材料力學(xué)性能第八章--金屬高溫力學(xué)性能

1、第八章第八章 金金屬屬高高溫力學(xué)性能溫力學(xué)性能 2021/2/21 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 金屬蠕變現(xiàn)象金屬蠕變現(xiàn)象 金金屬高溫力學(xué)行為屬高溫力學(xué)行為 蠕蠕變變形及斷裂機(jī)理變變形及斷裂機(jī)理 高高溫性能指標(biāo)及影響因素溫性能指標(biāo)及影響因素 2021/2/21 金屬材料在高溫下的力學(xué)行為金屬材料在高溫下的力學(xué)行為 在高壓蒸汽鍋爐、汽輪機(jī)、柴油機(jī)、航空發(fā) 動(dòng)機(jī)等設(shè)備中,很多機(jī)件長期在高溫下服役。對于 這類機(jī)件的材料,只考慮常溫短時(shí)靜載時(shí)的力學(xué)性 能是不夠的。 如化工設(shè)備中高溫高壓管道,雖然承受的應(yīng)力 小于該工作溫度下材料的屈服強(qiáng)度,但在長期使用 過程中會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形,使管徑逐步增大,甚 至?xí)?dǎo)致管道破

2、裂。 2021/2/21 民用機(jī)接近民用機(jī)接近1500,軍用機(jī)軍用機(jī)在在2000左右。左右。 2021/2/21 對長期在高溫條件下工作的金屬機(jī)件,如果僅考 慮常溫短時(shí)靜載下的力學(xué)性能顯然是不夠的。因?yàn)?溫度和作用時(shí)間對金屬材料的力學(xué)性能影響很大。 1、溫度的影響:一般隨溫度升高,金屬材料的強(qiáng) 度降低而塑性增加。 2、載荷持續(xù)時(shí)間的影響:如果不考慮環(huán)境介質(zhì) 的影響,則可認(rèn)為材料的常溫靜載力學(xué)性能與載荷 持續(xù)時(shí)間關(guān)系不大。但在高溫下,載荷持續(xù)時(shí)間對 力學(xué)性能有很大影響。 2021/2/21 0.5時(shí),為“高溫”;反之則為 “低溫” 。 意義:對于不同的金屬材料,在同樣的約比溫度 下,其蠕變行為相

3、似,其力學(xué)性能變化規(guī)律也是相同 的。 2021/2/21 8 81 1 金屬的蠕變現(xiàn)象金屬的蠕變現(xiàn)象 一、蠕變的定義 金屬在長時(shí)間恒溫、恒載荷（即使應(yīng)力小于該 溫度下的屈服強(qiáng)度）作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的 現(xiàn)象。 由蠕變變形導(dǎo)致的材料的斷裂,稱為稱為蠕變 斷裂。 蠕變在低溫下也會(huì)產(chǎn)生,但只有當(dāng)約比溫度大 于0.3時(shí)才比較顯著。如碳鋼超過300、合金鋼超 過400時(shí)就必須考慮蠕變的影響。 2021/2/21 二、金屬的蠕變過程二、金屬的蠕變過程 金屬的蠕變過程可用蠕變曲線來金屬的蠕變過程可用蠕變曲線來描述描述: 第一階段:ab 減速蠕 變階段,又稱過渡蠕變 階段。開始大,逐漸減 速; 第二階段:

4、bc 恒速蠕變 階段,又稱穩(wěn)態(tài)蠕變階 段。速率幾乎保持不 變; 第三階段:cd 加速蠕變 階段,逐漸增大,最后產(chǎn) 生斷裂。 2021/2/21 蠕變曲線的常用經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式 ktt n 0 瞬時(shí)應(yīng)變 減速蠕變 恒速蠕變 一般為小 于1的正數(shù) 2021/2/21 d dt 蠕變速率蠕變速率 2021/2/21 不同材料的蠕變曲線不同不同材料的蠕變曲線不同,同同一材料的蠕變曲一材料的蠕變曲 線隨著溫度高低及應(yīng)力的大小而有線隨著溫度高低及應(yīng)力的大小而有不同不同: 只有在適當(dāng)?shù)膽?yīng)力和溫度范圍才可清楚地顯示出減速蠕變階段、恒速 蠕變階段和減速蠕變?nèi)齻€(gè)階段。 2021/2/21 三、應(yīng)力松弛 對于在高溫下工作

