第6章耐熱鋼-2014

1、第六章第六章 耐熱鋼耐熱鋼熱強(qiáng)性抗氧化性能強(qiáng)化方式熱強(qiáng)鋼抗氧化鋼其它耐熱合金(簡介) 高溫 常溫工作零件的在哪？ 原子擴(kuò)散原子擴(kuò)散如何提高晶界強(qiáng)度？如何提高晶界強(qiáng)度？ 如何提高熱強(qiáng)性？如何提高熱強(qiáng)性？ 組織轉(zhuǎn)變組織轉(zhuǎn)變?nèi)绾伪３譄釓?qiáng)性？如何保持熱強(qiáng)性？ 如何保持組織穩(wěn)定性？如何保持組織穩(wěn)定性？6.1 耐熱鋼工作條件及性能 n 最基本的要求：最基本的要求： 高的高溫強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度及塑性高的高溫強(qiáng)度、高溫疲勞強(qiáng)度及塑性熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼 高的高溫化學(xué)穩(wěn)定性（特別是抗氧化性能）高的高溫化學(xué)穩(wěn)定性（特別是抗氧化性能）熱穩(wěn)定鋼熱穩(wěn)定鋼(抗抗氧化鋼）氧化鋼） 良好的工藝性能及物理性能。良好的工藝性能及物理性能

2、。n 工作條件工作條件 蒸汽鍋爐、蒸汽渦輪，航空工業(yè)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等許多工作蒸汽鍋爐、蒸汽渦輪，航空工業(yè)的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等許多工作部件在高溫下工作。不僅要承力，還與高溫蒸氣、燃?xì)?、部件在高溫下工作。不僅要承力，還與高溫蒸氣、燃?xì)狻⒖諝獾冉佑|，發(fā)生氧化與氣體腐蝕。通常把在高溫條件空氣等接觸，發(fā)生氧化與氣體腐蝕。通常把在高溫條件工作的鋼稱為耐熱鋼。工作的鋼稱為耐熱鋼。 耐熱鋼的高溫性能指標(biāo)耐熱鋼的高溫性能指標(biāo)1. 1. 蠕變及蠕變強(qiáng)度蠕變及蠕變強(qiáng)度 蠕變：蠕變：鋼和合金在溫度和應(yīng)力作用下將發(fā)生連續(xù)而緩慢的鋼和合金在溫度和應(yīng)力作用下將發(fā)生連續(xù)而緩慢的變形。變形。 蠕變強(qiáng)度：蠕變強(qiáng)度：它表示在某溫度下，在規(guī)

3、定時(shí)間達(dá)到規(guī)定變形它表示在某溫度下，在規(guī)定時(shí)間達(dá)到規(guī)定變形（如（如0.1%）時(shí)所能承受的應(yīng)力。）時(shí)所能承受的應(yīng)力。 可用可用 0.1/10000700 來表示。來表示。 主要針對(duì)使用過程中不允許有稍大變形的尺寸精確的零件，主要針對(duì)使用過程中不允許有稍大變形的尺寸精確的零件，如高溫高壓下工作的鋼管、蒸汽渦輪葉片。如高溫高壓下工作的鋼管、蒸汽渦輪葉片。 2. . 持久強(qiáng)度與持久塑性持久強(qiáng)度與持久塑性 l持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度在規(guī)定溫度和規(guī)定時(shí)間引起斷裂所能承受的最大應(yīng)力在規(guī)定溫度和規(guī)定時(shí)間引起斷裂所能承受的最大應(yīng)力值。值。 通常在設(shè)計(jì)使用時(shí)間不太長（通常在設(shè)計(jì)使用時(shí)間不太長（100-100-幾千小時(shí)）幾

