材料的生態(tài)設(shè)計

第七講符合生態(tài)設(shè)計概念的材料科學(xué)與工程§1生態(tài)設(shè)計概念§2符合生態(tài)設(shè)計概念的材料科學(xué)與工程§3依據(jù)數(shù)據(jù)庫的柔性材料生產(chǎn)技術(shù)§4材料復(fù)合技術(shù)與再生循環(huán)設(shè)計§5材料的長壽命化設(shè)計§6對材料熱處理工藝技術(shù)發(fā)展的影響9/23/20231§1

材料生態(tài)設(shè)計概念9/23/20232生態(tài)設(shè)計的概念

生態(tài)設(shè)計以一切事物為對象，就產(chǎn)品（包括服務(wù)）開發(fā)而言，它是指在評價其整個生命周期中給環(huán)境造成影響的基礎(chǔ)上，提高產(chǎn)品綜合價值的全新的設(shè)計思想。它既是一種具體的設(shè)計方法，又是一種普遍的設(shè)計思想和原則。

生態(tài)設(shè)計（Eco-design）又叫環(huán)境協(xié)調(diào)性設(shè)計，即在產(chǎn)品或材料設(shè)計中，在考慮成本、功能（或性能）、質(zhì)量、外觀等使用性能指標(biāo)的同時，充分考慮產(chǎn)品或材料的環(huán)境性能，達到經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益的和諧統(tǒng)一。9/23/20233生態(tài)設(shè)計的基本原則使用資源豐富的材料，有效利用可再生資源；2.使用物質(zhì)集約度（MI）更小的材料與物品，比如通用鋼材等；3.選擇材料環(huán)境影響值（Eco-indicator）更低的物品；4.盡可能選擇可再生材（因為它的環(huán)境影響值一般都比新材的?。?；5.產(chǎn)品長壽命的原則；6.從生態(tài)學(xué)觀點出發(fā)給產(chǎn)品設(shè)定適當(dāng)?shù)膲勖?.對于在使用狀態(tài)下環(huán)境負(fù)荷大的產(chǎn)品要力求采取徹底減輕環(huán)境負(fù)荷的措施（尤其像汽車、家電、建筑等）；8.盡可能不用有毒物質(zhì)，不得已而使用時必須做到完全循環(huán)再生；有害情況不明的化學(xué)物質(zhì)，在未查清、解除疑團之前不使用（徹底貫徹預(yù)防為主的原則）9.推進非物質(zhì)化，以服務(wù)換產(chǎn)品（性能銷售），減少物質(zhì)化的建設(shè)項目。例如，推行專業(yè)化熱處理服務(wù)，而不是鼓勵興建熱處理車間；發(fā)展更方便的公共交通服務(wù)，而不是鼓勵擁有私車…9/23/20234生態(tài)設(shè)計——小結(jié)生態(tài)設(shè)計是功能設(shè)計、舒適性（包括美學(xué)）設(shè)計和環(huán)境設(shè)計的完美結(jié)合。生態(tài)設(shè)計是以環(huán)境評價和高新技術(shù)為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)中力求做到：３R（減量化、再利用、再生循環(huán)）；驅(qū)除或替代有害物質(zhì)；節(jié)能和尋求清潔能源以及生產(chǎn)過程中的零排放和清潔生產(chǎn)等。所以，生態(tài)設(shè)計就是高新技術(shù)在產(chǎn)品（材料）和社會服務(wù)體系的整個生命周期中科學(xué)、經(jīng)濟、巧妙而有效的應(yīng)用。9/23/20235

符合生態(tài)設(shè)計概念的材料科學(xué)與工程

§29/23/20236在節(jié)能減排和全球化背景下，作為材料工作者，第二個問題更為重要。

環(huán)境材料概念確立之后，材料科學(xué)工作者面臨兩大課題：

一是如何建立和發(fā)展再生循環(huán)體系這一社會性的課題；

二是最低限度地減少不可再生礦產(chǎn)資源采掘量并最大限度地提供高質(zhì)量的工程材料這一技術(shù)性的課題。

雖然鋼鐵材料的研究積累豐富，但大多停留于定性認(rèn)識和實驗結(jié)果的水平，能通過定量計算對最終結(jié)果作預(yù)測的工作極少，至今許多仍在采用的trial-and-error方法開發(fā)的鋼鐵材料品種，充其量也只發(fā)揮了理論強度的20%左右。人們還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能將這種材料的潛力發(fā)揮出來。2.1生態(tài)設(shè)計概念提出的背景9/23/20237