5、、依靠原始彈性變形獲得 工作應(yīng)力的機(jī)件,在總變形量不變的前提下,彈性變 形變?yōu)樗苄宰冃?從而使工作應(yīng)力降低,導(dǎo)致失效。 在溫度及初始應(yīng)力一定時(shí),材料中的應(yīng)力隨著 時(shí)間的增加而減小的現(xiàn)象稱為應(yīng)力松弛。 可以看成應(yīng)力不斷降低條件下的蠕變過程。 2021/2/21 應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛: 應(yīng)變a）、 應(yīng)力b）隨時(shí)間變化曲線 2021/2/21 16 8-2 8-2 蠕變變形與蠕變斷裂機(jī)理蠕變變形與蠕變斷裂機(jī)理 一、蠕變變形機(jī)理一、蠕變變形機(jī)理 金屬的蠕變變形主要通過位錯(cuò)滑移、原子擴(kuò)散 等機(jī)理進(jìn)行,與溫度及應(yīng)力的變化有關(guān)。 （一）位錯(cuò)滑移蠕變 常溫下,如果滑移面上的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻產(chǎn)生塞積, 滑移就不能進(jìn)行,

6、只有在更大的切應(yīng)力作用下位移重 新運(yùn)動(dòng)和增殖。 高溫下,位錯(cuò)可借助于外界提供的熱激活能和空 位擴(kuò)散克服某些短程障礙,有利于加強(qiáng)位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) （滑移、攀移、交滑移等）,克服短程障礙。從而產(chǎn) 生塑性變形。 2021/2/21 17 當(dāng)當(dāng)塞積在某種障礙前的位錯(cuò)通過熱激活可以在新的滑移面上塞積在某種障礙前的位錯(cuò)通過熱激活可以在新的滑移面上運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng),或或與異號與異號 位錯(cuò)相遇對消、或形成亞晶界、或被晶界吸收位錯(cuò)相遇對消、或形成亞晶界、或被晶界吸收。 2021/2/21 18 在蠕變第一階段:由于蠕變變形逐步產(chǎn)生應(yīng)變 硬化,使位錯(cuò)源移動(dòng)的阻力及位錯(cuò)滑移的阻力逐漸 增大,使得蠕變速率不斷降低。也稱為“減速蠕變

7、 階段”。 蠕變第一階段是很短的,不超過幾百小時(shí)。 一般在高溫下工作的機(jī)件所要求的壽命都設(shè)定在蠕 變第二階段。 2021/2/21 在蠕變第二階段:當(dāng)某一位錯(cuò)被激活發(fā)生攀移 時(shí),位錯(cuò)源再次放出一個(gè)位錯(cuò),形成動(dòng)態(tài)回復(fù)過程,硬 化與軟化達(dá)到平衡,蠕變速率為一常數(shù)。 2021/2/21 20 （二）擴(kuò)散蠕變（二）擴(kuò)散蠕變 這是在較高溫度下的一種蠕變變形機(jī)理,約比溫 度t/tm0.5。 高溫和應(yīng)力的作用下,空位、原子的定向擴(kuò)散 （不均勻應(yīng)力場）。 材料產(chǎn)生蠕變。 2021/2/21 21 承受拉應(yīng)力（A、 B晶界）的晶界,空位濃 度減小;承受壓應(yīng)力（C、 D晶界）的晶界,空位濃 度增加。 這種晶體內(nèi)空

