稀土氧化物弥散强化铁基钢合金
Fe基体中稀土元素Ce与Pb的相互作用
Fe基体中稀土元素Ce与Pb的相互作用通过熔炼实验研究了在Fe基体中Ce与Pb的相互作用，EPMA分析和金属的化学键理论表明，Ce对Pb在Fe基体中的分布有控制作用，并可生成Ce-Pb 高熔点金属间化合物CePb，改善杂质元素Pb对钢性能的危害。
采用Miedema 模型计算，从热力学上证明了实验分析结果。
标签：铈；铅；相互作用随着钢材需求量的不断加大，以废钢为主要原料的短流程炼钢被普遍看好。
但在废钢的循环使用过程中，不可避免地将铅等低熔点金属带入到炼钢炉中。
由于这些金属的氧化位比铁低，在常规的炼钢工艺中不能有效去除，且易在晶界富集，恶化钢的质量，使钢材发生表面裂纹、热处理回火脆性，以及高温持久强度和抗应力腐蚀强度明显下降等问题。
因此，对钢中低熔点金属元素含量的控制及去除问题成为新的研究热点。
稀土元素几乎是唯一能与钢中Pb、Sn等有害元素化合的元素，这是因为稀土元素因电子结构特殊而具有极强的化学活性。
本文通过熔炼实验，采用EPMA 分析和金属的化学键理论研究Fe基体中铈与铅的相互作用，为降低Pb对钢的危害提供依据。
1 实验材料与方法1.1 实验材料实验材料有低杂质、低合金元素的工业纯铁，铈和铅粒，其化学成分及含量分别见表1，表2和表3。
1.2 实验方法实验在ZG-001型真空感应熔炼炉上进行。
用细砂纸打磨工业纯铁试样，去掉表层氧化皮，装入刚玉坩埚后放在炉腔的石墨坩埚内。
密封装置抽真空，当真空度≤1.0×102Pa时通电加热，同时通入氩气作为保护气体。
当工业纯铁试样全部熔融后，使用旋转合金料斗把铈和铅通过送料口加入熔池中，同时减小氩气的流量，以防流通的氩气带走过多的铅蒸气。
熔炼2分钟后断电，试样先随炉冷却，表面稍有凝固后将刚玉坩埚和试样放入事先准备好的盐浴中进行淬冷直至完全冷却。
整个实验过程中，温度控制在≤1923K。
将熔炼试样切割成15mm×15mm×15mm左右的正方体，粗磨、细磨、抛光成金相试样，经电子探针（EPMA）和热力学计算，分析试样中不同组织的微区成分及物相组成。
航天发动机尾喷管材料的简介
航天发动机尾喷管材料的简介————高温合金摘要：随着航天航空的迅速发展，对耐高温材料有了更高的要求，但是随着高温材料的发展，它们的加工问题也越来越严峻，急需相应工艺的发展，对高温材料的有效加工必将是高温材料今后有效利用的关键。
关键词：加工工艺，高温合金，切削，应用，发展。
一、零件的材料火箭发动机喷管是用于火箭发动机的一种（通常是渐缩渐阔喷管）推力喷管。
它用于膨胀并加速由燃烧室燃烧推进产生的燃气，使之达到超高音速。
喷嘴的外形：钟罩形或锥形。
在一个高膨胀比的渐缩渐阔喷嘴中，燃烧室产生的高温气体通过一个开孔（喷口）排出。
如果给喷嘴提供足够高的压力（高于围压的2.5至3倍），就会形成喷嘴阻流和超音速射流，大部分热能转化为动能，由此增加排气的速度。
在海平面，发动机排气速度达到音速的十倍并不少见。
一部分火箭推力来自燃烧室内压力的不平衡，但主要还是来自挤压喷嘴内壁的压力。
排出气体膨胀（绝热）时对内壁的压力使火箭朝向一个方向运动，而尾气向相反的方向。
当火箭发动机运转以后，从燃烧室中喷出极高的温度与压力的气体，需要经过尾喷管对高温高压气体调整方向，从而使火箭达到超高音速的要求，所以鉴于如此高温，高压的恶劣环境，则对尾喷管的材料提出很高的要求，这种材料不但需要有极好的耐高温性，需要经受住2000摄氏度到3500摄氏度的高温，还需要有极好的耐冲击性，灼热表面的超高速加热的热冲击，还有高热引起的热梯度应力，有较好的刚度，耐氧化性，耐热疲劳性。