但迄今為止材料研究者一直在致力于研究和開發(fā)更強、更韌、能在更嚴(yán)酷、更極端的環(huán)境下使用的具有更高或特殊性能的材料。結(jié)果是不斷有各種各樣化學(xué)組成的材料被開發(fā)出來，但節(jié)約資源及如何作到易于再生循環(huán)的觀念仍然淡薄?，F(xiàn)在，這種觀念正在不斷改變中。

現(xiàn)在從節(jié)能減排和環(huán)境材料的高度來看，除了對材料成分-過程-性能的精確掌控之外，在最初的材料設(shè)計階段，就應(yīng)考慮材料的再生循環(huán)設(shè)計。9/23/202382.2通用合金從提高金屬材料的再生循環(huán)性這一觀點來看，金屬制品的全部部件由單一合金體系制造是最理想的，而且所用合金元素的種類越少，再生循環(huán)時就越容易對過程進行有效控制。從這個角度考慮，通用合金就是新思維。即是合金種類最少，而且能滿足多種用途要求的標(biāo)準(zhǔn)體系合金。能夠滿足通用特性(比如部件對強度和韌度、耐磨性、耐蝕性等具體性能要求的不同進行分類)的合金系，即在同一合金系中僅變化成分配比而制得(通用合金)。這樣，在再生循環(huán)時，廢料的品位一致，避免了由于雜質(zhì)混入而造成的成分變化。所以通用合金即易于再生循環(huán)，成分變化對材料特性影響明顯的合金系。9/23/20239從上述概念來講，傳統(tǒng)的Fe-C合金系列就是很好的通用合金。Fe-C系碳鋼系列有：結(jié)構(gòu)鋼：（從低碳到高碳系列）10，20,30,40,45…彈簧鋼：70工模具鋼：T7,T8…T12A如果合金鋼從來就沒有出現(xiàn)，問題早就解決了。因為若果真如此，在再生循環(huán)時，充其量只是不同碳含量的鋼材混在一起，按冶金技術(shù)，對含碳量的控制是輕而易舉的，從而又可得到不同用途的鋼。即便存在Si-Mn-S-P等這些常規(guī)元素，現(xiàn)代冶金原理也不難調(diào)整其成分。9/23/202310Fe-Ni-Cr系

合金化對鋼鐵材料性能帶來的巨大改變莫過于Cr的介入，以及隨后其他固溶元素的介入，包括易控制元素如釩的添加，從而形成了由有限的元素構(gòu)成、通過改變其配比可在更大范圍內(nèi)改變其性能的合金系。如Fe-Ni-Cr系:改變Fe，Ni，Cr的相對含量（當(dāng)然包括C），可得到鐵素體鋼到不銹鋼等一系列鋼種，這些鋼的組織及性能有更大的變化，可適應(yīng)許多場合。9/23/202311結(jié)構(gòu)鋼：20Cr40Cr30CrNi340CrNi45CrNi…彈簧鋼：50CrNi50CrVA滲碳鋼：12CrNi212CrNi312Cr2Ni420CrNi3…軸承鋼：GCr15，G20Cr2Ni4…F/A不銹鋼：1Cr17Ni71Cr18Ni90Cr19Ni900Cr19Ni111Cr18Ni120Cr13Ni130Cr25Ni20…M不銹鋼：1Cr17Ni22Cr133Cr13…耐熱鋼：Cr30Ni202Cr23Ni132Cr25Ni201Cr16Ni35…爐用耐熱鋼：1Cr23Ni131Cr23Ni18…電熱體用鋼：Cr20Ni80…上述鋼種，由于成分、組織的差異，性能有很大的不同，應(yīng)用于許多場合，但在化學(xué)成分上，卻只有C-Fe-Cr-Ni，其中碳是易控制元素，其余皆為全保留元素，所以是值得研究的符合通用合金概念的合金體系。9/23/202312

作為合金的強化機制，常用的有馬氏體相變及第二相的析出等相變現(xiàn)象，這些相變或析出現(xiàn)象受化學(xué)組成影響的程度比固溶強化作用更大，當(dāng)偏離某一合金成分時，相變或析出現(xiàn)象有可能完全不發(fā)生。即合金行為對成分構(gòu)成過于敏感，這將影響這些合金體系的工程價值。與此相反，固溶強化與合金組成的關(guān)系是比較平緩而連續(xù)的，再生循環(huán)造成的雜質(zhì)及合金元素量的變動對性能的影響較小，因此，固溶合金可以作為有前途的再生循環(huán)備選材料。固溶體成分（0-100；100-0）可連續(xù)轉(zhuǎn)變示意圖2.3對組成變化不太敏感的合金9/23/202313