8、位從 受拉晶界向受壓晶界遷 移,原子朝相反方向運(yùn) 動(dòng),使得晶體伸長的蠕 變,稱為擴(kuò)散蠕變。 2021/2/21 22 （三）晶界滑動(dòng)（三）晶界滑動(dòng) 高溫和應(yīng)力的作用高溫和應(yīng)力的作用下下,因因晶界上的原子容易晶界上的原子容易擴(kuò)擴(kuò) 散散,受受力后晶界易產(chǎn)生滑動(dòng)（即晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)）力后晶界易產(chǎn)生滑動(dòng)（即晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)）,也也 促進(jìn)蠕變進(jìn)行。促進(jìn)蠕變進(jìn)行。 晶界滑動(dòng)對蠕變的貢獻(xiàn)較小晶界滑動(dòng)對蠕變的貢獻(xiàn)較小,一般在一般在10左右左右; 此此機(jī)理不是獨(dú)立的機(jī)理機(jī)理不是獨(dú)立的機(jī)理,因晶界滑動(dòng)要與晶內(nèi)滑移因晶界滑動(dòng)要與晶內(nèi)滑移 變形相配合變形相配合,否則不能維持晶界的連續(xù)性否則不能維持晶界的連續(xù)性,導(dǎo)致晶界導(dǎo)致晶

9、界 產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生裂紋。 晶粒減小晶粒減小,晶界滑動(dòng)對蠕變的作用越大。晶界滑動(dòng)對蠕變的作用越大。 2021/2/21 23 二、蠕變斷裂機(jī)理二、蠕變斷裂機(jī)理 實(shí)驗(yàn)表明,不同溫度及應(yīng)力條件下,晶界裂紋的 形成方式有兩種: 1、在三晶粒交會(huì)處形成楔形裂紋 這是在高應(yīng)力和低溫下,由于晶界滑動(dòng)在三晶 粒交會(huì)處受阻,造成應(yīng)力集中形成空洞,空洞互相連 接形成楔形裂紋。 2021/2/21 高應(yīng)力和低溫下 三晶交界處楔形裂紋 鍋爐高溫耐熱鋼 斷口組織 2021/2/21 25 2、在晶界上由空洞形成晶界裂紋在晶界上由空洞形成晶界裂紋 這是較低應(yīng)力和較高溫度下產(chǎn)生的裂紋。這是較低應(yīng)力和較高溫度下產(chǎn)生的裂紋。

10、這種裂紋出現(xiàn)在晶界上突起的部位和細(xì)小的這種裂紋出現(xiàn)在晶界上突起的部位和細(xì)小的 第二相質(zhì)點(diǎn)第二相質(zhì)點(diǎn)附近附近,由于由于晶界滑動(dòng)產(chǎn)生晶界滑動(dòng)產(chǎn)生空洞空洞,這些這些空空 洞長大并連接洞長大并連接,就形成裂紋。就形成裂紋。 由于蠕變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生由于蠕變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生,所以晶界的所以晶界的 形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和 晶粒度的均勻性對蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。晶粒度的均勻性對蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。 2021/2/21 26 鍋爐高溫耐熱鋼 斷口組織 2021/2/21 27 三晶交界處滑移受阻,應(yīng)力集中, 形成楔形裂紋:低溫高應(yīng)

11、力 晶界第二相質(zhì)點(diǎn)處,滑移受阻, 形成空洞:高溫低應(yīng)力 蠕變斷裂機(jī)理示意圖 2021/2/21 由由于蠕變斷裂主要在晶界上于蠕變斷裂主要在晶界上產(chǎn)生產(chǎn)生,所以所以晶界的晶界的 形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和形態(tài)、晶界上的析出物和雜質(zhì)偏聚、晶粒大小和 晶粒度的均勻性對蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。晶粒度的均勻性對蠕變斷裂都會(huì)產(chǎn)生很大影響。 2021/2/21 29 三、斷口特征三、斷口特征 1 1、宏觀特征宏觀特征 (1) 斷口附近產(chǎn)生斷口附近產(chǎn)生塑性變形塑性變形,在在變形區(qū)附近有變形區(qū)附近有 很多很多裂紋裂紋（斷裂機(jī)件表面出現(xiàn)（斷裂機(jī)件表面出現(xiàn)龜裂龜裂現(xiàn)象現(xiàn)象）; (2) 高高溫氧溫氧