在如此恶劣的工作环境下，我们需要一种满足以上要求的材料，儿高温合金的出现满足了这个要求。
二、高温合金的分类、性能等760℃高温材料变形高温合金变形高温合金是指可以进行热、冷变形加工，工作温度范围-253～1320℃，具有良好的力学性能和综合的强、韧性指标，具有较高的抗氧化、抗腐蚀性能的一类合金。
按其热处理工艺可分为固溶强化型合金和时效强化型合金。
GH后第一位数字表示分类号即1、固溶强化型铁基合金 2、时效硬化型铁基合金 3、固溶强化型镍基合金 4、钴基合金 GH后，二，三，四位数字表示顺序号。
粉末冶金制粉技术 全
粉末冶金制粉技术(一)粉末冶金新技术、新工艺的应用，不但使传统的粉末冶金材料性能得到根本的改善，而且使得一批高性能和具有特殊性能的新一代材料相继产生。
例如：高性能摩擦材料、固体自润滑材料、粉末高温合金、高性能粉末冶金铁基复合和组合零件、粉末高速钢、快速冷凝铝合金、氧化物弥散强化合金、颗粒增强复合材料，高性能难熔金属及合金、超细晶粒及涂层硬质合金、新型金属陶瓷、特种陶瓷、超硬材料、高性能永磁材料、电池材料、复合核燃料、中子可燃毒物、粉末微晶材料和纳米材料、快速冷凝非晶和准晶材料、隐身材料等。
这些新材料都需要以粉末冶金作为其主要的或惟一的制造手段。
本章将简要介绍粉末冶金的基本工艺原理和方法，重点介绍近年米粉末冶金新技术和新工艺的发展和应用状况。
1.雾化制粉技术粉末冶金材料和制品不断增多，其质量不断提高，要求提供的粉末的种类也愈来愈多。
例如，从材质范围来看，不仅使用金属粉末，也要使用合金粉末、金属化合物粉末等；从粉末形貌来看，要求使用各种形状的粉末，如生产过滤器时，就要求球形粉末；从粉末粒度来看，从粒度为500～1000m的粗粉末到粒度小于0.1m的超细粉末。
近几十年来，粉末制造技术得到了很大发展。
作为粉末制备新技术，第一个引人注目的就是快速凝固雾化制粉技术。
快速凝固雾化制粉技术是直接击碎液体金属或合金并快速冷凝而制得粉末的片法。
快速凝固雾化制粉技术最大的优点是可以有效地减少合金成分的偏析，获得成分均匀的合金粉末。
此外，通过控制冷凝速率可以获得具有非晶、准晶、微晶或过饱和固溶体等非平衡组织的粉末。
它的出现无论对粉末合金成分的设计还是对粉末合金的微观结构以及宏观特性都产生了深刻影响，它给高性能粉末冶金材料制备开辟了一条崭新道路，有力地推动了粉末冶金的发展。
雾化法最初生产的是像锡、铅、锌、铝等低熔点金属粉末，进一步发展能生产熔点在1600～1700℃以下的铁粉及其他粉末，如纯铜、黄铜、青铜、合金钢、不锈钢等金属和合金粉末。
铁基MGH956高温合金抗高温氧化性能的研究
在 ＭＧ ９ ６高温合 金 板 材 上 切取 试 样 ， 六 面 Ｈ５ 经 精磨 制成 尺 寸 为 ３ ｍ ０ ｍ Ｘ１ ５ ｍ 的 标 准 氧 ０ ｍ Ｘ１ ｍ ． ｒ ａ 化实 验试 样 。氧化 实 验 在 空 气 中 进行 ， 实验 温 度 分
第 ６期
铁 基 ＭＧ ９ ６高 温合 金抗 高温 氧化 性能 的研 究 Ｈ５
第 ３ Ｏ卷 第 ６期
２１ ０ ０年 ｌ ２月
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Ｖｏ．３ １ ０，Ｎｏ ６ ． Ｄｅ ｅ ｂ ｒ ２Ｏｌ ｃ ｍ ｅ ０
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铁 基 ＭＧＨ９ ６高 温 合 金 抗 高 温 氧 化 性 能 的研 究 ５
