耐热钢及高温合金

航空、航天工业的喷气式发动机在800℃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、镍基、钴基。
1.铁基高温合金 工作温度800～900℃的零件，使用 状态为固溶或固溶＋时效。常用牌号如GH1131，Cr20％、 Ni28%、W5％、Mo4％左右。 2.镍基高温合金 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℃左右
热处理工艺、机械性能、应用
过热器管排
过热器集箱
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
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第六章 耐热钢和高温合金
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第六章 耐热钢和高温合金
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第六章 耐热钢和高温合金
二、耐热钢（常用耐热钢_高温合金）
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.2 金属的热强性
2、提高钢的热强性途径
③晶界强化 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） 净化晶界：微量元素硼(B)与稀土(RE)元素，高熔点晶核， 长大进入晶内，起净化晶界。 晶界空位填补：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
常用07Cr18Ni11Ti、45Cr14Ni14W2Mo(4,0.40~0.50) 等，用于工作高达800℃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。
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.4 γ -Fe基热强钢
奥氏体热强钢： 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、
还有：形变强化处理
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α -Fe基热强钢
种类：P型热强钢、M型热强钢 特点：加热或冷却时，α、γ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，600650℃使用； 应用：制造锅炉、汽轮机、石油提炼设备等
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第六章 耐热钢和高温合金
§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 1、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） 金属高温断裂：晶间断裂（原子扩散加速）
服役条件：高温下工作（影响化学稳定性、降强度） 性能要求：
1、抗蠕变、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。
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第六章 耐热钢和高温合金
三、耐磨钢
铁路道岔
挖 掘 机 铲 齿
球磨机衬板
履带
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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。
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第六章 耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢
②微量稀土(RE)元素如钇(Y)、镧(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。 ③金属表面渗Cr、Al、Si也有效提高钢抗氧化性。
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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 二、热稳定钢（抗氧化钢，不起皮钢） 种类：
F型热稳定钢、A型热稳定钢 F型热稳定性钢：Cr13、Cr18、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
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第六章 耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢
§6.3 α-Fe基热强钢
二、马氏体热强钢
①低碳高铬型，Cr13型不锈钢加入
Mo、W、V、Ti、Nb等元素而形成， 汽轮机叶片
牌号有14Cr11MoV（1Cr11MoV）、
15Cr12WMoV（12Cr12WMoV)等,因这
种钢还有优良的消振性，最适宜
工 程 材 料 A
第六章 耐热钢和高温合金
机电工程学院
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第六章
§6.1
§6.2 §6.3
耐热钢和高温合金
钢的热稳定性和热稳定性钢
金属的热强性 α-Fe基热强钢
§6.4
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γ -Fe基热强钢
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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
耐热钢：高温下具有高的热化学稳定性(抗腐
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第六章 耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢
6.2 金属的热强性 §6.1 § 钢的热稳定性和热稳定性钢
2、提高钢的热强性途径
①基体(固溶)强化元素Cr、Ni、W、Mn、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
②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、 Ni3Nb、Ni3Al)，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，高温弥散态
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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
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第六章 耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢
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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
氧化机理：
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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
铁氧化物：FeO、Fe2O3、Fe3O4（致密）
FeO氧化物：Fe缺位固溶体，Fe离子通
过FeO层易扩散，即易氧化
蚀和耐腐蚀性能)和热强性的特殊钢。
种类：
1、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量变形或断裂的钢种。
失效形式：高温下强度不足、表面氧化腐蚀
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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
三、耐磨钢（高锰钢）
化学成分：高碳(0.9%~1.5%)、高锰(11％~14％)。
ZGMn13。
铸态组织：粗大A＋Fe3C网，脆性大，不直接使用。
固溶处理：（1060~1100℃水冷）后可得到单相A，
此时韧性很高(故又称“水韧处理”)。
抗氧化措施：
防止FeO形成； 提高其形成温度； 加入合金元素Cr、Al、Si形成其致密牢 固氧化物，防止Fe、O原子扩散 Al、Si加入有副作用，降强度增脆性
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第六章 耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢
§6.1
钢的热稳定性和热稳定性钢
①在钢表面生成致密稳定连续而牢固的Cr2O3、Al2O3、 SiO2氧化膜，但Al、Si明显增加钢的脆性，常与Cr一 起加入；当Cr达5％时，工作温度达600～650℃，达28 ％时，工作温度可达1100℃。
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
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W、Mo，已发生 脆性采用600-650℃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100℃下的高温回火
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第六章 耐热钢和高温合金
§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
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第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
马 氏 体 热 强 钢 钢 种 与 应 用
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第六章 耐热钢和高温合金
二、耐热钢（常用耐热钢 _奥氏体） §6.4 γ -Fe基热强钢
在奥氏体不锈钢的基础上加：W、Mo、V、Ti、Nb、 Al等，强化奥氏体并能形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。
第六章 耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢
§6.1 § 钢的热稳定性和热稳定性钢 6.3 α-Fe基热强钢
组织：细片P＋F，在600℃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。 ①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。 ②中碳35CrMo、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。