12、化化,斷口斷口表面被一層表面被一層氧化膜氧化膜所覆蓋所覆蓋。 2021/2/21 30 2、微觀特征微觀特征 冰糖狀花樣的冰糖狀花樣的沿晶斷裂沿晶斷裂。 Ni基高溫合金基高溫合金發(fā)動(dòng)機(jī) 葉片蠕變斷裂后形貌 06Cr25Ni20奧氏體耐熱不銹鋼奧氏體耐熱不銹鋼: 在斷口的一些區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)頗多沿晶裂紋,其 裂紋大多由非規(guī)則的空穴相連而成,并沿奧 氏體晶界分布。 管內(nèi)介質(zhì)為H2、N2、CO等,工作壓力為 3.8kPa,工作溫度790,其中18管使用約 4104h,28管使用8000h后斷裂。2021/2/21 31 8-3 8-3 高溫力學(xué)性能指標(biāo)及其影響因素高溫力學(xué)性能指標(biāo)及其影響因素 一、蠕變極限

13、一、蠕變極限 為了保證高溫長時(shí)為了保證高溫長時(shí)載荷作用下載荷作用下的機(jī)件不會(huì)產(chǎn)生的機(jī)件不會(huì)產(chǎn)生 過量過量蠕變?nèi)渥?要求要求金屬材料具有一定的金屬材料具有一定的蠕變極限蠕變極限。 1、定義定義 是材料在高溫長時(shí)載荷作用下的塑性變形抗力是材料在高溫長時(shí)載荷作用下的塑性變形抗力 指標(biāo)指標(biāo)。 2021/2/21 32 2、表達(dá)方式表達(dá)方式 (1) 在規(guī)定溫度（在規(guī)定溫度（t）下下,使使試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi)試樣在規(guī)定時(shí)間內(nèi) 產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)蠕變速率產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)蠕變速率 不超過規(guī)定值時(shí)的不超過規(guī)定值時(shí)的最大應(yīng)力最大應(yīng)力, 用用 表示表示 。 例如例如: 表示表示:在在600,穩(wěn)態(tài)蠕變速率穩(wěn)態(tài)蠕變速率 =110-5%/

14、時(shí)的蠕時(shí)的蠕 變極限為變極限為60MPa。 t t MPa60 600 101 5 600 110-5%/h 2021/2/21 33 (2) 在規(guī)定溫度（在規(guī)定溫度（t）與試驗(yàn)時(shí)間（）與試驗(yàn)時(shí)間（）內(nèi)內(nèi),使使試試 樣產(chǎn)生的蠕變總伸長率（樣產(chǎn)生的蠕變總伸長率（）不超過規(guī)定值的最大）不超過規(guī)定值的最大 應(yīng)力。用符號應(yīng)力。用符號 表示。表示。 例如例如: 表示表示:材料材料在在500溫度溫度下下,10萬小時(shí)萬小時(shí),蠕變總伸長率蠕變總伸長率 =1%的蠕變極限為的蠕變極限為100MPa。 t / t / MPa100 500 10/1 5 500 100000h總伸長量為1% 2021/2/21 3、

15、選取選取 選用哪種表示選用哪種表示方法方法,根據(jù)根據(jù)服役工況來確定。若服役工況來確定。若 蠕變速率大而服役時(shí)間蠕變速率大而服役時(shí)間短短,可取可取表示方法。反之表示方法。反之, 服役時(shí)間長服役時(shí)間長,則取后一種表示方法。則取后一種表示方法。 2021/2/21 35 4、測試測試 蠕變試驗(yàn)裝置。 具體試驗(yàn)時(shí),在同一溫度下要用4個(gè)以上的不同 應(yīng)力進(jìn)行蠕變試驗(yàn),到規(guī)定的時(shí)間（數(shù)百至數(shù)千小 時(shí)）后停止; 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果繪出應(yīng)力-穩(wěn)態(tài)蠕變速率或應(yīng)力- 總伸長率關(guān)系曲線; 可采用較大的應(yīng)力,以較短的時(shí)間作出幾條蠕 變曲線,根據(jù)所測定蠕變速率,用內(nèi)插或外推法求出 規(guī)定蠕變速率的蠕變極限值。 2021/2/21