５． Ａ１ ． Ｔｉ ． Ｙ， 一０ ２ ０５ —０ ５１ 一０ ５１ Ｏ ． ６０— ． ０ ０ ０ ７Ｃ 。
以往有关 该 合金抗 氧化 和腐蚀 等 方面 的研究 主要 集 中在 １０ ｏ 左 右 “ ， 高温 度 （＞ｌ０ ｃ ） 抗 氧 ０ ０Ｃ 更 １０Ｉ 下 ＝
化 和腐蚀 等方 面 的研 究少 有 报 道 ， 内更 是 鲜 见 国
铁 基 Ｍ Ｈ ５ ＩｃｌｙＭＡ ５ ） 温 合 金 是 采 Ｇ ９ ６（ｎ ｏ ９ ６ 高 ｏ 用纳 米 级 （ ０ ｍ） 高 温 （＞１０ ℃ ） 性 质 稳 定 ≤５ ｎ ， ００ 下 的ＹＯ 颗 粒 对 基 体 进 行 弥 散 强 化 的 一 种 高 温 合
貌 和性 质 的 检 验 及 氧 化 物 相 组 成 的 分 析 ， 讨 了 探 ＭＧ ９ ６高温合金 抗 高温 氧化 特性 的机理 。 Ｈ５
金 … 。合 金在 高 温 下具 有 高 的 持 久 强 度 及 优 异 的
材料化学2
灰口铸铁
灰口铸铁第一、二阶段石墨化过程均充分进行， 其组织类型主要取决于第三阶段的石墨化程度。 • 铁素体灰口铸铁 若第三阶段石墨化过程得到充分进行，最终得到 的组织是铁素体基体上分布着片状石墨。 • 珠光体＋铁素体灰口铸铁 珠光体＋ 若第三阶段即共析阶段的石墨化过程仅部分进行 ，获得的组织是珠光体＋铁素体基体上分布着片 状石墨。 • 珠光体灰口铸铁 若第三阶段石墨化过程完全被抑制，获得的组织 是珠光体基体上分布片状石墨。
细化晶粒
除锰外，几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒的长大， 特别氏碳化物形成元素。形成的碳化物以弥散质点的形式分布 在奥氏体晶界上，对奥氏体晶粒长大起机械阻碍作用，有利于 在淬火后获得细马氏体。因此，与相应的碳钢相比，在同样加 热条件下，合金钢的组织较细，力学性能更高。
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合金元素对热处理和力学性能的影响
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灰口铸铁的性能
• 机械性能低，其抗拉强度和塑性韧性都远远低于钢 机械性能低， 灰口铸铁中片状石墨（相当于微裂纹）的存在，不仅在其尖端处引起应 力集中，而且破坏了基体的连续性，导致抗拉强度很差，塑性和韧性 几乎为零。但灰口铸铁抗压性能较好，常用于制造机床床身、底座等 耐压零部件。 • 耐磨性与消震性好 由于铸铁中石墨有利于润滑及贮油，所以耐磨性好。同样由于石墨的存 在，灰口铸铁的消震性优于钢。 • 工艺性能好 • 由于灰口铸铁含碳量高，接近于共晶成分，故熔点比较低，流动性良 好，收缩率小，因此适宜于铸造结构复杂或薄壁铸件。另外，由于石 墨使切削加工时易于形成断屑，所以灰口铸铁的可切削加工性优于钢 。
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合金元素对铁碳相图的影响
• 改变奥氏体区域
第七讲-钢铁中的合金相
片状马氏体中脊面 500× （密度很高的微细孪晶区）
2.碳钢中的相及组织
石墨
石墨是Fe-C合金中游离存在的碳，代号G。它以简单六方晶格结构 存在。石墨为层状结构，各层之间是范德华力结合，容易滑动，所 以石墨很软。石墨各层均为平面网状结构，碳原子之间存在很强的 共价键，故熔沸点很高。所以，石墨称为混合型晶体。强度、塑性、 硬度都很低。
