河海大学工程材料耐热钢及高温合金(ppt)
耐热钢及高温合金
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 §6.2 金属的热强性 §6.3 α-Fe基热强钢 §6.4 γ -Fe基热强钢
2021年3月14日星期日
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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
蚀和耐腐蚀性能)和热强性的特殊钢。
700 表示
0.2 /1000
700℃下经1000h产生0.2%残余变形量的最大
应力。
②持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的
抗力；以
500 10000
表示在500℃下经10000h发生
断裂的应力值。
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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：
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）
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第六章 耐热§5钢特和殊高性温能合钢金
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
§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。
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。
耐热钢
5
按制备工艺分类，有变形高温合金， 按制备工艺分类，有变形高温合金，铸造 高温合金和粉末冶金高温合金。 高温合金和粉末冶金高温合金。 按强化方式分类，有固溶强化型、 按强化方式分类，有固溶强化型、沉淀强 化型、金属间化合物、 化型、金属间化合物、氧化物弥散强化型 和纤维强化型等。 和纤维强化型等。 铁基、 铁基、钴基和镍基合金的使用温度一般不 超过1000℃，温度再高就必须选用难熔金 超过 ℃ 指熔点高于1650℃的金属）或其合金 属（指熔点高于 ℃的金属）
Chapter 7 耐热钢和高温合金
1
• 耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有 一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 一定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。 • 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 耐热钢按合金元素多少通常可以分为两类： 在低合金结构钢基础上发展起来的低合金珠 光体型热强钢； 光体型热强钢； 在不锈钢基础上发展起来的高合金专用耐热 钢。
三、合金元素对化学稳定性的影响
1、Cr、Al、Si改善钢的化学稳定性。 、 、 、 改善钢的化学稳定性 改善钢的化学稳定性。 • Cr、Al、Si提高 提高FeO出现的温度，改善钢的高温 出现的温度， 、 、 提高 出现的温度 化学稳定性。 化学稳定性。 钢表面氧化膜的结构： 外层： 钢表面氧化膜的结构 ： 外层 ： Fe 2 O 3 ； 中间层 Fe 3 O4 ； 内层 内层FeO，当 FeO出现时钢的氧化速度 ， 出现时钢的氧化速度 剧增。 剧增。 • Cr、Al含量较高时， 钢的表面出现致密的 2O3 含量较高时， 、 含量较高时 钢的表面出现致密的Cr 保护膜。 或Al2O3保护膜。 • 含硅钢中生成 2 SiO4 氧化膜 ， 具有良好的保护 含硅钢中生成Fe 氧化膜， 作用。 作用。 10 • Cr是提高抗氧化能力的主要元素，Al也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素， 也能单独提 是提高抗氧化能力的主要元素 耐热钢的工作条件及性能 7.1 高钢的抗氧化能力。 高钢的抗氧化能力。
第六章 耐热钢.ppt
y=Kt+A 氧化速度为一恒定值
y——氧化膜厚度；t——时间；K、A——常数
（2）抛物线关系
氧化膜覆盖金属表面，膜层中可进行离子的扩散，如Fe、Co、Ni、 Cu、Mn等形成的氧化膜。y2=Kt+A
（3）对数规律
氧化膜不仅覆盖金属表面，而且膜层中离子扩散较困难，如Cr、 Al、Si等元素形成的氧化膜。y=lnKt
6.2 热强钢
(2) 合金化
在Cr13型马氏体不锈钢的基础上进一步合金 化发展了Cr12型马氏体耐热钢。