16、 36 試樣試樣7卡在夾頭卡在夾頭8 上上,然后然后置于電爐置于電爐6中中 加熱加熱,試樣試樣溫度用捆在溫度用捆在 試樣上的試樣上的熱電偶熱電偶5測定測定, 爐溫用鉑電阻爐溫用鉑電阻2控制控制, 通過杠桿通過杠桿3和砝碼和砝碼4對對 試樣試樣加載加載,使之承受一使之承受一 定的拉應(yīng)力定的拉應(yīng)力,試樣的試樣的伸伸 長量長量用安裝在爐外的用安裝在爐外的 引伸計(jì)引伸計(jì)1測量。測量。 2021/2/21 蠕蠕變測試設(shè)備變測試設(shè)備 2021/2/21 38 用用內(nèi)插法或外推法內(nèi)插法或外推法求蠕變極限。求蠕變極限。 注意注意:用用外推法外推法時(shí)時(shí),蠕變?nèi)渥兯俾手荒鼙茸畹驮囼?yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)低一速率只能比最低試驗(yàn)點(diǎn)

17、的數(shù)據(jù)低一 個(gè)個(gè)數(shù)量級數(shù)量級;否則否則,外推外推值不可靠。值不可靠。 12Cr1MoV鋼 圖 2021/2/21 39 二、持久強(qiáng)度極限二、持久強(qiáng)度極限 1 1、定義、定義 在規(guī)定溫度（在規(guī)定溫度（t t）下下, ,達(dá)到達(dá)到規(guī)定的持續(xù)時(shí)間規(guī)定的持續(xù)時(shí)間 （）而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。用）而不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力。用 表示表示。 2 2、選取、選取 對于設(shè)計(jì)某些在高溫運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對于設(shè)計(jì)某些在高溫運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不考慮變形不考慮變形 量量大小大小,而而只考慮在承受給定應(yīng)力下使用壽命只考慮在承受給定應(yīng)力下使用壽命的機(jī)的機(jī) 件件,一般選取持久強(qiáng)度。一般選取持久強(qiáng)度。 如鍋爐的過熱蒸氣管如鍋爐的過熱蒸氣管,持久強(qiáng)

18、度極限是很重要持久強(qiáng)度極限是很重要 的性能指標(biāo)。的性能指標(biāo)。 t 2021/2/21 40 3 3、測試、測試 通過高溫拉伸持久試驗(yàn)測定。不需要測定樣品通過高溫拉伸持久試驗(yàn)測定。不需要測定樣品 的伸長的伸長量量,只要只要測定試樣在規(guī)定時(shí)間和應(yīng)力作用下至測定試樣在規(guī)定時(shí)間和應(yīng)力作用下至 斷裂的時(shí)間。斷裂的時(shí)間。 對于設(shè)計(jì)壽命對于設(shè)計(jì)壽命幾百至數(shù)千小時(shí)的幾百至數(shù)千小時(shí)的機(jī)件機(jī)件,材料材料的持的持 久強(qiáng)度極限可久強(qiáng)度極限可直接用同樣的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)確定直接用同樣的時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)確定。 對于壽命長的機(jī)件對于壽命長的機(jī)件,使用使用數(shù)萬以上小時(shí)數(shù)萬以上小時(shí),不可能長不可能長 時(shí)間做測試時(shí)間做測試,所以類似于蠕

19、變試驗(yàn)所以類似于蠕變試驗(yàn),一般做應(yīng)力較大、一般做應(yīng)力較大、 時(shí)間較短（數(shù)百小時(shí)）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)間較短（數(shù)百小時(shí)）的試驗(yàn)數(shù)據(jù),繪出直線繪出直線,通過通過外外 推法推法來求持久強(qiáng)度極限。來求持久強(qiáng)度極限。 2021/2/21 412021/2/21 422021/2/21 43 三、剩余應(yīng)力三、剩余應(yīng)力 1、松弛松弛穩(wěn)定性穩(wěn)定性:金屬材料金屬材料抵抗應(yīng)力松弛的性能。抵抗應(yīng)力松弛的性能。 可通過應(yīng)力松弛試驗(yàn)測定的應(yīng)力松弛曲線來評定?？赏ㄟ^應(yīng)力松弛試驗(yàn)測定的應(yīng)力松弛曲線來評定。 2、金屬的松弛金屬的松弛曲線曲線:在在規(guī)定溫度規(guī)定溫度下下,對對試樣施加試樣施加 載荷載荷,保持保持初始變形恒定初始變形恒定,