纯铁的同素异构转变77091213941538时间min有磁性的fe体心立方无磁性的fe体心立方fe面心立方fe立方液态纯铁同素异构转变钢铁是铁基合金黑色金属的总称是现代工业中应用最广泛的材料
合金相与相变
易丹青 教授
材料科学与工程学院 danqing@
第七讲 钢铁中的相 1. 纯铁及钢简介 2. 碳钢中的相及组织 3. 合金钢中的相
珠光体
索氏体
屈氏体
2.碳钢中的相及组织
珠光体形貌
经4%硝酸酒精溶液浸蚀后，在不同放大倍数的显微镜下可以观察到不同特 征的珠光体组织。当放大倍数较高时可以清晰地看到珠光体中平行排列分 布的宽条铁素体和窄条渗碳体；当放大倍数较低时，珠光体中的渗碳体只 能看到一条黑线；而当放大倍数继续降低或珠光体变细时，珠光体的层片 状结构就不能分辨了，此时珠光体呈黑色的一团。
铁素体结构示意图
2.碳钢中的相及组织
铁素体（ferrite）
力学性能：强度、硬度低，塑性、韧性好。 δ=30%~50%， ψ=70%~80% ，AK=128~160J σb=180~280MPa， σ0.2=100~170MPa，HBS=50~80HBS。
铁素体是在室温时的重要相，常作为基体相存在。
α-Fe
γ-Fe
δ-Fe
BCC
FCC
【研究】Stellite21性能、成分、标准...
158-0185--9914ASTM F75（铸造CoCrMo）Stellite 21/ AMS5385G UNS R30021CoCrMo合金CoCrMo合金（钴铬钼）是钴基合金中的一种，也是通常所说的司太立（Stellite）合金的一种，是一种能耐磨损和耐腐蚀的钴基合金。
最初的钴基合金是钴铬二元合金，之后发展成钴铬钨三元组成，再后来才发展出钴铬钼合金。
钴铬钼合金是以钴作为主要成分，含有相当数量的铬、钼和少量的镍、碳等合金元素，偶尔也还含有铁的一类合金。
根据合金中成分不同，它们可以制成焊丝，粉末用于硬面堆焊，热喷涂、喷焊等工艺，也可以制成铸锻件和粉末冶金件。
钴和铬是钴基合金的二种基本元素，而添加钼能得到较细的晶粒并在铸造或锻造后有较高的强度。
钴铬钼合金，基本上分为二类：一类是CoCrMo合金，通常是铸造产品，另一类是CoNiCrMo合金，通常是(热)锻造精密加工的。
铸造CoCrMo合金已用于牙科数十年，目前用来制造人工关节，锻造CoNiCrMo合金用来制造承受大负荷重关节如膝关节和髋关节。
但是作为关节植入材料，CoCrMo合金在植入人体后会有Co，Cr，Ni等对人体有害的离子释放出来。
『常见问题』：司太立（Stellite）合金系列有哪些？司太立（Stellite）合金合金是什么材质？司太立（Stellite）合金执行标准是什么？司太立（Stellite）合金抗拉强度是什么？司太立（Stellite）合金是什么价格？司太立（Stellite）合金屈服强度是什么？司太立（Stellite）合金对应什么牌号？司太立（Stellite）合金硬度是什么？司太立（Stellite）21为用户提供成品规格：锻棒φ20mm-120mm，锻板30*50*L，等可定制『形态』：司太立（Stellite）合金棒材，司太立（Stellite）合金锻棒，司太立（Stellite）合金板材，司太立（Stellite）合金无缝管材，司太立（Stellite）合金带材，司太立（Stellite）合金卷材，司太立（Stellite）合金盘丝，司太立（Stellite）合金扁条，司太立（Stellite）合金圆棒，司太立（Stellite）合金厚板，司太立（Stellite）合金光棒，司太立（Stellite）合金圆钢，司太立（Stellite）合金圆饼，司太立（Stellite）合金焊丝，等可定制Stellite 21化学成分：Stellite 21力学性能：焊接性分析Stellite合金的耐磨损性能合金工件的磨损在很大程度上受其表面的接触应力或冲击应力的影响。