以往在處理固溶合金問題時，認(rèn)為原子排列是完全無序的，但隨著近年合金學(xué)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)在固溶體中存在短程有序結(jié)構(gòu)。這種無序的不完全性有可能對以往的固溶強化現(xiàn)象產(chǎn)生影響，溶質(zhì)原子分布的起伏未被定量地測定，也還沒有找到適當(dāng)?shù)姆椒?。因此，關(guān)于固溶合金結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系，過去的認(rèn)識尚不夠充分。今后必須進行系統(tǒng)的研究，這是一個有可能發(fā)現(xiàn)材料科學(xué)新現(xiàn)象的領(lǐng)域。作為處理這種短程有序固溶體問題的統(tǒng)計熱力學(xué)理論，有集團變分法，已從理論上成功地導(dǎo)出了Ni-Al相圖。但是，有關(guān)Ti、Zr等復(fù)雜結(jié)構(gòu)現(xiàn)在尚不能定量計算。此外，用于這種計算的精確的原子間相互作用勢的問題等等，都需要進一步研究。在實驗技術(shù)方面，也需要確立由X射線漫散射等方法測定與評價固溶原子排列無序性的技術(shù)。固溶體的結(jié)構(gòu)與設(shè)計指導(dǎo)原則9/23/202314關(guān)于合金元素的種類與含量對固溶合金無序性(或短程有序)的影響、冷卻速度或熱處理等制造及加工工藝的影響及其應(yīng)用；通過采用集團變分法等統(tǒng)計熱力學(xué)理論及X射線漫散射等測試技術(shù)實現(xiàn)固溶合金的結(jié)構(gòu)控制；通過分析有序、無序性與物理、化學(xué)性能以及力學(xué)性能之間的關(guān)系來確定開發(fā)合金的指導(dǎo)原則。Au-Cu合金的有序排列固溶合金研究開發(fā)的方向9/23/202315

簡單合金的設(shè)計原則——可再生循環(huán)設(shè)計在合金學(xué)中，通過添加合金元素的配比、晶粒度等微觀組織的控制等，以謀求合金的高性能。但在再生循環(huán)時，組成復(fù)雜，分選與分離就困難。簡單組成有以下含意:使合金規(guī)格簡單化，容易分選;原則上不添加現(xiàn)在尚不能精煉脫除的元素。所有的合金最終都要成為可再生循環(huán)設(shè)計的對象。這是因為考慮到對環(huán)境影響的大小，及其直接效應(yīng)的大小，大量消費或大量生產(chǎn)的材料具有組成本來就不復(fù)雜的優(yōu)點。所以，首先應(yīng)該將大量消費的材料作為目標(biāo)（目前雖然有許多成分復(fù)雜的新材料，但因用量少，未成影響環(huán)境的禍?zhǔn)祝?。但是，環(huán)境材料也強調(diào)：單純賦予材料以再生循環(huán)性還不能生產(chǎn)出支撐現(xiàn)代發(fā)達技術(shù)的材料，必須同時充分滿足高強度、高可靠性、舒適性等方面的要求。另外，對于脫除元素的收集和再生循環(huán)利用也應(yīng)在考慮之列。2.4簡單合金9/23/202316

強韌微合金非調(diào)質(zhì)鋼微合金化鋼：（Micro-alloyedsteel）微合金化是一個籠統(tǒng)的概念，通常指在原有主加合金元素的基礎(chǔ)上再添加微量的Nb、V、Ti等碳氮物形成元素，或?qū)αW(xué)性能有影響、或?qū)δ臀g性、耐熱性起有利作用、添加量隨微合金化的鋼類及品種的不同而異，相對于主加合金元素是微量范圍的，如非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼中一般加入量在0.02—0.06%，在耐熱鋼和不銹鋼中加入量在0.5%左右，而在高溫合金中加入量高達1—3%。