4、千小時(shí)）就可以更換的零件或不要求尺寸精確，但不允許斷裂就可以更換的零件或不要求尺寸精確，但不允許斷裂的長期工作零件。的長期工作零件。l塑性塑性反映鋼材在高溫長期應(yīng)力下斷裂時(shí)的塑性。反映鋼材在高溫長期應(yīng)力下斷裂時(shí)的塑性。 許多鋼種在短時(shí)試驗(yàn)時(shí)其塑性可能很高，但經(jīng)高溫長期許多鋼種在短時(shí)試驗(yàn)時(shí)其塑性可能很高，但經(jīng)高溫長期試驗(yàn)后鋼的塑性有急劇下降趨勢(shì)，呈現(xiàn)出蠕變脆性。試驗(yàn)后鋼的塑性有急劇下降趨勢(shì)，呈現(xiàn)出蠕變脆性。3. 3. 持久壽命持久壽命 它表示在規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力作用下拉斷的時(shí)間。它表示在規(guī)定溫度和規(guī)定應(yīng)力作用下拉斷的時(shí)間。4. 4. 應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛 高溫下工作的緊固件，在力的作用方向和零件尺寸

5、不改變高溫下工作的緊固件，在力的作用方向和零件尺寸不改變的條件下，工作零件中應(yīng)力自發(fā)降低的過程稱為應(yīng)力松弛的條件下，工作零件中應(yīng)力自發(fā)降低的過程稱為應(yīng)力松弛現(xiàn)象。高溫下工作的緊固件要求有低的應(yīng)力松弛性能。現(xiàn)象。高溫下工作的緊固件要求有低的應(yīng)力松弛性能。 5. 5. 高溫疲勞強(qiáng)度高溫疲勞強(qiáng)度6. 6. 熱疲勞熱疲勞 熱強(qiáng)性如何提高？ 提高基體原子間結(jié)合力提高基體原子間結(jié)合力 金屬熔點(diǎn)：高金屬熔點(diǎn)：高 晶格類型：奧氏體晶格類型：奧氏體 合金元素：固溶合金元素：固溶 增強(qiáng)組織結(jié)構(gòu)的抗蠕變能力增強(qiáng)組織結(jié)構(gòu)的抗蠕變能力 回火馬氏體蠕變極限最高回火馬氏體蠕變極限最高 鐵素體和珠光體組織持久塑性高鐵素體和珠

6、光體組織持久塑性高 耐熱鋼的強(qiáng)化耐熱鋼的強(qiáng)化l 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化（MoMo, W, Cr, W, Cr為主）為主）合金晶格類型：合金晶格類型：fcc-Fe bcc-Fe, 奧氏體型鋼要奧氏體型鋼要比比F、M、P型鋼的蠕變抗力高。型鋼的蠕變抗力高。固溶體結(jié)合力：固溶體結(jié)合力：合金化合金化固溶體原子間結(jié)合固溶體原子間結(jié)合 力，力，Mo、W、Cr比比Mn、Si 、 Ni作用較大。作用較大。常用合金元素對(duì)工業(yè)純鐵蠕變極限的影響常用合金元素對(duì)工業(yè)純鐵蠕變極限的影響l 晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化 純化、凈化晶界（純化、凈化晶界（B B，Re,Re, CaCa ）; ; 填充晶界空位，阻礙擴(kuò)散（填充晶界空位，阻礙擴(kuò)散

7、（B B，CeCe）；）； 晶界沉淀強(qiáng)化（晶界沉淀強(qiáng)化（B B）。）。凈化晶界：凈化晶界：雜質(zhì)易偏聚在晶界，形成易熔夾雜物雜質(zhì)易偏聚在晶界，形成易熔夾雜物 晶界強(qiáng)度。晶界強(qiáng)度。Re、B 優(yōu)先結(jié)合雜質(zhì)，形成優(yōu)先結(jié)合雜質(zhì)，形成 高熔點(diǎn)化合物，異質(zhì)晶核高熔點(diǎn)化合物，異質(zhì)晶核從晶界轉(zhuǎn)入晶內(nèi)從晶界轉(zhuǎn)入晶內(nèi)填充空位填充空位：晶界上空位多，原子易快速擴(kuò)散。晶界上空位多，原子易快速擴(kuò)散。B 易偏聚晶界，易偏聚晶界，晶界空位。晶界空位。l 沉淀強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化 只有穩(wěn)定的只有穩(wěn)定的MCMC型碳化物型碳化物或或耐熱的金屬間化合物耐熱的金屬間化合物的的沉淀強(qiáng)化才使沉淀強(qiáng)化才使 鋼具有好的高溫強(qiáng)度。鋼具有好的高溫強(qiáng)度。l

