耐热钢及耐热合金.ppt

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1、第十章耐热钢乙烯裂解装置概述高温下工作并具有一定强度和抗氧化、耐蚀能力的铁基合金称为耐热钢。在高温下使用的Ni基，Co基，Mo基，Nb基，Ta基等合金称为高温合金。飞机发动机10.1耐热金属材料的工作条件及性能特点一、工作条件和性能要求二、耐热钢的抗氧化性三、耐热金属材料的热强性（高温强度）四、耐热钢及耐热合金的分类锅炉管一、耐热金属材料工作条件和性能要求工作环境高温高压力（较大应力）高温氧化（高温腐蚀）失效形式高温氧化（热腐蚀）蠕变热疲劳等蠕变：金属在长时间的恒温、恒应力作用下，应力小于材料的屈服强度，也会缓慢地产生塑

2、性变形，这个现象称为蠕变。汽轮机转子一、耐热金属材料工作条件和性能要求应具备的基本性能优良的高温力学性能－热强性高温化学稳定性物理性能（高温下的热膨胀率，热导性）良好的加工性能钢的热强性高温强度又称热强性，是钢在高温下抵抗塑性变形和破断的能力。一、耐热金属材料工作条件和性能要求热强性能指标的表达方式蠕变极限，持久强度、持久寿命。蠕变极限：在给定温度下和规定时间内到达规定变形量时所能承受的应力。或在给定的温度下，使试样产生规定的蠕变速度的应力。持久强度：在一定温度下，在规定时间内，材料断裂所能承受的最大应力。持久寿命：在某

3、一温度和规定应力作用下，从作用开始到拉断的时间。二、耐热钢的抗氧化性抗氧化性不是说在高温条件下不被氧化，而是指在高温下迅速氧化，但在氧化后能在金属表面形成一层连续致密的，并能牢固附着在金属表面的氧化薄膜，这层薄膜起到隔绝氧气与金属基体接触的作用，防止金属被继续氧化。抗氧化性评定方法增重法，减重法（单位时间单位面积上氧化后重量的增减来表征），容量法（恒压下测量O2的消耗量），压力法（密闭容器中，用压力下降来测定氧气的消耗量）（一）普通钢的高温氧化超过300℃，碳钢就会发生明显氧化，温度再升高，氧化加剧。超过570℃氧化特别

4、强烈。570℃以下，Fe的氧化膜主要由Fe2O3＋Fe3O4组成，但超过570℃主要由FeO＋Fe3O4+Fe2O3组成，而FeO是缺位固溶体，氧原子能自由进入FeFeOFe3O4Fe2O3O2570℃以上Fe氧化膜示意图（2）提高钢抗氧化性的途径形成保护性的氧化膜主要采用合金化的方法，一般添加Cr，Al，Si元素形成Cr2O3，Al2O3和SiO2氧化膜，防止氧化Cr是最常用的抗氧化元素渗铝，渗Cr或者在金属表面涂覆保护性的薄膜也是常用的方法三、耐热金属的热强性（高温强度）金属高温力学性能的特点1、与室温力学性能的区别

5、在于受温度和时间的影响2、高温下的断裂形式发生变化常温下均为穿晶断裂，高温下经常为沿晶断裂三、耐热金属的热强性（高温强度）提高耐热钢热强性途径1.影响热强性的因素（1）影响耐热钢软化的因素温度提高，原子间结合力下降，原子扩散系数增大，使钢中的亚稳态向稳态过渡等导致软化（2）形变断裂方式的变化穿晶－沿晶三、耐热金属的热强性（高温强度）2.提高热强性途径（1）基体强化提高基体的原子间结合力，降低固溶体的扩散过程。一般熔点高，自扩散系数小，能提高再结晶温度的合金元素固溶于基体都能提高热强性，如Mo，W，Co，Cr等。另外，奥氏

6、体组织较铁素体结合紧密，扩散不易进行。提高耐热钢热强性途径（2）第二相沉淀强化主要要求第二相稳定，不易聚集长大，能在高温长期保持细小弥散分布。耐热钢大多用高熔点碳化物作强化相，如MC，M23C6，M6C，更高温度则用金属间化合物作强化相，如Ni3（Al.Ti），Ni3Ti，Ni3Al等（3）晶界强化高温晶界强度低，适当增大晶粒度，减少晶界数量是常用的方法，另外，还可以采用a.净化晶界；b.填充晶界空位；c.晶界沉淀强化等手段强化晶界。四、耐热钢和耐热合金的分类按元素分:Fe基，Ni基，Co基，Mo基，Ta基，Nb基等。按

7、组织分：α-Fe基耐热钢（珠光体耐热钢，马氏体耐热钢，铁素体耐热钢）γ-Fe基耐热钢（奥氏体耐热钢）Ni基耐热合金（Cr20Ni80为基础）难熔金属耐热合金10.2抗氧化钢工作环境：高温下长期工作载荷不大应用举例：工业加热炉的构件分类：铁素体型抗氧化钢奥氏体型抗氧化钢10.2抗氧化钢铁素体型抗氧化钢在铁素体不锈钢基础上添加适量的Si，Al发展而来。Cr13型：Cr13Si3，Cr13SiAl，800-850℃Cr18型：Cr18Si2，Cr17Al4Si，1000℃Cr25型：Cr24Al2Si，Cr25Si2，1050

8、-1100℃特点：抗氧化性能良好，但韧性低，不宜承受载荷10.2抗氧化钢奥氏体型抗氧化钢在奥氏体不锈钢基础上发展而来，比铁素体不锈钢有更好的热强性和加工工艺性能，可承受一定载荷。代表：Cr18Ni25Si2为了节省Ni，开发了Fe-Al-Mn和Cr-Mn-N系10.3珠光体及马氏体耐热钢10.3.1珠光体耐热钢一、概