微合金化鋼首先限定在熱軋低碳和超低碳范圍，公認(rèn)的基本屬性：①添加的碳氮化物形成元素，在鋼的加熱和冷卻過程中通過溶解一析出行為影響鋼的力學(xué)性能。②由于元素加入量少，強化機制主要是細(xì)化晶粒和沉淀硬化。③控軋控冷技術(shù)對微合金鋼有重要意義。鋼的微合金化和控軋控冷技術(shù)的結(jié)合是微合金化鋼設(shè)計和生產(chǎn)的重要前提。

新型汽車鋼材的開發(fā)遵循簡單合金的原理9/23/202317

非調(diào)質(zhì)鋼最早于1972年由德國蒂森特鋼公司開發(fā)成功,代表鋼種為49MnVS3。由于其具有節(jié)能、節(jié)材和降低成本的優(yōu)點,得到了迅速發(fā)展及推廣,尤其在汽車工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。近幾年對日本、德國、瑞典大量用非調(diào)質(zhì)鋼制造汽車零件。據(jù)統(tǒng)計目前除少數(shù)高性能賽車外,幾乎80%以上的汽車曲軸鍛件均采用非調(diào)質(zhì)鋼制造。我國在非調(diào)質(zhì)鋼的研制與應(yīng)用方面取得了一系列成果;近年來規(guī)?；?、批量地將非調(diào)質(zhì)鋼及其控鍛-控冷技術(shù)應(yīng)用到實際生產(chǎn),已建立了相應(yīng)的控制冷卻生產(chǎn)線，分別用以生產(chǎn)轎車曲軸、連桿。產(chǎn)品質(zhì)量和性能穩(wěn)定,取得顯著的經(jīng)濟、社會效益。近年來隨著計算機技術(shù)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)及精密測量技術(shù)等當(dāng)代高科技與傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)、制造業(yè)的結(jié)合,微合金鋼的開發(fā)應(yīng)用獲得了新的進展,除汽車工業(yè)外,應(yīng)用范圍涉及到建筑用材、重型工程結(jié)構(gòu)(起重機、載重車輛)、高壓輸送管道、橋梁、高壓容器、集裝箱、船舶等。而這些用途鋼材一般占社會對鋼材總需求量的60%左右。所以非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用前景廣闊,是現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)中的主力產(chǎn)品之一。

微合金非調(diào)質(zhì)鋼的發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀與趨勢9/23/202318依據(jù)數(shù)據(jù)庫的柔性材料生產(chǎn)技術(shù)§39/23/202319

3.1材料性能預(yù)測數(shù)據(jù)庫

計算機可以進行輔助材料預(yù)測技術(shù)，特別是將一些理論上暫時不能解釋的現(xiàn)象提取模型后，可以方便地數(shù)值化，并成功地制造出高性能材料。

當(dāng)用戶在預(yù)定某一性能的材料時，生產(chǎn)廠家的材料技術(shù)人員能在考慮：①再生循環(huán)；②節(jié)約稀有金屬的基礎(chǔ)上；選擇化學(xué)組成；設(shè)計制備工藝；并組織生產(chǎn)。

關(guān)鍵是材料成分、工藝與性能的數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。9/23/202320在此過程中的材料科學(xué)現(xiàn)象有:●在加熱爐中高溫相奧氏體晶粒的長大規(guī)律及均勻化程度控制;

●冷卻過程中由奧氏體向鐵素體、珠光體、貝氏體以及馬氏體的相變（CCT圖）——主要涉及冷卻過程（控冷）;(——控軋):

●熱軋過程中加工硬化及其回復(fù)、再結(jié)晶;