南京大学铁基高温超导体机制研究方面取得重要进展
原因，该实验结果将激励更多的理论和实验研究，促进对铁基高温超导机理理解。 中科院物理所高能量密度金属锂电池研究取得重要进展 锂 电池 体系 作为 一种 高效 的储 能装 置备 受青 睐 ， 已经 广泛 用于 便携 式 电子器件 （ 手机 、 笔 记本 等 ） ， 目前 正应用 于新 能源 电动 汽 车 、智能 电网及清 洁 能源 （ 风 能和 太 阳能 ）大规 模 储 能 中 ，从而 降低 人类 对化 石 能源 的过度 依赖 ，减 低二 氧化 碳及 相关 废弃 排放 ，减 少温室 气
性难 题 。
西安交通大学金属材料强度国家重点实验室孙军课题组历时 １ ０余年 ，最近在此领域取 得突破。他们从工程实际需求出发 ，回溯到材料制备技术的难点， 凝练并解决了相关关键科 学 问题 ，继 而推 动 了材 料制 备 技 术 的创新 和突 破 。他 们所 研制 的纳米 结构 弥 散强 化钼 合金 材 料，具有纳米稀土氧化物增强粒子与超细晶微观 结构，在获得显著强化 的同时，其拉伸延性 成倍 提 高 。该结 果在 线 发表 于 Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ杂 志 网站上 。评 审 人认 为这 是一 项 非常 重 要 的原创 性研 究 结 果 ，具有 重 要 的科学 与 应用 价值 。 孙 军课 题 组 揭示 了稀 土氧 化物 掺 杂 钼合 金 中晶 粒及 晶 内与 晶界 粒 子 强韧 化 尺 寸效 应特 性 和 机理 ，建立 了强韧 化定 量解 析 模 型 ，提 出了纳 米掺 杂 强韧 化 的新 思路 。在 此基 础 上 ，孙 军课题组开发了分子级掺杂的液相混合制备含纳米稀土氧化物钼合金的关键技术， 解决了稀 土氧化物的纳米化与非团聚化、 及其在钼晶粒 内部和品界均匀弥散分布 、以及纳米超细 晶结 构 的高温稳定性等制约该领域发展的三个 “ 瓶颈 ” 难题 。 所制备的合金中氧化物平均颗粒尺 寸小于 ８ ０ ｎ ｍ ，钼 晶粒尺 寸 可达 亚 微米 级 ，钼 合金 的强度 与延 、韧 性均超 过 已报道 的 国际 一 流 公 司 同类材 料最 好 水平 ，同时 明显 降低 了其 塑脆转 变 温度 ，并显 著提 高 了合 金高 温再 结 晶 温 度 及高 温 强度 与拉 伸 延性 。 该项 目相关 技术 已在金 堆 城钼 业 公司 实现 了规 模化 应用 ， 取得 了显著 的经济 效益 与社 会 效益，并获得 ２ ０ １ ２年度教育部技术发明奖一等奖 。该项研究得到了国家 自 然科学基金以及 其 他 国家 项 目的共 同资 助 。 南京大学铁基高温超导体机制研 究方面取得重要进展 南京 大 学物 理学 院 ， 固体 微 结构 国家 重 点实验 室 和南 京大 学超 导 物理 和材 料研 究 中心 闻 海 虎 教授 领 导 的研 究 组 在 国家 自然 科学 基 金重 点项 目、 面 上项 目以及科 技 部 ９ ７ ３ 项 目的持 续 资助 下 ，与 国 内外科 学家 密 切合 作 ，在铁 基超 导 体物 理机 制方 面 取得 重要 进 展 。利 用 扫描 隧 道谱技术在高质量铁基超导单晶上面发现一个与超导电性密切相关共有的玻色激发模。 超 导是 凝聚 态物 质 中 电子 系统 的奇 异 量子 态 ，表现 出零 电阻和 完 全抗 磁 性 （ 即迈 斯纳 效 应） 。在 超 导研 究 中 ，有一 个 重大 科 学 问题 是如 何获 得 更高 的超 导 转变 温 度 。超 导态 需要 电 了配 对和 凝 聚 才能 形成 ，因此研 究 如何 配对 是其 中 的核 心 问题 。传 统 的超 导理 论 ，即 Ｂ ｃ ｓ
