p热强钢:汽轮机等耐热紧固件、转子。失效：常时间高温工作+介质腐蚀，产生组织转变和 性能变化2O1709H26HV 期第六章耐热钢和高沮合金 6.3 aFe基热强钢组织：细片P+F,在6009以下工作的热工动力机械和 石油化工设备。碳0. 10%0.40%；耐热性合金元素Cr、 Mo、W、V、Ti、Nb等强化铁素体并防止碳化物的球化 聚集长大以保证热强性。低碳12CrMo. 15CrMoV,优良的冷热加工性能，主要 用做锅炉管线等，正火后使用。中碳35CrMox 35CrMoV,调质后使用，具有优良的高温综合力学性能，用作耐热的紧固件和汽轮机转子。2017|：9)| 26HV

10、期第六章耐热钢和高沮合佥6.3 a -Fe基热强钢失效原因:1.珠光体球化和碳化物集聚长大也整龙时I瞽温工塩片状碣化物球化，小颗 粒集聚成大颗粒，组织疑化，亚稳态向稳定态转变, C原子扩散完成。2、钢石昼化谧翳占吟鎗和的过私石墨即小裂纹降 措施：jjaCr, TL Nb元素阻碍C化。3. 合金元素的再分布品严向碳化物扩散集聚，基体沁措施：加强碳化物形成元素Ti、V、Nb等。失效原因:4、热脆性机理：高温长时工作，韧性大幅下降，脆性断裂，即热脆性，析出新相措施：避开脆性区工作，加臥Mo,已发生 脆性采用600-6509高温回火快冷消除珠光体热强钢热处理:正火+比使用温度高100C下的高温回火20

11、17年9片26日星期二21第六章耐热钢和高沮合金 6.3 aFe基热强钢二、马氏体热强钢低碳高铅型，CM3型不锈钢加入 Mo. W、V、Ti、Nb等元素而形成， 牌号有 14Cr11MoV (1Cr11MoV)、 15Cr12WMoV (12Cid2WMoV)等，因这种钢还有优良的消振性，最适宜 制造工作温度在6009以下的汽 轮叶片故又称叶片钢。2O17 MDCXVWtnatioawi 1$ a !B；mv jZO.KOf0 斗0193 V7MI! “第六章耐热钢和离温合金 6.4 丫Fe基热强钢奥氏体热强钢:25在奥氏体不锈钢的基础上加：W、Mo、V、Tix Nb、Al等，强化奥氏体并能形

12、成稳定的特殊碳化物或金属间 化合物。具有比珠光体热强钢和马氏体热强钢更高的热 强性和抗氧化性，此外还有高的塑性、韧性及良好可焊 性、冷塑性成形性。常用07Cr18Ni11Ti. 45Cr14Ni 14W2Mo(4, 0.400. 50) 等，用于工作高达80(TC的各类紧固件与汽轮机叶片、 发动机气阀，使用状态为固溶处理状态或时效处理状态。20门年9月26日足朗 6.4 YFe基热强钢一、固溶强化型二、碳化物沉淀强化型三、金属间化合物强化型掌握：化学成分、牌号、 热处理工艺、机械性能、应用2O17MH26H V期26第六章耐热钢和高澄合金6.4典型离氏体mawWft区 9化学成分（/知* M

13、nrMPtomunCCrMo.WTi、Al、Nb、T、BwtMT 艺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第六章耐热钢和高沮合佥)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 韵冷 700-720X 时敛 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第六童耐热钢和

15、高温合金二、耐热钢（常用耐热钢高温合金）航空、航天工业的喷气式发动机在800C以上的高温下长期承受一定的载荷工作，耐热钢已不能满足抗氧化 性尤其是热强性要求，此时便应采用高温合金，它包括 铁基、镶基、钻基。E3仁铁基高温合金工作温度8009009的零件，使用 状态为固溶或固溶+时效。常用牌号如GH1131, Cr20%、 Ni28%v W5%、Mo4%左右。2鎳基高温合金基本性能类似于铁基高温合金，但 热强性和组织稳定性稍优；但价格昂贵。如GH3030, Cr20%、微量的Ti、Al等元素 1000*C左右2O17h9M26H 期第六章耐热钢和高温合金 5特殊性能钢三、耐磨钢耐磨钢：用于制造高耐 磨性零件的特殊钢种；广义上，高碳工具钢、一部 分结构钢及合金铸钢均可用 于 制造耐磨零件；最重要的是：高锰耐磨钢。颚式破碎机挖掘机2017年9月26日星期二31第六章耐热钢和高温合金 5特殊性能钢 三、耐磨钢 铁路道岔 挖掘机铲齿 球磨机衬板 履带2017年9月26日星期二32第六章耐热钢和高温合金 5特殊性能钢三、耐磨钢球磨机用于：大型水泥 厂，耐火材料厂，冶炼厂，把颗 粒研磨成粉状，以利于提取里边所需的矿物质