20、測定試樣上的應(yīng)力隨時(shí)間測定試樣上的應(yīng)力隨時(shí)間 延長而降低的曲線。延長而降低的曲線。 3、剩余應(yīng)力剩余應(yīng)力:應(yīng)力松弛試驗(yàn)中任一時(shí)間試樣上應(yīng)力松弛試驗(yàn)中任一時(shí)間試樣上 所保持的應(yīng)力所保持的應(yīng)力,用用r。是評定金屬材料應(yīng)力松弛穩(wěn)定。是評定金屬材料應(yīng)力松弛穩(wěn)定 性的指標(biāo)。性的指標(biāo)。 4、松弛應(yīng)力松弛應(yīng)力:試樣上所減少的應(yīng)力試樣上所減少的應(yīng)力,即初始應(yīng)力即初始應(yīng)力 與剩余應(yīng)力之差與剩余應(yīng)力之差,用用re表示表示 。 2021/2/21 442021/2/21 45 對于不同金屬材料或同種材料經(jīng)過不同的對于不同金屬材料或同種材料經(jīng)過不同的熱熱 處理處理,在在相同試驗(yàn)溫度和初始應(yīng)力相同試驗(yàn)溫度和初始應(yīng)力下下

21、,經(jīng)經(jīng)規(guī)定時(shí)間后規(guī)定時(shí)間后, 剩余應(yīng)力越高剩余應(yīng)力越高,松弛穩(wěn)定性越好松弛穩(wěn)定性越好。 例如例如:20Cr1Mo1V1鋼廣泛應(yīng)用于氣輪機(jī)、燃鋼廣泛應(yīng)用于氣輪機(jī)、燃 氣輪機(jī)緊固件氣輪機(jī)緊固件,經(jīng)過不同的熱處理工藝（正火、油經(jīng)過不同的熱處理工藝（正火、油 淬回火）后的應(yīng)力松弛曲線（初始應(yīng)力淬回火）后的應(yīng)力松弛曲線（初始應(yīng)力 0 300MPa）如圖所示可見）如圖所示可見,正火工藝的剩余應(yīng)力高正火工藝的剩余應(yīng)力高, 說明其具有較好的應(yīng)力松弛穩(wěn)定性。說明其具有較好的應(yīng)力松弛穩(wěn)定性。 2021/2/21 46 四、影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素四、影響金屬高溫力學(xué)性能的主要因素 根據(jù)蠕變變形與斷裂機(jī)理根據(jù)

22、蠕變變形與斷裂機(jī)理可知可知,要要提高蠕變提高蠕變極極 限限,必須必須控制位錯(cuò)攀移的速率控制位錯(cuò)攀移的速率,要提高持久強(qiáng)度極限要提高持久強(qiáng)度極限, 必須控制晶界的滑動(dòng)。必須控制晶界的滑動(dòng)。 也就是說要提高金屬材料的高溫力學(xué)性能也就是說要提高金屬材料的高溫力學(xué)性能,就就 應(yīng)應(yīng)控制晶內(nèi)及晶界的原子擴(kuò)散過程控制晶內(nèi)及晶界的原子擴(kuò)散過程。這主要取決。這主要取決 于合金的化學(xué)成分、冶煉工藝、熱處理工藝等因于合金的化學(xué)成分、冶煉工藝、熱處理工藝等因 素。素。 2021/2/21 47 （一）合金化學(xué)成分的影響（一）合金化學(xué)成分的影響 位錯(cuò)越過障礙所需的蠕變激活能越高的位錯(cuò)越過障礙所需的蠕變激活能越高的金屬金