8、 熱處理強(qiáng)化熱處理強(qiáng)化控制晶粒度；控制晶粒度；改善強(qiáng)化相分布狀態(tài)。改善強(qiáng)化相分布狀態(tài)。 l 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化l 形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化 高溫化學(xué)穩(wěn)定性高溫化學(xué)穩(wěn)定性 1. Fe1. Fe的氧化膜的結(jié)構(gòu)的氧化膜的結(jié)構(gòu) 575以下，以下，F(xiàn)e2O3和和Fe3O4層層; 575 以上，表層以上，表層Fe2O3, 中間層中間層Fe3O4，內(nèi)層內(nèi)層FeO，約約1:10:100 （氧化速度加快）氧化速度加快）。 FeO：結(jié)構(gòu)疏松，結(jié)合力弱，易剝落；：結(jié)構(gòu)疏松，結(jié)合力弱，易剝落； Fe2O3、Fe3O4：結(jié)構(gòu)致密，和基體結(jié)合好。：結(jié)構(gòu)致密，和基體結(jié)合好。 要提高鋼的抗氧化性，首先要阻止要提高鋼的抗氧化性，首先要阻

9、止FeO出現(xiàn)。出現(xiàn)。 加入合金元素，使加入合金元素，使FeO形成溫度提高，且優(yōu)先形成穩(wěn)定氧形成溫度提高，且優(yōu)先形成穩(wěn)定氧化物；化物； 形成穩(wěn)定而致密氧化膜。形成穩(wěn)定而致密氧化膜。2. 2. 合金元素對(duì)鋼的氧化速度的影響合金元素對(duì)鋼的氧化速度的影響 l 氧化膜的結(jié)構(gòu)要求：氧化膜的結(jié)構(gòu)要求：穩(wěn)定、致密、牢固（與基體結(jié)合緊密）。穩(wěn)定、致密、牢固（與基體結(jié)合緊密）。l 加入加入Cr, Si, AlCr, Si, Al等，等， CrCr、AlAl可單獨(dú)加入，可單獨(dú)加入，Si Si 只能作輔加元只能作輔加元素素 ( (增加鋼的脆性增加鋼的脆性) )。l 可以提高可以提高FeOFeO出現(xiàn)的溫度，改善鋼的高溫

10、化學(xué)穩(wěn)定性出現(xiàn)的溫度，改善鋼的高溫化學(xué)穩(wěn)定性; ;l CrCr2 2O O3 3或或AlAl2 2O O3 3或或SiOSiO2 2；FeO-CrFeO-Cr2 2OO3 3或或FeO-AlFeO-Al2 2OO3 3等尖晶石等尖晶石氧化物膜；氧化物膜；FeFe2 2SiOSiO4 4氧化膜。氧化膜。 耐熱鋼的合金化耐熱鋼的合金化Cr：鋼抗氧化性主要元素。形成致密而穩(wěn)定的鋼抗氧化性主要元素。形成致密而穩(wěn)定的Cr2O3 T，Cr。如。如600650，需要，需要5%Cr ；800時(shí)，時(shí)， 為為12%Cr，固溶強(qiáng)化效果。固溶強(qiáng)化效果。Mo、W：低合金熱強(qiáng)性重要元素。低合金熱強(qiáng)性重要元素。 固溶強(qiáng)化；

11、析出穩(wěn)定相。固溶強(qiáng)化；析出穩(wěn)定相。Al：抗氧化性的有效元素?？寡趸缘挠行г?。 在在1000時(shí)，時(shí)， 6%Al18%Cr水平。水平。冶金工冶金工 藝性，藝性， 使鋼變脆。使鋼變脆。 不能單獨(dú)加入，作為輔助合金化元素。不能單獨(dú)加入，作為輔助合金化元素。Si：抗氧化性的輔助元素。但效果比抗氧化性的輔助元素。但效果比Al還要有效，但使還要有效，但使鋼鋼 脆性大，用脆性大，用Si代替部分代替部分Cr。 一般在一般在23%Si。 Ni：獲得奧氏體組織（一般在奧氏體耐熱鋼中使用）。獲得奧氏體組織（一般在奧氏體耐熱鋼中使用）。 Ti、Nb、V：形成穩(wěn)定形成穩(wěn)定K，鋼松弛穩(wěn)定性，鋼松弛穩(wěn)定性，熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性

