工程材料学 第6章.ppt

1、第六章 耐热钢及高温合金,耐热钢，指在高温下工作并具有一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的钢钟。 抗氧化钢(或称热稳定钢、高温不起皮钢) 热强钢,抗氧化钢一般要求较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。 热强钢则要求较高的高温强度和相应的抗氧化性。,耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉和航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件。这些部件除要求高温强度和抗高温氧化腐蚀外，根据用途不同还要求有足够的韧性、良好的可加工性和焊接性，以及一定的组织稳定性。,发动机叶片,航空发动机,汽轮机叶片,汽车阀门,铬、铝、硅 这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢

2、的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但铝和硅含量过高会使室温塑性和热塑性严重恶化。铬能显著提高低合金钢的再结晶温度,含量为2时，强化效果最好。 镍、锰 可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍形成奥氏体，但损害了耐热钢的抗氧化性。,合金元素的作用,钒、钛、铌 是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。 碳、氮 可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。 硼、稀土 均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶

3、体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，改善热塑性。,铁素体型热稳定钢 1Cr13SiAl、1Cr25Si2等,奥氏体型热稳定钢 2Cr20Mn9Ni2Si2N、Cr18Ni25Si2等,热稳定钢,热强钢,1）珠光体型热强钢 合金元素以铬、钼为主，总量一般不超过5。其组织除珠光体、铁素体外,还有贝氏体。这类钢在500600有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作 600以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。 典型钢种有：16Mo，15CrMo，12Cr1MoV， 12Cr2M

4、oWVTiB，10Cr2Mo1,25Cr2Mo1V,20Cr3MoWV等。,2）马氏体型热强钢 含铬量一般为713%,在650以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展出来的钢号如1Cr11MoV，1Cr12WMoV,2Cr12WMoNbVB等,通常用来制作汽轮机叶片、轮盘、轴、紧固件等。此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。,3）奥氏体型热强钢 含有较多的镍、锰、氮等奥氏体形成元素，在 600以上时，有较好的高温强度和组织稳定性，焊接性能良好。通常用作在 600以

5、上工作的热强材料。 典型钢种有 1Cr18Ni9Ti, 1Cr23Ni13, 1Cr25Ni20Si2，2Cr20Mn9Ni2Si2N,4Cr14Ni14W2Mo等。,高温合金,在600-1200高温下能承受一定应力并具有抗氧化或抗腐蚀能力的合金。,高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件，还用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。,按基体元素分类： 铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。,以铁为基(含铁50%左右)的奥氏体合金。使用温度一般只能达到750780，对于在更高温度下使用

6、的耐热部件，则采用镍基和难熔金属为基的合金。,铁基高温合金,强化： 固溶时效 析出金属间化合物Ni3(TiAl)、Ni3Ti,代表牌号：GH132,钴基高温合金发展过程 20世纪30年代末期，由于活塞式航空发动机的需要，开始研制钴基高温合金。 1942年，美国首先开发出Co-27Cr-5Mo-0.5T合金，从50年代后期到60年代末，美国曾广泛使用过4种铸造钴基合金。苏联用于制作导向叶片的钴基合金K4。 钴是一种重要战略资源，世界上大多数国家缺钴，以致钴基合金的发展受到限制。,以钴为基(含钴50%以上)的奥氏体合金。在6501100具有较高的抗热疲劳、抗热腐蚀性能及良好的可铸性和可焊性。,钴基

7、高温合金,我国牌号有：GH5188，GH159，GH605，K640等,镍基高温合金,镍，Ni，原子序数为28，银白色金属。 密度8.9克/厘米3，熔点1455，沸点2730。 具有磁性和良好可塑性。耐热、耐腐蚀。,镍基高温合金，以镍为基(含镍50%以上)的奥氏体合金。在6501100具有较高强度、较好抗氧化和耐蚀性能。,镍基高温合金,变形镍基高温合金 GH36、GH49等,铸造镍基高温合金 K1、K2等,中国科学院院士 中国工程院 院士 中国科学院金属研究所名誉所长,中国高温合金开拓者师昌绪,1920年11月15日，师昌绪生于河北省徐水县。 1948年，师昌绪毕业于西北工学院矿冶系后，留学到美国，先后获得硕士、博士学位。 1955年，回国到金属研究所领导高温合金及合金钢研究工作。 1957年，研制出我国第一个铁基高温合金GHl35(808) 1965年，M17镍基高温合金，做出我国第一片9孔铸造镍基高温合金空心涡轮叶片，继美国之后世界第二个成功地采用了精铸气冷涡