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氧化镧弥散强化铁基钢合金的制备及性能研究
二期阅读汇报 第一章 绪论 一、前言——延伸阅读《稀土氧化物掺杂钢合金工艺》 1.1固-固掺杂 在铁基体的粉末中直接添加稀土氧化物粉末，基体来自于高纯度的母合金锭制成的粉末，第二相即为纳米级稀土氧化物粉末。在制取掺杂粉末的过程中，一般采用机械混合法，用球磨机等设备将粉末机械地掺和均匀。掺杂粉末制取以后，再经压制成形、烧结、烧结后处理、轧制等工艺，最终制得所需的坯料、板材或线材等。在掺杂量比较大的情况下，固-固掺杂工艺是可行的，掺杂物可以比较均匀的分布在基体粉末中。它的优点是可以很好的控制掺杂量，生产周期短，易于组织生产及实现工业化。但是在掺杂量很少时，特别是制取低稀土钢材时，固-固掺杂就很难保证掺杂均匀，不均匀的粉末也就很难制出均匀的烧结坯，从而导致所制得的钢材性能不能达到理想要求。 1.2液-固掺杂 在掺杂量很少时，固-固掺杂很难保证掺杂的均匀性。为了解决这个问题，掺杂剂可以以溶液的方式掺杂在钢合金粉末中，即采用液-固掺杂方式。液-固掺杂是将稀土元素以稀土盐溶液的形式加入到钢合金粉中。在还原过程中，稀土盐分解，钢合金粉中的稀土元素以氧化物和稀土-铁复合氧化物的形式存在。掺杂钢合金粉末再经压制成形、烧结、烧结后处理、轧制等工艺，最终制得所需的坯料、板材或线材等。 液-固掺杂是在固-固掺杂的方法上发展起来的，无论是高稀土掺杂还是低稀土掺杂，都可以保证稀土元素分布较均匀，掺杂量容易控制。但液-固掺杂的后续工序长，生产周期也较长，设备投入多，加入调浆不均或烘干时出现偏析的话，它的均匀性还是不好的。 1.3液-液掺杂 稀土氧化物在铁基体中主要起弥散强化作用，因此，弥散相的均匀分布有着重要意义。固-固掺杂和液-固掺杂都难以充分保证稀土元素在基体中均匀分布。如果将掺杂基体和掺杂剂都以溶液方式混合在一起，基体和掺杂元素的均匀性就必然好得多。 稀土氧化物液-液掺杂是一种新技术，目前研究和报道的很少。 二、钢的热强性 2.1高温蠕变 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作用下会产生连续塑性变形，这是零件的失效形式往往不是断裂而是尺寸超过允许变形量，这种塑性变形称为蠕变。高温时，材料受力作用时间越长，它的强度值越低。热强行表示金属在高温和在和长时间作用下抵抗蠕变和断裂的能力，即高温强度。如图所示是典型的蠕变曲线。对于一定的材料，蠕变的大小是应力、温度和时间的函数。