12、C：較低。一方面起強(qiáng)化作用，另一方面促進(jìn)鐵原子擴(kuò)散，較低。一方面起強(qiáng)化作用，另一方面促進(jìn)鐵原子擴(kuò)散，K聚集長聚集長 大大 盡可能盡可能C。一般小于。一般小于0.5%，多在小于，多在小于0.2%。 耐熱鋼分類耐熱鋼分類 lF F型型耐熱鋼耐熱鋼 350-650350-650 包括包括F-PF-P、F F、MM耐熱鋼。耐熱鋼。l奧氏體奧氏體耐熱鋼耐熱鋼 600-8600-80000 。 包括固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化奧氏體耐熱鋼包括固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化奧氏體耐熱鋼 耐熱合金分類耐熱合金分類l鐵基合金：鐵基合金：750-850 750-850 lNi/CoNi/Co基合金，基合金，650-1150650-11

13、50。lMo/NbMo/Nb基合金，基合金，10001000。6.6.2 2 耐熱鋼鋼種耐熱鋼鋼種（一）（一）F-P F-P 耐熱鋼耐熱鋼 按用途主要有鍋爐鋼管、緊固件和轉(zhuǎn)子用鋼等幾大類。按用途主要有鍋爐鋼管、緊固件和轉(zhuǎn)子用鋼等幾大類。 1、鍋爐鋼管、鍋爐鋼管常用鋼種常用鋼種 高溫和高壓，高溫?zé)煔夂退羝邷睾透邏?，高溫?zé)煔夂退羝? ,安全可靠安全可靠 抗氧化和耐抗氧化和耐蝕，組織穩(wěn)定蝕，組織穩(wěn)定, ,工藝性能好。工藝性能好。 1212Cr1MoVCr1MoVG G，15CrMo15CrMoGG, , 12Cr2MoWVSiTiB12Cr2MoWVSiTiBGG 合金元素作用：合金元素作用：

14、 V V，TiTi 沉淀強(qiáng)化；沉淀強(qiáng)化； Mo Mo、WW、CrCr 固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化； Si Si和和CrCr 提高抗氧化性；提高抗氧化性； B B 強(qiáng)化晶界。強(qiáng)化晶界。 n成分、熱處理、組織成分、熱處理、組織 合金元素總量不超過合金元素總量不超過5%5%。 一般采用正火或正火加高溫回一般采用正火或正火加高溫回火：得到火：得到F+PF+P組織；也有少量通過快冷或淬火組織；也有少量通過快冷或淬火+ +高溫回火：高溫回火：得到得到B B或或MM組織。組織。n 用途用途：多用于鍋爐蒸汽管道，在多用于鍋爐蒸汽管道，在450-620450-620蒸汽介質(zhì)中長蒸汽介質(zhì)中長期運(yùn)轉(zhuǎn)。期運(yùn)轉(zhuǎn)。n 強(qiáng)化方法強(qiáng)

15、化方法 固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化：以：以Mo, W, CrMo, W, Cr為為主要元素主要元素 碳化物沉淀強(qiáng)化碳化物沉淀強(qiáng)化：以：以V, Ti, NbV, Ti, Nb為主要元素為主要元素 從提高高溫強(qiáng)度（持久強(qiáng)度）：從提高高溫強(qiáng)度（持久強(qiáng)度）： MCMMCM2 2CMCM6 6CMCM2323C C6 6MM7 7C C3 3 1212Cr1MoVGCr1MoVG鋼為例鋼為例： 980980加熱后加熱后 爐冷爐冷 F + PF + P組織組織 持久強(qiáng)度最低，持久塑性最高持久強(qiáng)度最低，持久塑性最高 空冷空冷 （粒狀（粒狀 B +B +少量少量 F +F +少量少量 M M ）組織組織 高溫回火高溫回