23、屬, 越越難產(chǎn)生蠕變變形。難產(chǎn)生蠕變變形。 實(shí)驗(yàn)表明純金屬的實(shí)驗(yàn)表明純金屬的蠕變激活能蠕變激活能大約與其大約與其擴(kuò)散激擴(kuò)散激 活能活能接近接近,所以所以耐熱鋼及合金的基體材料一般選用耐熱鋼及合金的基體材料一般選用 熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散激活能大或?qū)渝e(cuò)能低的金屬及合金。熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散激活能大或?qū)渝e(cuò)能低的金屬及合金。 可可加入加入:熔點(diǎn)熔點(diǎn)高的高的Me ,含有能形成彌散相的含有能形成彌散相的Me、 能增加晶界擴(kuò)散激活能的能增加晶界擴(kuò)散激活能的Me（硼、稀土）。（硼、稀土）。詳細(xì)詳細(xì) 如下如下 2021/2/21 48 (1) 在基體中加入在基體中加入鉻、鉬、鎢、鈮鉻、鉬、鎢、鈮等形成單相等形成單相固固 溶

24、體溶體,除除產(chǎn)生固溶強(qiáng)化產(chǎn)生固溶強(qiáng)化外外,還還因因Me使層錯(cuò)能降低使層錯(cuò)能降低,易形易形 成擴(kuò)展位錯(cuò)成擴(kuò)展位錯(cuò),且溶質(zhì)原子與溶劑原子的結(jié)合力較強(qiáng)且溶質(zhì)原子與溶劑原子的結(jié)合力較強(qiáng), 增大了增大了擴(kuò)散激活能擴(kuò)散激活能,從而從而提高提高蠕變極限。蠕變極限。 (2) 加入能形成加入能形成彌散相彌散相的的,彌散相能強(qiáng)烈阻礙位彌散相能強(qiáng)烈阻礙位 錯(cuò)的滑移錯(cuò)的滑移,是提高高溫強(qiáng)度的有效方法。彌散相粒子是提高高溫強(qiáng)度的有效方法。彌散相粒子 硬度越高硬度越高,彌散度越大彌散度越大,穩(wěn)定性越高穩(wěn)定性越高,則則強(qiáng)化作用越好強(qiáng)化作用越好。 (3) 添加能添加能增加晶界擴(kuò)散激活能增加晶界擴(kuò)散激活能的的,如如硼、稀土硼、

25、稀土 等等,既能阻礙晶界滑動(dòng)既能阻礙晶界滑動(dòng),又增大晶界裂紋面的表面能又增大晶界裂紋面的表面能, 對提高蠕變極限和持久強(qiáng)度極限有效。對提高蠕變極限和持久強(qiáng)度極限有效。 2021/2/21 49 （二）冶煉工藝的影響（二）冶煉工藝的影響 冶煉冶煉時(shí)時(shí):盡量盡量減少夾雜物和某些冶金缺陷減少夾雜物和某些冶金缺陷。 各種耐熱鋼及高溫合金對冶煉工藝的要求各種耐熱鋼及高溫合金對冶煉工藝的要求較高較高, 由于由于鋼中的鋼中的夾雜物夾雜物和和某些冶金缺陷某些冶金缺陷會(huì)使材料的持久會(huì)使材料的持久 強(qiáng)度極限降低。強(qiáng)度極限降低。 高溫合金對高溫合金對雜質(zhì)元素及氣體含量雜質(zhì)元素及氣體含量要求很要求很嚴(yán)格嚴(yán)格,即即 使使含量只有十萬分之一含量只有十萬分之一,當(dāng)其在晶界偏聚后當(dāng)其在晶界偏聚后,會(huì)導(dǎo)致會(huì)導(dǎo)致 晶界的嚴(yán)重弱化晶界的嚴(yán)重弱化,使熱彈性降低。使熱彈性降低。 2021/2/21 50 （三）熱處理工藝的影響（三）熱處理工藝的影響 不同鋼種其熱處理工藝不同不同鋼種其熱處理工藝不同。 例例:珠光體珠光體耐熱鋼耐熱鋼一般采用正火一般采用正火+高溫回火高溫回火工藝工藝, 正火正火溫度溫度較高較高,以以促使碳化物充分溶于奧氏體中促使碳化物充分溶于奧氏體中,回回 火溫度高于使用溫度火溫度高于使用溫度100150,以提高使用溫度以提高使用溫度 下的組織穩(wěn)定性。下的組織穩(wěn)定性。 采用采用形變熱處理形變