15Cr12WMoV、2Cr12WMoNbVB等，工作 温度可在600℃左右。
常用于大功率火力发电机组。
6.2 热强钢
① W、Mo：生成(Cr、Mo、W、Fe)23C6合金碳化物，产生一定 的弥散强化作用。
高温和高压
高温烟气和 水蒸汽
安全可靠
抗氧化和耐蚀 组织稳定
工艺性能好
6.2 热强钢
普通
组织不稳定，如片状P球化、K长
问题
大、G化，→强度↓，管子爆裂。
珠光体热强钢在长期高温作用下，其中的片状碳化物转变成 球状，分散细小的碳化物转变成大颗粒的碳化物。这种组织的 转变将导致钢的软化，使蠕变极限、持久强度和屈服强度的降 低。
6.2 热强钢
2、中碳珠光体型热强钢（紧固件用珠光体热强钢）
常用钢：35CrMoV、25Cr2MoV钢常用作中压汽轮 机的螺栓和螺母材料，25Cr2Mo1V钢在高压电 厂中广泛使用。
3、转子用钢
6.2 热强钢
主轴、叶轮
或整锻转子 转
过热蒸汽，复杂应力 （扭、弯、热等）
子
热强性，沿轴向、径向均匀一致的
Mo、W的比例影响到钢的强度和韧性: Mo高W低，则有高的韧度和塑性，但蠕变强度较低； W高Mo低，则有高的蠕变强度而塑性和韧性较低。 ② V、Ti、Nb 形成MC型复合碳化物，更稳定，使绝大部分Mo、W进入固 溶体，可提高热强性和使用温度。 ③ Ni：1%~2%，扩大奥氏体相区，保证淬火时得到单相奥氏体。 ④ N：增加沉淀强化相数量，有利于加强沉淀强化效应。 ⑤ B：强化晶界，降低晶界扩散，也有利于提高钢的热强性。
第六章 耐热钢和耐热合金.ppt
可查
钨、钼、铬在镍基合金中能提高原子间结 合力，减缓扩散，起固溶强化作用。铬的 另一个主要作用是提高镍基合金的抗氧化 性。
钴 溶 于 γ′ 相 ， 形 成 γ′- （ Ni ， Co ） 3 （Al,Ti）相，提高其稳定性，并增加γ′ 相的数量。
钛和铝在时效过程中能析出金属间化合物γ′相 为主要沉淀强化相。铬主要是提高钢的化学稳定 性。钼主要起固溶强化作用。硼可产生晶界强化 并提高持久塑性。
合金元素溶于基体金属中形成固溶体而使金属强 化,称为固溶强化
通过热处理可对GH132（A-286）钢的 显微组织和性能加以控制。通常在 980~1000℃固溶处理，可获得合适的 晶粒度，并使成分均匀，得到较高的室 温伸长率、成型性和焊接性。时效温度 在700～760℃，可达到最大的沉淀强 化效果。γ′-Ni3（Ti，Al）以极细小的 球状颗粒分布在基体上，与基体保持共 格。
第四节 奥氏体型耐热钢
最常用的钢种是1Crl8Ni9Ti。它和 Cr13一样，既是不锈钢又可作耐热 钢使用。其热化学稳定性和热强性 都比珠光体和马氏体耐热钢强，工 作温度可达750℃～800℃。常用于 制造一些比较重要的零件，如燃气 轮机轮盘和叶片等。
实际上，在650℃或更高温度下工作的 零件，铁素体型耐热钢已经不能使用了， 这是由于体心立方点阵的基体中原子的 扩散很强烈，碳化物聚集长大的速度非 常快，因而钢迅速软化。奥氏体耐热钢 （如 1Cr18Ni9Ti）在650℃时高温强 度也很低。
与常规法生产相比，粉末合金可节省大量机加 工切削量，成材率高，节约费用。粉末高温合 金已用于先进型号发动机上的涡轮盘、压气机 盘等重要零件上。
高温合金材料的应用 ppt课件
课件
课件
变形高温合金：涡轮/高压压气机盘、鼓、轴、环 类零部件广泛采用的GH169合金和封严环形用的 GH90X系列低膨胀高温合金
高温合金涡轮外 环
发动机异型环
发动机涡轮外环
课件
2. 高温合金的切削加工性
高温合金的切削加工特点： 1.切削加工性差 2.切削变形大 3.加工硬化倾向大 4.切削力大且波动大 5.切削温度高 6.刀具易磨损 7.表面质量和精度不易保证
WP7、WP13系列
WP7、WP13系列 WP13系列 WP7系列 WJ5AI\WJ5E WS11、W16、WP7 WP6 WJ5AI WP7、WP13系列 WP6甲
WP7系列 WP8、WP6 WP6、WP7、WP8、WJ6、WP13、FWP14
WP6 WP6、WP13系列 WJ6 FWS10 WJ5AI、WJ5E
组织特点： 高温合金为单一基体组织，在各种温度下具有良好的组织
稳定性和使用可靠性。
课件
高温合金的发展经历的阶段
课件
国内外高温合金的发展状况
序号
1 2 3 4
5 6
7
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
材料牌号 使用温度（℃） 发动机型号
课件
GH1015 GH1016 GH1035 GH1140
课件
改善高温合金的切削加工性的方法----传统方法
1.选择合适的刀具材料
切削高温合金应刀具，只有在车削断续表面和复杂型面时，才使用高 性能高速钢刀具。常选用YG类及含Ta(N选用耐热性好、抗弯强度高、耐 磨、导热性好、抗粘结性好的刀具材料。连续车削应采用硬质合金b)C的 YG类硬质合金，以减少与工件材料中钛(Ti)元素的亲和作用，减小刀具的 粘结磨损和扩散磨损。推荐牌号：YC,6，YC,6A，643，726，813， YM051，YM052等。
