金属材料第六章-(2)培训资料.ppt

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1、金属材料第六章-(2)第六章耐热钢第一节钢的热稳定性和热稳定钢一、钢的热稳定性及其提高途径钢的热稳定性是指钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀的能力。钢的抗氧化性高低一般用单位时间、单位面积上氧化后质量增加或减少的数值表示，单位为g/m2。质量增加常用于冷却后氧化物仍然紧密附着在金属表面上的材料，如高合金钢的氧化。质量减少常用于碳钢、低合金钢或氧化物容易剥落的材料。减小质量或增加质量的程度越小，钢的稳定性越高。提高钢热稳定性的合金化原理含碳量：在0.1~0.2%左右，碳过高会形成Cr23C6等碳化物，妨碍钢表面氧化膜的连续性主加元素：Cr,Ni,Mn，目的是形成单相组织，提

2、高基体电极电位，形成钝化膜，其中Cr是最主要的提高钢抗氧化性的元素辅加元素：Al,Si等，形成Al2O3,SiO2等钝化膜，但含量不能太高，否则会增加钢的脆性第六章耐热钢第一节钢的热稳定性和热稳定钢第六章耐热钢第一节钢的热稳定性和热稳定钢二、主要钢种1.铁素体型热稳定性钢在铁素体不锈钢基础上加入Si,Al，进一步提高钢的抗氧化性钢种：Cr13Si3,Cr18Si2,Cr25Si2,Cr13SiAl等特点：抗氧化性很好，但晶粒粗大，韧性低用途：低于800~1000C下工作的炉用构件第六章耐热钢第一节钢的热稳定性和热稳定钢二、主要钢种2.奥氏体型热稳定性钢（1）在奥氏体不

3、锈钢基础上加入Si,Al，如Cr18Ni25Si2等特点：工艺性能好，抗氧化性好，热强性好，但太贵了使用温度达到1100C的炉用构件、渗碳箱等（2）Fe-Al-Mn型（无铬镍抗氧化钢），如6Mn18Al5Si2Ti特点：便宜，但抗氧化能力较差使用温度达到950C的炉用构件（3）Cr-Mn-N型，如Cr20Mn9Ni2Si2N特点：工艺性能好，抗氧化性好，承载能力均较好使用温度850~1050C的炉用构件第六章耐热钢热强性：钢在高温和载荷共同作用下抵抗塑性变形和破坏的能力。一、高温下金属材料的力学性能热强性包括材料高温条件下的瞬时性能和长时性能。瞬时性能：加热到一

4、定温度，保温一定时间（使试样热透）后的力学性能。如高温拉伸、高温冲击和高温硬度等。长时性能：材料在高温及载荷共同长时间作用下所测得的性能。常见的性能指标有蠕变极限、持久强度、应力松弛、高温疲劳强度和冷热疲劳。第二节金属的热强性1.蠕变：材料在一定应力作用下缓慢地产生塑性变形的现象第六章耐热钢第二节金属的热强性一、高温下金属材料的力学性能2.蠕变蠕变机制（2）位错运动（3）晶界滑动（4）扩散形变（1）基体软化第六章耐热钢第二节金属的热强性一、高温下金属材料的力学性能1.蠕变蠕变极限：高温及长期载荷作用下材料的塑性变形抗力指标，有两种表示方法：一定温度下，使试样产生规定蠕变

5、速率的应力值一定温度下，在规定的时间t内使试样产生一定蠕变伸长的应力值2.持久强度在给定温度下，恰好使材料经过规定时间发生断裂的应力值第六章耐热钢第二节金属的热强性二、钢热强性的影响因素及其提高途径1.影响耐热钢热强性的因素影响耐热钢的软化因素。随着温度的升高，钢的原子间结合力降低，原子扩散系数增大，从而导致钢的组织由亚稳态向稳定态过渡。形变断裂方式的变化。低温时滑移方式；高温时滑移、扩散形变及晶界的滑动与迁移第六章耐热钢第二节金属的热强性2、钢热强性的提高途径（1）阻碍基体软化过程提高钢的回复和再结晶温度-Fe的再结晶温度为450~600C，-Fe再结晶温度为8

6、00C阻碍原子的扩散选择原子排列密集的结构奥氏体钢912C时，-Fe的自扩散系数是-Fe的240倍Ni在-Fe中的扩散系数比在-Fe中高1400倍527C时，N在-Fe中的扩散系数比在-Fe中高1500倍加入自扩散慢且又阻碍铁原子扩散的元素Mo,W,Co等阻碍刃位错的攀移（如何实现？）选择奥氏体钢加入降低奥氏体层错能的元素：Cr,Mo等第六章耐热钢第二节金属的热强性二、提高钢热强性的途径（2）提高钢材的高温变形抗力增加位错运动的阻力固溶强化：加入熔点高、扩散激活能大的元素(Cr,W,Nb等)第二相强化：加入合金元素，形成高温下稳定的第二相粒子加入强碳化

7、物形成元素：Cr,W,Mo,Nb,Ti等加入形成金属间化合物的元素：Al,Ni,Ti等增加晶界滑动阻力净化晶界：S,P等在晶界偏聚使晶界弱化，应尽量降低其含量（如何降低？）加入B、稀土等元素，形成高熔点稳定化合物，作为晶核，使易熔杂质从晶界转入晶内。填补晶界上的空位：主要是加入B元素可填充晶界空位，阻碍晶界原子扩散晶界沉淀强化：如在晶界上形成Cr23C6钉扎晶界的运动减少晶界数量：晶粒度在2~4级比较好第六章耐热钢一、珠光体热强钢在650C以下有较好的热强性，而且工艺性能好，价格便宜1.低碳珠光体耐热钢（锅炉管子用钢）碳含量：0.08~