工程材料课件耐热钢.ppt

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1、2021/8/3蒸汽锅炉、蒸汽涡轮，航空工业的喷气发动机，以及航天、舰船、石油和化工等工业部门的许多工作部件在高温下工作。因为是在高温下服役，所以这些零部件技术要求比较苛刻。通常把在高温条件工作的钢称为耐热钢。耐热钢应具有两方面的基本性能，一是有良好的高温强度和塑性，二是有足够高的高温稳定性。根据不同服役条件，常常将耐热钢分为热强钢和热稳定性钢两大类。第6章耐热钢heatresistantsteel2021/8/3本章内容6.1概述6.2热强钢6.3抗氧化钢锅炉管2021/8/36.1概述6.1.1金属的抗氧化性一、氧化膜与氧化规律铁氧化物类型有FeO、Fe2O3、F

2、e3O4三种。FeFeOFe3O4Fe2O3O2图6-1570℃以上Fe氧化膜示意图2021/8/3570℃以下，氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成；570℃以上，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和FeO氧化物组成，约1:10:100.570℃以上铁的氧化过程大大地加速，遵守抛物线规律.形成规律FeO：结构疏松，冷却分解→应力，结合力弱，易剥落；Fe2O3、Fe3O4：结构致密，和基体结合好。2021/8/3氧化速度与时间关系：1）直线关系Mg、Na、Ca等氧化膜，不完整、不连续。2）抛物线关系:离子扩散Fe、Co、Ni、Cu、Mn3）对数规律Cr、Al、Si图6-2氧

3、化增量和时间的关系2021/8/3二、提高钢抗氧化性的途径1、提高钢氧化膜稳定性↑FeO的形成温度;↑FeO的形成温度,又优先形成稳定氧化物→Cr、Al、Si。途径例子如：1.03％Cr，FeO形成温度为600℃；1.14％Si，FeO形成温度为750℃；Cr、Al量高时，钢的表面可生成致密的Cr2O3或Al2O3保护膜。2021/8/32、形成致密、稳定的氧化膜↑Cr、Al、Si、Ti等，逐步形成以合金元素氧化物为主或合金元素氧化物的氧化膜，如Al2O3、SiO2、Cr2O3等→致密、稳定。2021/8/3图6-3合金元素对钢抗氧化性的影响渗铝，渗Cr或者在金属表面

4、涂覆保护性的薄膜也是常用的方法2021/8/36.1.2钢的热强性金属在高温下长时间承受载荷时，工件在远低于抗拉强度的应力下会产生破裂，工件在远低于屈服应力的情况下会连续或缓慢地发生塑性变形。金属室温力学性能与高温力学性能的主要差别在于：高温下金属的力学性能还要受到温度和时间的影响。图6-440号钢强度对温度和时间变化2021/8/31.蠕变及蠕变极限蠕变――工作温度大于再结晶温度，工作应力高于弹性极限时，金属在一定温度和静载和长时间作用下，发生缓慢的塑性变形现象。不同材料在不同条件下得到的蠕变曲线不同，同一材料的蠕变曲线也随着应力和温度而不同。一、钢的热强性能指标(

5、略)2021/8/3蠕变极限是试样在一定温度下和在规定的持续时间内，产生的蠕变变形量（总的或残余的）或蠕变速率等于某规定值时的最大应力。例如：,表示在700℃时，持续时间为10000h，产生蠕变总变形量为1%的蠕变极限。2021/8/32、持久强度持久强度极限是试样在一定温度和规定的持续时间内引起断裂的最大应力值，如：=300MPa，表示在700℃时，持续时间为100h的持久强度极限值为300MPa。3、高温疲劳强度在高温疲劳时只有条件疲劳极限，即把在某一规定的循环次数（一般采用107~108次）下而不断裂时的最大应力作为疲劳极限。2021/8/34、应力松弛应力松弛

6、现象是在具有恒定总变形的零件中，随时间延长而自行降低应力的现象。蒸汽管道螺栓需要经常拧紧经过一段时间后，弹性变形变成了塑性变形,从而使应力不断降低??原子易发生扩散2021/8/3二、提高热强性的途径161.强化基体：基体金属熔点：↑T熔，↑金属原子间结合力。铁、镍、钼基等依次↑合金晶格类型：fcc-Fe>bcc-Fe,奥氏体型钢要比F、M、P型钢的蠕变抗力高固溶体结合力：合金化→↑固溶体原子间结合力，Mo、Cr、Mn、Si作用较大2021/8/3图6-5常见合金元素对工业纯铁蠕变极限的影响1％Mo使蠕变极限提高3倍。Cr、Mn、Si也提高蠕变极限。2021/8/32

7、.强化晶界高温晶界强度低，适当降低晶粒度，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。净化晶界：杂质易偏聚在晶界，形成易熔夹杂物→↓晶界强度。RE、B优先结合杂质，形成高熔点化合物；异质晶核→从晶界转入晶内。填充空位：晶界上空位多，原子易快速扩散。B易偏聚晶界，↓晶界空位。2021/8/33.析出强化（沉淀强化）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等在钼钢和钒钢中加入Nb和Ta使沉淀强