蠕变曲线揭示了高温下金属强度本质的变化规律。可以认为，蠕变现象的本质是金属在高温和应力双重作用下金属强化和弱化（消强化）两个过程同时发生和发展的结果。在常温下，当金属承受的应力超过其屈服极限时，会发生变形，并由变形引起强化。当强化使强度与承受的应力相等时，会发生变形，并由变形引起强化。当强化时强度与承受的应力相等时，变形即告终止。这时，即使长时间承受应力，也不会有蠕变现象发生。可是如果金属受载时所处的温度超过该金属的再结晶温度，那么在形变强化的同时，金属组织中会发生回复及再结晶等一系列的消强化过程，则纯强化结果永远不能与外部载荷达到平衡，新的变形将持续产生，因而出现了蠕变现象。由于弱化过程需要一定的时间，所以蠕变的变形量也是时间的函数。 2.2表证材料的热强行指标 表征材料的热强性指标主要有以下几种： （1）蠕变极限：是指在一定温度下，在规定时间内使材料产生一定蠕变变形量的最大应力。如σ550100000/1=68.6MN/m²，表示钢在550℃经105h工作或实验后，允许总变形量为1%时的应力为68.6MN/m²。 （2）持久强度：是指在规定的温度下（T），材料达到规定的持续时间（τ）而不发生断裂的最大应力，通常用 σTτ表示，如σ7001000表示在700℃下，经1000h后的破坏应力。 （3）持久寿命：是指材料在某一定温度和规定应力作用下，从作用开始到拉断的时间，是表征材料在高温下对破断的抗力的指标。 （4）应力松弛：材料在高温长期应力作用下，其总变形量不变，材料中的应力随时间增长而自发地逐渐下降的现象称为应力松弛。 （5）机械疲劳：高温机械疲劳指金属材料抵抗高温疲劳能力的大小，用在一定温度下测得的疲劳极限来表示，疲劳极限表现一种材料对周期应力的承受能力。 （6）热疲劳：航空发动机叶片、导向叶片、涡轮盘等零部件经常在温度急剧交变的情况下工作，同样，电厂中汽轮机的部件也会出现由于温度交变而造成的损坏现象。 三、耐热钢及耐热合金 3.1提高耐热钢高温强度的措施 从材料的强度与晶体结构出发，提高耐热钢高温强度的措施有以下几个： （1）强化基体，提高合金基体原子间的结构力，增大原子自扩散激活能。金属熔点越高，金属原子间结合将越强，耐热合金要选用熔点高的金属作为基体，铁基、镍基、钼基耐热合金的熔点依次升高。 （2）采用面立方结构的钢或合金。因为面心立方晶格比体心立方晶格致密度大，结合力强，再结晶温度高。 （3）强化晶界和改善晶界结构状态。提高晶界激活能，阻碍晶界运动。 （4）使晶粒粗化。高温使金属的破断与常温下不同，主要是沿晶界发生，晶粒粗大则晶界少，高温强度高。 （5）改变金属中位错组态。位错在滑移（或孪生）时受到运动阻力越大，则金属抗变形能力越大；而减缓位错的扩散、攀移也会抑制扩散形变。因此改变金属中位错组态对热强性的影响将起巨大的作用。 （6）弥散相强化。合金中的第二相质点周围存在应力场，这种应力场对位错运动有阻碍作用，因而可强化合金。这种强化作用效果取决于弥散相质点的大小、分布和高温下的稳定性。 （7）钢中加入能提高再结晶温度的合金元素如Cr、Mo，可提高钢的高温强度。 （8）采用适当的热处理。一方面耐热钢可以获得需要的晶粒度，另一方面可以改善强化相的分布状态，调整基体与强化相的成分。 3.2耐热钢分类 耐热钢的分类方法有很多，但主要有两种。 （1）按组织结构分类。由于耐热钢的化学成分及热处理工艺不同，根据钢的组织状态可分为以下几种： ①珠光体型耐热钢。这类耐热钢的组织主要是珠光体，一般在600℃以下工作，低合金铬钨钢、铬硅钢、铬镍铝钢是这类耐热钢的类型，在蒸汽轮机和锅炉制造中应用广泛。 ②铁素体类型耐热钢。这类钢的组织是以铁素体为基体，一般在350~650℃温度范围内工作，06Cr13Si3、10Cr17、16Cr25N等钢种均属此类，由于它们具有优异的抗氧化和耐水溶液腐蚀的性能，因此在动力工业、石油等领域中获得了广泛应用。 ③奥氏体型耐热钢。