16、火 （740740） 淬火淬火 M M 組織組織- -高溫回火（高溫回火（740740） 高溫回火（高溫回火（740740）- -回火回火T-ST-S組織組織 持久強(qiáng)度最高，持久塑性居中持久強(qiáng)度最高，持久塑性居中 回火溫度回火溫度 = = 使用溫度使用溫度 + 100150 + 100150 2 2、緊固件用珠光體耐熱鋼、緊固件用珠光體耐熱鋼 緊緊固固件件處于初緊預(yù)應(yīng)處于初緊預(yù)應(yīng)力狀態(tài)工作力狀態(tài)工作高的屈服強(qiáng)度、高的屈服強(qiáng)度、松弛穩(wěn)定性，松弛穩(wěn)定性，缺口敏感性小，缺口敏感性小，一定抗氧化性。一定抗氧化性。CCr/ Mo/ V常用鋼：常用鋼：35CrMoV、25Cr2MoV鋼常用作中壓鋼常用作中

17、壓 氣輪機(jī)的氣輪機(jī)的 螺栓和螺母材料，螺栓和螺母材料，25Cr2Mo1V鋼鋼 在高壓電廠中在高壓電廠中 廣泛使用。廣泛使用。3 3、轉(zhuǎn)子用鋼、轉(zhuǎn)子用鋼主軸、葉輪主軸、葉輪或整鍛轉(zhuǎn)子或整鍛轉(zhuǎn)子 熱強(qiáng)性，沿軸向、徑向均勻一致熱強(qiáng)性，沿軸向、徑向均勻一致的綜合力學(xué)性能的綜合力學(xué)性能淬透性。淬透性。常用鋼種：常用鋼種：汽輪機(jī)葉輪常用中碳珠光體熱強(qiáng)鋼汽輪機(jī)葉輪常用中碳珠光體熱強(qiáng)鋼 制造。如制造。如35Cr2MoV、33Cr3WMoV鋼鋼過熱蒸汽，復(fù)雜應(yīng)過熱蒸汽，復(fù)雜應(yīng)力（扭力（扭/彎彎/熱等）熱等）（二）馬氏體耐熱鋼（二）馬氏體耐熱鋼 1 1、葉片用鋼、葉片用鋼 由由低低C C Cr13Cr13型型馬氏

18、體不銹鋼馬氏體不銹鋼轉(zhuǎn)變而來，加入轉(zhuǎn)變而來，加入W, Mo, V, W, Mo, V, Nb, N, BNb, N, B ， Cr12Cr12型馬氏體耐熱鋼。型馬氏體耐熱鋼。 可作可作570570汽輪機(jī)葉片汽輪機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子。具有良好的消震性，但其轉(zhuǎn)子。具有良好的消震性，但其組織穩(wěn)定性差。組織穩(wěn)定性差。 主要碳化物為主要碳化物為( (Cr, M)Cr, M)2323C C6 6，還有其它碳化物。還有其它碳化物。 鋼種：鋼種：12Cr12Mo, 14Cr12MoV, 15Cr12WMoV12Cr12Mo, 14Cr12MoV, 15Cr12WMoV。 回火回火T T- -回火回火S S 強(qiáng)化相為強(qiáng)

19、化相為MM2323C C6 6，MCMC和和MM6 6C,C, 或或FeFe2 2W W ； 組織：組織：650-750 650-750 回火回火-回火回火T-ST-S組織。組織。2 2、氣閥鋼、氣閥鋼l 內(nèi)燃機(jī)排氣閥工作條件非?？量虄?nèi)燃機(jī)排氣閥工作條件非?？量? : 700850工作，工作，受到燃?xì)獾母邷馗g、氧化腐蝕和沖刷腐蝕磨損受到燃?xì)獾母邷馗g、氧化腐蝕和沖刷腐蝕磨損,熱疲勞熱疲勞 。l 常用鋼號(hào)有常用鋼號(hào)有4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo。l 采用采用1050淬火加熱、油冷，淬火加熱、油冷，700左右回火，回左右回火，回火屈氏體索氏體，保持馬氏體形貌特征?；鹎象w索氏體，保持馬氏

20、體形貌特征。l 高于高于750的閥門需要的閥門需要采用奧氏體型熱強(qiáng)鋼。采用奧氏體型熱強(qiáng)鋼。（三）工業(yè)爐用耐熱鋼（抗氧化鋼）（三）工業(yè)爐用耐熱鋼（抗氧化鋼） Fe-Al-MnFe-Al-Mn爐用耐熱鋼爐用耐熱鋼 + +少量少量 ，工作溫度工作溫度900 900 左右。左右。Cr-Mn-C-NCr-Mn-C-N爐用耐熱鋼爐用耐熱鋼 （ 組織組織 ） Cr19Mn12Si2N Cr19Mn12Si2N， Cr20Mn9Ni2Si2N Cr20Mn9Ni2Si2N 可用于可用于850-1000850-1000的工業(yè)爐用耐熱件的工業(yè)爐用耐熱件 。高高Cr-NiCr-Ni奧氏體爐用耐熱鋼奧氏體爐用耐熱鋼