ppt耐热钢讲解学习
35
22
26
N0.35
固溶
560
～
1100～
0.50 1200快
冷
时效730
～780空
冷
N0.15
固溶
430
～
1050～
0.30 1150快
冷
时效750
～800空
冷
固溶
205
1030～
1150快
冷
固溶
205
1030～
1180快
冷
885 ≥302 以经受高温 强度为主的 汽油及柴油 机用排气阀
820 ≤269 以抗氧化为 主的汽油及 柴油机用排 气阀
～
40
～
22
0.58
10.0
4.50
奥 2Cr21Ni12 0.15
N
～
氏
0.28
0.75 1.0～ ≤0.0 ≤0.030 10.50 20～
～
1.6
35
～
22
1.25
12.50
体
2Cr23Ni13 ≤0.20 ≤1.00 ≤2.0 ≤0.0 ≤0.030 12～ 22～
型
35
15
24
2Cr25Ni20 ≤0.25 ≤1.50 ≤2.0 ≤0.0 ≤0.030 19～ 24～
× 920～
7 热性及抗腐
w 1150 (C)- 快冷
蚀性。作加 热炉管、燃
0.02) ～
烧室筒体、 退火炉罩
0.08
Ti 固溶 205 520 ≤18 作在400～
5× 920～
7 900℃腐蚀
w 1150
条件下使用
(C) 快冷
第八章 耐热钢和高温合金
第八章耐热钢和高温合金耐热钢是在高温下具有较高强度和良好抗氧化性能的合金钢。
高温合金是指，在高温下（600-1100o C）能承受一定应力并具有抗氧化性、耐腐蚀且合金元素含量很高的金属材料。
高温合金的性能要求和耐热钢相同，但对热强性和组织稳定性以及抗高温氧化性能的要求比耐热钢更高、更严格。
耐热钢和高温合金对航天、航空和核工业的发展起着重要的推动作用。
核电站的回路管道、蒸发器传热管、元件格架和活性区托架等，都是由耐热、耐蚀合金制作的，所以它的质量和性能直接关系到反应堆的安全和寿命。
8.1 耐热钢1. 耐热钢的性能要求1)由于高温要引起表面的剧烈氧化、腐蚀，所以要有抗氧化性(耐热不起皮性)。
2)由于高温应力及高温强化机制变化，钢材会发生蠕变。
所以要有高温下抗蠕变性，长期和短期的热强性，小的缺口敏感性，抗热松弛和热疲劳性等。
3)由于高温引起组织不断变化，所以要有高温下的组织稳定性的有效性。
4)在高温温度场中要有大的传导性，小的膨胀性。
5)好的铸造性、锻造性、焊接性，好的成批生产和经济性。
理想的耐热合金应具备：（1）高的再结晶温度、析出相聚积长倾向小；（2）较高的蠕变极限和持久强度；（3）良好的抗氧化和抗蚀性能；（4）容易冶炼和加工及铸、锻、焊性能好；（5）成本低廉。
2. 耐热钢的合金化措施1）提高热强性的途径(1)固溶强化：提高合金基体的原子问结合力，强化基体。
金属的原子结合力越强，则熔点越高，耐热钢的使用温度越高，因此就要选择熔点越高的金属作基体。
工业上铁基、镍基、钴基耐热合金的熔点依次升高。
金属或合金的晶格类型与晶体中原子结合力有关，铁基合金中，面心立方点阵比体心立方点阵原子间结合力强。
奥氏体型耐热钢比铁素体型、马氏体型、珠光体型耐热钢的蠕变抗力高。
对已选定基体的耐热钢可以通过固溶强化提高原于间结合力，提高蠕变极限。
同时，由于固溶元素与整体元素原子尺寸不同，在晶体中造成局部的点阵畸变和应力场，导致溶质原于在位错附近形成“气团”，从而增加了位错运动阻力，提高了蠕变抗力。
(最新整理)高温合金PPT讲解
目前美国高温合金总产量约为每年2.3～3.6万t，大约1／2～1 ／3应用于耐蚀的材料。高温耐磨耐蚀的高温合金，由于主要目标 不是高温下的强度，因此这些合金成分上的特点是以镍、铁或钴 为基，并含有大约20％～35％的铬，大量的钨、钼等固溶强化元 素，而铝、钛等γ形成元素则要求含量甚少或者根本不加入。
余 15
--
3 5.2 4.8 --
--
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K417G Rene'100 0.18 9
余 10
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3 5.2 4.4 --
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K418 IN713C 0.12 12.5 余
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-- 5.3
6
0.8
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K419
TRWVIA
0.11
6
余 12 10
2
5.3 1.2 -- 2.9
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K438
