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    【知識】耐熱鋼(耐熱合金)和高溫合金的含義

    發(fā)布時間: 2021-07-22  點擊次數(shù): 1893次

    講到耐熱鋼(耐熱合金)和高溫合金,大家都明白,這些材料都是在高溫工況下服役,但對于剛?cè)胄械男率?,可能會有疑惑,多高的溫度叫做高溫?高溫的工況有什么特點?為什么要叫不同名字,耐熱鋼、耐熱合金、高溫合金,它們之間到底有什么區(qū)別?

    先來說耐熱鋼耐熱合金。這兩者的區(qū)別并沒有明確的規(guī)定,通常將合金元素含量小于50%的稱為耐熱鋼,合金元素含量大于50%的,叫做(鐵基)耐熱合金。兩者的分別主要在于合金元素含量。

    再來說耐熱鋼高溫合金耐熱鋼是指具有良好的高溫抗氧化性和高溫強度的鋼。耐熱鋼和耐熱合金在較高載荷下的最高使用溫度一般只能達(dá)到750℃~850℃。對于更高溫度下使用的部件,則采用鎳基、鈷基及難熔金屬為基的高溫合金。兩者的分別主要在于耐高溫溫度范圍。

    高溫工況對金屬的耐熱性提出了什么挑戰(zhàn)?耐熱性具體的含義?

    金屬材料的耐熱性包含高溫抗氧化性和高溫強度兩個方面。

    高溫抗氧化性

    金屬的高溫抗氧化性是指鋼在高溫條件下對氧化作用的抗力,是鋼能否持久地在高溫下工作的重要保證條件。

    氧化是一種典型的化學(xué)腐蝕,在高溫空氣、燃燒廢氣等氧化性氣氛中,金屬與氧接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)即氧化腐蝕,腐蝕產(chǎn)物(氧化膜)附著在金屬的表面。隨著氧化的進(jìn)行,氧化膜厚度繼續(xù)增加,金屬氧化到一定程度后是否繼續(xù)氧化,直接取決于金屬表面氧化膜的性能。如果生成的氧化膜是致密、穩(wěn)定的,與基體金屬結(jié)合力高,氧化膜強度較高,就能夠阻止氧原子向金屬內(nèi)部的擴散,降低氧化速度,否則會加速氧化,使金屬表面起皮和脫落等,導(dǎo)致零件早期失效。

    鋼表面氧化膜的組成與溫度有關(guān),在570℃以下,氧化膜由Fe2O3+Fe3O4組成,比較致密,能有效地阻礙氧的擴散,抗氧化性較好。大于570℃加熱,氧化膜由FeO+Fe2O3+Fe3O4組成,靠近鋼表面的是FeO,向外依次為Fe3O4和Fe2O3,F(xiàn)eO疏松多孔,占整個氧化膜厚的90%左右,金屬原子和氧原子很容易通過FeO層擴散,加速氧化。高溫下FeO的存在,鋼的抗氧化性大大下降,而且溫度越高,原子擴散越快,氧化速度越快。

    提高鋼的抗氧化性主要途徑是合金化,在鋼中加入Cr、Si、Al等合金元素,使鋼在高溫與氧接觸時,優(yōu)先形成致密的高熔點氧化膜Cr2O3、SiO2、Al2O3等,嚴(yán)密地覆蓋住鋼的表面,阻止氧化的繼續(xù)進(jìn)行。

    高溫強度

    金屬的高溫強度是指金屬材料在高溫下對機械載荷作用的抗力,即高溫下金屬材料抵抗塑性變形和破壞的能力。

    金屬在高溫下表現(xiàn)出的力學(xué)性能與室溫下有較大的區(qū)別,當(dāng)工作溫度大于再結(jié)晶溫度后,金屬除了受外力作用產(chǎn)生了塑性變形和加工硬化外,還會發(fā)生再結(jié)晶和軟化過程,因此在室溫下能正常服役的零件就難以滿足高溫下的要求。

    金屬在高溫下的力學(xué)性能與溫度、時間、組織變化等因素有關(guān)。

    金屬在高溫下工作常會發(fā)生“蠕變"現(xiàn)象,即當(dāng)工作溫度大于再結(jié)晶溫度時,工作應(yīng)力超過該溫度下的彈性極*,隨時間的延長金屬發(fā)生緩慢變形的現(xiàn)象。金屬對蠕變的抗力越大,其高溫強度也越高。

    金屬的高溫強度一般用蠕變極限和持久強度來表示。蠕變極限是指金屬在某溫度下,經(jīng)過一段時間后,其殘余變形量達(dá)一定數(shù)值時的應(yīng)力值。持久強度是指在恒定溫度下經(jīng)過一定時間,金屬材料發(fā)生斷裂破壞時的應(yīng)力值。

    金屬材料在高溫下晶界強度低于晶內(nèi),因此加入合金元素提高再結(jié)晶溫度,形成穩(wěn)定的特殊碳化物,以及采用粗晶材料,減少晶界等都能有效地提高鋼的高溫強度。


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