21、1000-1200 1000-1200長期工作長期工作 ，3 3Cr18Ni25Si2Cr18Ni25Si2。（四）奧氏體耐熱鋼（四）奧氏體耐熱鋼具有具有B.C.CB.C.C的鐵素體型耐熱鋼，在的鐵素體型耐熱鋼，在600-650600-650溫度溫度條件下的蠕變強(qiáng)度明顯下降。條件下的蠕變強(qiáng)度明顯下降。具有具有F.C.CF.C.C結(jié)構(gòu)的奧氏體型耐熱鋼，在結(jié)構(gòu)的奧氏體型耐熱鋼，在650650或更或更高溫度（高溫度（750 750 ）下有較高的高溫強(qiáng)度；）下有較高的高溫強(qiáng)度；奧氏體型耐熱鋼可分為三類奧氏體型耐熱鋼可分為三類: : 簡單奧氏體耐熱鋼（簡單奧氏體耐熱鋼（Cr18Ni9Cr18Ni9型奧氏

22、體不銹鋼）型奧氏體不銹鋼） 固溶強(qiáng)化型奧氏體耐熱鋼固溶強(qiáng)化型奧氏體耐熱鋼; ; 沉淀強(qiáng)化型奧氏體耐熱鋼。沉淀強(qiáng)化型奧氏體耐熱鋼。 1. Cr18Ni9型奧氏體不銹鋼型奧氏體不銹鋼 Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼在奧氏體不銹鋼在600左右具有較高的持久強(qiáng)度，左右具有較高的持久強(qiáng)度，也可用來制作也可用來制作600左右工作的鍋爐和汽輪機(jī)和鍛件。左右工作的鍋爐和汽輪機(jī)和鍛件。2. 固溶強(qiáng)化型奧氏體耐熱鋼固溶強(qiáng)化型奧氏體耐熱鋼 如如12Crl4Ni9W2NbB、06Cr18Ni14Mo2Nb等，以等，以W、Mo進(jìn)進(jìn)行固溶強(qiáng)化，以硼進(jìn)行晶界強(qiáng)化。行固溶強(qiáng)化，以硼進(jìn)行晶界強(qiáng)化。 這類鋼可用來制造在這類鋼可用

23、來制造在600-700下工作的蒸氣過熱器和動(dòng)下工作的蒸氣過熱器和動(dòng)力裝置的管路，力裝置的管路，680以下燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)、靜葉片及其他鍛件。以下燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)、靜葉片及其他鍛件。鋼具有中等持久強(qiáng)度和高塑性。鋼具有中等持久強(qiáng)度和高塑性。3. 3. 沉淀強(qiáng)化耐熱鋼沉淀強(qiáng)化耐熱鋼 （1 1）碳化物沉淀強(qiáng)化耐熱鋼）碳化物沉淀強(qiáng)化耐熱鋼l 這類鋼的沉淀強(qiáng)化相為這類鋼的沉淀強(qiáng)化相為MC型碳化物，并含有型碳化物，并含有W、Mo等固等固溶強(qiáng)化元素。以溶強(qiáng)化元素。以NbC為沉淀強(qiáng)化相的鋼為為沉淀強(qiáng)化相的鋼為40Cr13Ni13Co10Mo2W3Nb3。l 常用的是以錳部分代鎳的常用的是以錳部分代鎳的35Cr13Mn8Ni