该类钢的组织以奥氏体为基体，可在600~870℃温度范围内工作，作为抗氧化钢可用到1200℃，代表性的钢种是含镍高于8%的铬镍奥氏体耐热钢，它们具有优异的抗氧化性能、良好的冶炼加工性能以及力学性能。因此在各类工业中应用广泛。 ④马氏体型耐热钢。含铬为9%~13%的铬钢是该类钢的代表，在室温下组织为马氏体。在650℃以下具有较好的抗氧化性能，在600℃以下具有较好的热强性，因此在蒸汽轮机制造中获得了广泛的应用。 （2）按照钢的特性可为以下几种： ①抗氧化钢。这类钢在高温下具有较好的抗氧化性能而强度要求不高。例如，制造各类加热炉用零件和热交换器，制造锅炉用吊挂、加热炉炉底板和辊道以及炉管等，在这些情况下，抗氧化性能是主要指标，部件本身并不承受很大的附加应力。 ②热强钢。它是指在高温时既能承受相当的附加应力又要具有优异的抗高温气体腐蚀的钢种。例如，汽轮机、燃汽轮机的转子和叶片，高温下工作的螺栓和弹簧，内燃机的进气阀、排气阀等。 ③耐热合金。它是指使用温度一般可达850℃以上的镍基和难熔金属为基的合金，主要有Fe—Ni基、Ni基、Co基。由于以镍和难熔金属为基的耐热合金具有比铁及合金更高的耐热温度，又有良好的工艺性能，因而耐热高温合金特别是镍基合金得到了广泛使用。 3.3耐热钢的合金化 为提高耐热钢的抗氧化性和热强性，耐热钢中常用的合金元素有铬、钼、钨、铝、硅、镍、钛等。 （1）碳。碳能强化钢，在较低温度工作时，钢的蠕变主要以滑移为主，碳起积极作用；在高温时，钢的蠕变以扩散塑性变形为主，而碳促进了铁原子的自扩散，碳起不利作用。 （2）铬。铬是提高耐热钢抗氧化性。耐蚀性的主要元素。 （3）钼。钼是提高低合金耐热钢热强性的主要元素，溶入基体起固溶强化作用。 （4）铝。铝是提高抗氧化性的主要元素，可以提高FeO生成的温度，改善钢的高温化学稳定性。 （5）硅。硅是提高抗氧化性的元素。 （6）镍。镍主要为了改善钢的工艺性能，获得奥氏体组织而加入的，其对抗氧化性影响不大。 （7）锰。锰对钢的抗氧化性影响较弱，能扩大FeO的生成温度范围，略降低抗氧化性能。 （8）钒、钛、铌。这些元素能形成稳定的碳化物，提高钢的松弛稳定性，也能提高热强性。 （9）稀土。少量稀土金属能够提高耐热钢和耐热合金的抗氧化性能。 四、粉末冶金高温合金 粉末冶金高温合金是指在650℃以上的高应力状态下长时间使用的材料。按基体元素主要可分为铁基高温合金（650~850℃）、镍基高温合金（800~1100℃）和钴基高温合金（800~1100℃）。为改进喷发动机的效率和使用性能，要求不断研制出强度较高的高温合金。但这些高温合金在强度增高的同时，常规的热加工性却大大变坏，而粉末冶金工艺可以改变这种状态，故常用粉末冶金高温合金来替代相应的传统的铸锻材料。 4.1弥散强化 弥散强化材料是指金属或合金基体相与高度弥散的、基本上不溶于基体的金属或非金属相所组成的粉末冶金材料。弥散强化材料的强度不仅取决于基体和弥散相的本性，而且还决定于弥散相的数量、粒度和粒度分布、形态以及弥散像与基体的结合情况，同时也与制造工艺相关。 弥散强化材料的主要特征是高温强度高和抗蠕变性能好。强化机理与沉淀强化类似。但沉淀强化合金在高于沉淀相生成温度加热时，沉淀相会发生粗化和重溶，因此使用温度受到限制。而弥散强化合金，弥散相可以稳定到基体固相线温度。弥散质点的存在改变了合金的屈服强度、加工硬化、蠕变和断裂行为。高温强度，特别是蠕变速率受弥散相几何参数[即基体中质点间的间距、质点的直径、形状（长宽比）]的影响。其机制既受位错绕过第二项的影响，也受晶界滑移的影响，还没有一个被普遍接受的蠕变模型。弥散相选择的一般原则是：生成自由能高，熔点高，与基体不互溶，相界