2021/7/26
牌号
注册商家
CMSX
Cannon-Muskegon Corporation(佳能-穆斯克贡公司)
Discaloy
Westinghouse corporation(西屋公司)
Gatorize
United Aircraft Company(联合航空公司)
Haynes
Haynes Stellite C0mpany(汉因斯．司泰特公司)
2021/7/26
10
高温合金的质量要求： 外部质量：外部轮廓形状、尺寸精度、表面缺陷清理方法。
Ch6 耐热钢和铁基高温合金.ppt
Ch6 耐热钢和铁基高温合金.ppt1、Chapter6耐热钢和铁基高温合金主要内容第一节珠光体型热强钢第二节马氏体型热强钢第三节铁素体型、奥氏体型及沉淀硬化型耐热钢第四节铁基高温合金Chapter6耐热钢和铁基高温合金基本要求：了解耐热金属材料的工作条件及性能特点；耐热钢及铁基高温合金的合金化及其热处理；常用耐热钢和铁基高温合金。
重点和难点：耐热钢及铁基高温合金的性能特点及合金化原理。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金背景:耐热钢和高温合金是指在高温下工作并具有肯定强度和抗氧化、耐腐蚀能力的金属材料。
6.0引言6.0引言Chapter6耐热钢和铁基高温合金对蒸汽轮机和锅炉2、来讲：在本世纪30~40年月蒸汽温度不过400~450℃，蒸汽压力不过近100大气压；如今蒸汽温度已达650℃，蒸汽压力也高达340大气压以上，因此所使用的金属材料也从低碳钢进展到冗杂的各类合金钢。
6.0引言Chapter6耐热钢和铁基高温合金耐热钢的分类按合金元素多少可分为两类：一类是在低合金结构钢基础上进展起来的低合金珠光体型热强钢；另一类是在不锈钢基础上进展起来的高合金专用耐热钢。
专用耐热钢按对使用性能的要求可以分为：热强钢和热稳定钢。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言热强钢是指在高温下有肯定抗氧化能力并具有足够强度而3、不产生大量变形或断裂的钢种，如高温螺栓、涡轮叶片等。
它们工作时要求承受较大的载荷，失效的主要缘由是高温下强度不够。
热强钢广泛用于制造锅炉管道、紧固件、汽轮机转子、叶片、排气阀等。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言热稳定钢是指在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀而不破坏的钢种，如炉底、炉栅等。
它们工作时的主要失效形式是高温氧化，而单位面积上承受的载荷并不大，故又称抗氧化钢。
热稳定钢广泛用于工业炉中的构件、炉底板、马弗罐、料架、辐射管等。
Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言按组织的晶体结构特征可以分为：奥氏体型铁素体型马氏体4、型沉淀硬化型Chapter6耐热钢和铁基高温合金6.0引言奥氏体型、铁素体型钢大都用于要求抗氧化性较高的场合；马氏体型和沉淀硬化型钢则多用于要求高温强度较高的场合。
高温合金精品PPT课件
4.提高高温合金性能的途径和方法
(1) 结构强化
(2) 1) 固溶强化 加入其它元素，如不同原子尺寸的元素钴、钨、
钼 (3) 等，引起基体金属的点阵畸变。钨、钼可缓减基体金属扩散；钴降低
合 (4) 金基体的堆垛层错能，从而提高合金的高温稳定性。
固溶强化与下列因素有关：
① 溶质和溶剂原子大小差。溶质原子产生点阵畸变的长程内应力场，阻 碍位错运动。
形变速率显著增加，当达图中D点时，材
料断裂，温度越高，承受力越大，蠕变
断裂时间越短。
图2 典型的蠕变曲线
7
提高位错在滑移面上运动的阻力，减缓位错扩散型运动 过程，改善晶界结构状态，以增加晶界强化作用，或消除晶 界在高温时的薄弱环节，以提高高温合金高温力学性能。
(2) 抗腐蚀性
提高抗氧化、硫化、氮化、碳化、热腐蚀性，可采用在合金中加 入其它元素，或在合金表面涂层的方法，如在合金的表面渗铝、渗硅或 鉻铝、鉻硅共渗，陶瓷涂层等。
缺点：一般钴基高温合金含w Ni = 10%~22% 和 w Cr = 20%~30%，以
及钨、钼、钽、铌等固溶强化和碳化物形成元素，其含碳量较高，是以 碳化物为主要强化相的高温合金，缺少共格类的强化相，中温强度不如 镍基高温合金。
钴是重要的战略物质，大多数国家缺乏，因此发展受到严重限制。
5
3.高温合金的高温性能要求
(High-temperature alloy)
1. 高温合金的定义和发展 2. 高温合金的特性和分类 3. 高温合金的高温性能要求 4. 提高高温合金性能的途径和方法 5. 高温合金的应用 6. 高温合金的未来 7.高温合金的制备工艺
1
1.高温合金的定义和发展
高温合金是指能在600~1200℃高温下仍能保持 按设计要求正常工作的金属材料。