24、8MoVNb （GH2036）鋼，強(qiáng)化相是（）鋼，強(qiáng)化相是（V，Nb）C，它以，它以VC為主，溶為主，溶有部分鈮。有部分鈮。VC析出的最高速度的溫度在析出的最高速度的溫度在670-700，在此，在此溫度時(shí)效后，鋼具有最高的沉淀硬化。另外一種碳化物是溫度時(shí)效后，鋼具有最高的沉淀硬化。另外一種碳化物是復(fù)合的復(fù)合的M23C6型的型的(Cr，Mn，Mo，F(xiàn)e，V)23C6，但不能成，但不能成為沉淀強(qiáng)化相。為沉淀強(qiáng)化相。（2 2）金屬間化合物沉淀強(qiáng)化型耐熱鋼）金屬間化合物沉淀強(qiáng)化型耐熱鋼 合金元素鈦和鋁在奧氏體耐熱鋼時(shí)效過程中能析出金屬合金元素鈦和鋁在奧氏體耐熱鋼時(shí)效過程中能析出金屬化合物化合物為主要沉

25、淀強(qiáng)化相。為主要沉淀強(qiáng)化相。-Ni-Ni3 3（TiTi，AlAl）點(diǎn)陣）點(diǎn)陣常數(shù)與常數(shù)與 基體相近，二者僅稍有差別，當(dāng)基體相近，二者僅稍有差別，當(dāng)相析出時(shí)，相析出時(shí)，能形成共格，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。能形成共格，產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化。 GH2132GH2132（A-286A-286）鋼是典型的金屬間化合物沉淀強(qiáng)化）鋼是典型的金屬間化合物沉淀強(qiáng)化耐熱鋼，用來制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件，有較高的高溫強(qiáng)度，耐熱鋼，用來制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)部件，有較高的高溫強(qiáng)度，可以在可以在650-700650-700使用，對(duì)要求抗氧化而強(qiáng)度要求不高使用，對(duì)要求抗氧化而強(qiáng)度要求不高的零件，可以在的零件，可以在850850長期工作。它還具有好的熱

26、加工長期工作。它還具有好的熱加工性和切削加工性能。性和切削加工性能。1 1）GH2132GH2132（A-286A-286）鋼成分）鋼成分n 其主要成分其主要成分為：為： C 0.08% C 0.08%，Cr 13.5-16%Cr 13.5-16%，Ni 24-27Ni 24-27，Mn 1-2Mn 1-2， Mo 1-1.5 Mo 1-1.5， Ti 1.75-2.30Ti 1.75-2.30， Al0.40%Al1.4%, 產(chǎn)生產(chǎn)生相。含鈦高而含鋁極低時(shí)，析出的相。含鈦高而含鋁極低時(shí)，析出的相不相不穩(wěn)定，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變成簡單六方結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變成簡單六方結(jié)構(gòu)-Ni3Ti（胞狀沉淀）。因（胞

27、狀沉淀）。因此此Al的作用主要用來穩(wěn)定含鈦的的作用主要用來穩(wěn)定含鈦的相的相的FCC結(jié)構(gòu)，保持強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，保持強(qiáng)化作用。鋁含量過高，除形成作用。鋁含量過高，除形成外，還出現(xiàn)外，還出現(xiàn)Ni2AlTi相，其穩(wěn)定相，其穩(wěn)定性差，易聚集長大，不能作為沉淀強(qiáng)化相。性差，易聚集長大，不能作為沉淀強(qiáng)化相。l 當(dāng)鈦的含量增加至當(dāng)鈦的含量增加至2.15%，產(chǎn)生最大的沉淀強(qiáng)化作用；當(dāng)鈦，產(chǎn)生最大的沉淀強(qiáng)化作用；當(dāng)鈦的含量過高時(shí)的含量過高時(shí),易產(chǎn)生缺口敏感性，除加入鉬改善外，還需加易產(chǎn)生缺口敏感性，除加入鉬改善外，還需加入入V和和B才能消除。才能消除。l B能產(chǎn)生晶界強(qiáng)化能產(chǎn)生晶界強(qiáng)化, 并能提高持久塑性，并能提高持久

28、塑性，B0.001-0.01%。l C、Si和和Mn要控制在下限，要控制在下限，B控制在中下限?？刂圃谥邢孪?。nGH2132GH2132（A-286A-286）鋼的熱處理）鋼的熱處理 固溶處理溫度為固溶處理溫度為980-1000980-1000：可獲得合適的晶粒度，成：可獲得合適的晶粒度，成分均勻，具有較高的伸長率、成型性和焊接性。分均勻，具有較高的伸長率、成型性和焊接性。 時(shí)效溫度為時(shí)效溫度為700-760700-760，沉淀強(qiáng)化效果最好。，沉淀強(qiáng)化效果最好。以極小的以極小的球狀顆粒分布在基體上，與基體共格。球狀顆粒分布在基體上，與基體共格。（3 3）鐵基耐熱合金）鐵基耐熱合金l用用WW、M