●隨盤卷時的溫度不同而發(fā)生析出或低溫相變等當(dāng)上述綜合定量預(yù)測研究成果付諸應(yīng)用實際生產(chǎn)的時候，將進一步認(rèn)識到基礎(chǔ)理論研究與實際應(yīng)用相結(jié)合的重要性。今后的研究課題——一些已模型化、數(shù)值化的而又含意模糊的或不理想的部分，期望將來基礎(chǔ)理論發(fā)展后再給予替換或修正。9/23/202321在鋼材的組織控制技術(shù)方面取得顯著進步——控冷控軋，與連鑄連軋相結(jié)合，形成了鋼鐵柔性熱軋生產(chǎn)線，實際上就形成了計算機輔助材料生產(chǎn)技術(shù)。在目前連鑄連軋技術(shù)下，有可能實現(xiàn)同一成分，通過控制冷卻控制軋制得到不同性能的材料。例如：如圖所示，用轉(zhuǎn)爐熔化的（100t左右）鋼水被連續(xù)澆鑄，在適當(dāng)?shù)拈L度切斷送入加熱爐。其后經(jīng)幾次軋制延伸變細(xì)變薄，冷卻后盤卷。3.2柔性（Flexible）軋鋼生產(chǎn)——一種成分，多種產(chǎn)品9/23/2023223.3發(fā)展趨勢3.3.1根據(jù)熱力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)，將上述許多現(xiàn)象綜合歸納成理論上可以計算的模型，從而預(yù)測最終的微觀組織(組織預(yù)測)。過去有關(guān)鋼鐵的豐富的研究積累以及熱力學(xué)數(shù)據(jù)的整理是很重要的。其他新材料的研制也必須從整理這些數(shù)據(jù)的實驗開始做起。3.3.2由預(yù)測的微觀組織和化學(xué)成分推斷出材料的各種力學(xué)性能。關(guān)于強度及延伸率，人們已作出了推斷各個數(shù)據(jù)之間相互關(guān)系的回歸公式，需要進一步考慮的方法：應(yīng)力-應(yīng)變曲線，這是最簡單明了表示形變特性的基礎(chǔ)，據(jù)此可以綜合、系統(tǒng)地推斷材料的各種力學(xué)性能(性能預(yù)測)。9/23/2023233.3.3綜合上述基本要素，建立預(yù)測模型。從而，不用做實驗就可以預(yù)測一定化學(xué)成分的鋼水，在給定的條件下軋制、冷卻，能得到特定性質(zhì)的鋼材。根據(jù)用戶定貨要求將同一爐鋼水（一個成分）在中途改變軋制、冷卻工藝從而實現(xiàn)小批量多品種（flexible）生產(chǎn)。最終，根據(jù)用戶預(yù)定的材料的實際特性，反饋過來后，進一步修正化學(xué)成分和制備條件，由此可以在節(jié)省資源和節(jié)能的同時，通過盡可能單一組分化而提高廢舊鋼鐵的再生循環(huán)利用效率。9/23/202324材料復(fù)合技術(shù)與再生循環(huán)設(shè)計§49/23/2023254.1復(fù)合材料的環(huán)境材料化變革

復(fù)合材料是具有特殊綜合性能的材料新技術(shù)，但從循環(huán)經(jīng)濟來說，它有許多不利。要充分滿足高強度、高可靠性等方面的要求，只從成分組成方面賦予材料以使用性能還不能生產(chǎn)出支撐現(xiàn)代發(fā)達技術(shù)的材料。一般而言，僅從材料成分來說，強度和延性、韌性，強度和其他的物理性能(減振性、導(dǎo)電性等)難于兼容：強度越高越脆，強度越高電導(dǎo)率越低。要想在同一材料上使難以兼容的性能共存，只有采用“復(fù)合化”設(shè)計才能實現(xiàn)。然而，傳統(tǒng)的復(fù)合材料是通過將不同的材料組合起來，利用組合材料各自所具有的性能，這與簡單組成和易解體結(jié)構(gòu)的再生循環(huán)要求是違背的。9/23/202326

從環(huán)境材料出發(fā)，復(fù)合材料設(shè)計應(yīng)有如下考慮，即:

強度(也包括疲勞強度等)，韌性（或其他需要復(fù)合的性能）——體現(xiàn)復(fù)合的優(yōu)勢——先進性；

組成簡單化，易解體結(jié)構(gòu)——環(huán)境協(xié)調(diào)性;

功能兼容，或更多功能性——維持原設(shè)計思想——舒適性。

所以，在環(huán)境材料設(shè)計思想中，對復(fù)合材料提出了“可再生循環(huán)復(fù)合”這一變革。即合金是簡單組元的情況下也有可能通過工藝控制來自由地構(gòu)造它的組織和結(jié)構(gòu)。9/23/2023274.2雙相鋼——符合復(fù)合材料概念雙相鋼，是通過（控冷控軋）工藝控制使鐵素體與馬氏體這兩種不同的相交替共存。與回火馬氏體鋼相比，在同樣的強度下，其延性可得到大幅度改善。這種雙相鋼已被成功地用于某些原來使用回火馬氏體鋼的部件。在合金尤其是鋼鐵中有可能相當(dāng)自由地實現(xiàn)對多相組合的控制。9/23/202328

眾所周知，不用合金化而用細(xì)化晶粒的辦法也可以強化金屬，此外同時應(yīng)考慮：①超細(xì)化；②多相共存時各相的比例；③形狀和分布狀態(tài)等等對強度、延性、韌性、疲勞強度等力學(xué)性能和導(dǎo)電性、減振性等物理性能都有很大影響，因此用這種方法研究開發(fā)出可再生循環(huán)、高性能合金的可能性是很大的。9/23/202329材料的長壽命化設(shè)計§59/23/2023305.1材料的長壽命化與減輕環(huán)境負(fù)荷

再生循環(huán)是一種將資源長期、充分使用的一種手段。但也可以通過延長材料的壽命得以解決。9/23/202331

材料的長壽命化是實現(xiàn)“節(jié)能減排”、“可持續(xù)發(fā)展”的最容易理解的方略。在滿足構(gòu)件使用性能（強硬度與塑韌性——基本屬性）的前提下，影響材料使用壽命的主要考慮（消耗性指標(biāo)——下列任一情況的發(fā)生都將導(dǎo)致零件壽命的終結(jié)）：

耐磨性——硬度/磨損機制——表面強化耐蝕性——（化學(xué)）環(huán)境/溫度——表面涂層耐疲勞性——交變載荷類型/環(huán)境——防止裂紋起源耐蠕變性——溫度/應(yīng)力——正確的合金設(shè)計9/23/202332許多材料，由于在高溫下使用，會產(chǎn)生通常在室溫情況下不成問題的蠕變現(xiàn)象。蠕變是在高溫條件下，材料在一定的外力作用下隨著時間的推移慢慢地產(chǎn)生變形，直至最后發(fā)生斷裂的一種現(xiàn)象，如圖所示。蠕變強度意味著在相同的溫度和應(yīng)力條件下，具有較長的蠕變斷裂壽命者。

現(xiàn)有的火力發(fā)電設(shè)備，一般發(fā)電效率充其量不過40%左右。為了提高發(fā)電效率，就需要開發(fā)可在更高的蒸汽壓力和溫度條件下服役的耐熱金屬材料。5.2省合金化設(shè)計理念與高溫強度特性9/23/202333通過添加各種合金元素、調(diào)整化學(xué)成分和通過熱處理控制微觀組織形態(tài)，可開發(fā)多種具有優(yōu)異蠕變性能的高溫耐熱合金材料。省合金化發(fā)電設(shè)備和化學(xué)設(shè)備中使用的從低合金0.5鉬鋼到高合金12Cr1Mo1W0.3V鋼等10種實用鐵素體耐熱鋼的蠕變特性9/23/202334

圖中橫坐標(biāo)Larson-Miller參數(shù)是溫度和蠕變斷裂壽命的函數(shù)，其數(shù)值越大，意味著蠕變強度特性越好。在高應(yīng)力區(qū)，數(shù)據(jù)分布范圍寬，依鋼種不同，蠕變斷裂強度相差很大，最強的鋼和最弱的鋼的蠕變壽命相差達數(shù)萬倍。這說明通過添加合金元素和熱處理等，可以大幅度改善蠕變強度。

但在低應(yīng)力區(qū)，所有的數(shù)據(jù)收斂于狹窄的范圍內(nèi)，表明鋼種間的蠕變強度差有減小的傾向。由此可知，在相當(dāng)于設(shè)備實際服役條件，即低應(yīng)力長時間條件下，鋼種間的差別沒有高應(yīng)力短時間那樣大。這種現(xiàn)象可用“基體蠕變強度”概念來解釋。因短時蠕變強度因鋼種不同而有較大差異，故可以通過添加合金元素和控制微觀組織形態(tài)來提高蠕變強度?？墒怯捎谖⒂^組織在高溫下不穩(wěn)定，隨著時間的延長，其組織形態(tài)逐漸變化，從而引起蠕變強度的降低。因此，在高應(yīng)力區(qū)的短時一側(cè)，蠕變強度大的鋼種之間的差別，隨著向長時間側(cè)的推移而縮小。9/23/202335高溫耐熱合金可以得出以下的設(shè)計準(zhǔn)則：

1，對基體蠕變強度水平即可滿足使用要求的構(gòu)件，在進行材料設(shè)計時，只添加為了發(fā)揮基體蠕變強度所需的最低限度的合金元素，此即所謂省合金化概念。2，對于要求高于基體蠕變強度水平以上的高強度構(gòu)件的