29、oMo、TiTi、AlAl進(jìn)一步強(qiáng)化的鐵基耐熱合金如進(jìn)一步強(qiáng)化的鐵基耐熱合金如GH2135GH2135（Cr15Ni35W2Mo2Ti2Al2.5Cr15Ni35W2Mo2Ti2Al2.5）等，可在）等，可在700-750700-750工作。工作。lGH2150GH2150（Cr14Ni40W4Mo2Ti2.5Al2Cr14Ni40W4Mo2Ti2.5Al2）等可在）等可在800800工作，以取代鎳基合金。工作，以取代鎳基合金。l但在長時(shí)間高溫作用，在晶界易析出脆性相，降低組織但在長時(shí)間高溫作用，在晶界易析出脆性相，降低組織穩(wěn)定性和造成脆化傾向。這需要從調(diào)整成分和細(xì)化晶粒穩(wěn)定性和造成脆化傾向。

30、這需要從調(diào)整成分和細(xì)化晶粒來減少其析出程度。來減少其析出程度。6. 3 6. 3 鎳基耐熱合金鎳基耐熱合金 一合金化原理一合金化原理l 鐵基耐熱合金的最高工作溫度只能達(dá)到鐵基耐熱合金的最高工作溫度只能達(dá)到750-850750-850，在更，在更高溫度下使用的是鎳基耐熱合金。鎳基合金是在高溫度下使用的是鎳基耐熱合金。鎳基合金是在Cr20Ni80Cr20Ni80基礎(chǔ)上加入大量強(qiáng)化元素如鎢、鉬、鈦、鋁、鈮、鈷、鉭等?；A(chǔ)上加入大量強(qiáng)化元素如鎢、鉬、鈦、鋁、鈮、鈷、鉭等。l 鎳基耐熱合金中采用金屬間化合物作為沉淀強(qiáng)化相，首先采鎳基耐熱合金中采用金屬間化合物作為沉淀強(qiáng)化相，首先采用的是用的是-Ni-Ni

31、3 3 (Ti, Al) (Ti, Al)相。相。 -Ni-Ni3 3 (Ti, Al) (Ti, Al)相與鎳基固溶體相與鎳基固溶體有相同的點(diǎn)陣類型和相近的點(diǎn)陣常數(shù)，有相同的點(diǎn)陣類型和相近的點(diǎn)陣常數(shù)，相與基體形成共相與基體形成共格，其相界面能低，使其在高溫下長期停留時(shí)聚集長大速度格，其相界面能低，使其在高溫下長期停留時(shí)聚集長大速度小，且小，且-Ni3(Ti, Al)-Ni3(Ti, Al)相本身具有較好的塑性，故其是理想相本身具有較好的塑性，故其是理想的沉淀強(qiáng)化相。的沉淀強(qiáng)化相。l-Ni-Ni3 3(Ti,Al)(Ti,Al)相對(duì)合金的強(qiáng)化表現(xiàn)在兩方面：相對(duì)合金的強(qiáng)化表現(xiàn)在兩方面： 1 1）共格強(qiáng)化；）共格強(qiáng)化； 2 2）反相疇界強(qiáng)化。）反相疇界強(qiáng)化。l機(jī)制機(jī)制 當(dāng)鎳基合金時(shí)效時(shí)，析出當(dāng)鎳基合金時(shí)效時(shí)，析出相與相與 固溶體保持共格，固溶體保持共格，相相的點(diǎn)陣常數(shù)稍大于的點(diǎn)陣常數(shù)稍大于 固溶體，形成共格界面時(shí)存在匹配度差，固溶體，形成共格界面時(shí)存在匹配度差，因而在因而在相周圍的相周圍的 固溶體中產(chǎn)生畸變應(yīng)力。匹配度差越固溶體中產(chǎn)生畸變應(yīng)力。匹配度差越大，畸變應(yīng)力也越大。這種畸變應(yīng)力場阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提大，畸變應(yīng)力