長期在高溫條件下金屬材料組織結(jié)構(gòu)與性能的變化

長期在高溫條件下金屬材料組織結(jié)構(gòu)與性能的變化第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二珠光體的球化和碳化物聚集1、珠光體的球化定義：當(dāng)溫度較高時，原子的活動力增強，擴散速度增加，片狀滲碳體便逐漸轉(zhuǎn)變成球狀，再逐漸聚集成大球團的現(xiàn)象。第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二20號鋼珠光體球化金相組織圖（a）未球化（原始態(tài)）組織250×；(b)球化后的組織500×第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2、球化對金屬材料性能的影響（1）對室溫機械性能的影響珠光體球化會使材料的室溫強度降低（2）對高溫機械性能的影響珠光體球化會使材料的的蠕變極限和持久強度明顯下降第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二3、影響珠光體球化的因素溫度的影響化學(xué)成分的影響應(yīng)力作用的影響晶粒度的影響冷加工變形程度第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二4、珠光體球化的級別球化級別的劃分的依據(jù)：是以球化的組織狀態(tài)和相應(yīng)的機械性能來表示。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二5、材料發(fā)生球化后的恢復(fù)處理

已發(fā)生球化的鋼可采用熱處理的方法使之恢復(fù)原來的組織。將已發(fā)生球化的珠光體鋼加熱到完全變成奧氏體組織的溫度（略高于900℃），保溫一定時間（約1小時左右），由于相變與再結(jié)晶，在冷卻后可得到原來的金相組織，從而消除了球化現(xiàn)象第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二石墨化1、石墨化的產(chǎn)生及對材料性能影響定義：是指鋼中的滲碳體分解成為游離碳，并以石墨形式析出，在鋼中形成石墨夾雜的一種組織轉(zhuǎn)變。性能：石墨化現(xiàn)象的發(fā)生會使鋼材性能惡化，脆性急劇增大，容易導(dǎo)致鋼管發(fā)生脆性爆破事故。第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二石墨化條件：高溫、應(yīng)力、溫度（450℃~700℃）反應(yīng)式：（石墨）組織變化過程：片狀滲碳體→球狀滲碳體→分解為石墨點→長大成球→逐漸發(fā)展為球狀、團絮狀和鏈狀第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2、石墨化的級別鋼材石墨化按石墨化面積、石墨鏈的長度、組織特征及其機械性能，通常將石墨化分為4級：1級—輕度石墨化2級—明顯石墨化3級—顯著石墨化4級—嚴(yán)重石墨化第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二石墨化的級別對應(yīng)的機械性能第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二石墨化的級別對應(yīng)的組織特征第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二石墨化評級圖(a)1級；(b)2級；(c)3級；(d)4級第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二3、石墨化的影響因素溫度、時間化學(xué)成份：鉻、鈦、釩、鈮等防止石墨化。硅、鋁、鎳等卻起促進石墨化。晶粒大小冷加工變形程度等存在的應(yīng)力問題第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二合金元素在固溶體和碳化物之間的重新分配1、合金元素的重新分配過程定義：合金元素隨時間由一種組織組成物向另一種組織組成物轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象分配特點：固溶體中合金元素的含量逐漸減少，碳化物中合金元素含量逐漸增多，即合金元素由固溶體向碳化物轉(zhuǎn)移，使固溶體中合金元素貧化。第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二性能變化：鋼的固溶強化作用顯著降低，同時沉淀強化的作用也減弱，因此材料的強度、蠕變極限和持久強度下降影響因素：溫度、時間、成分（特別是含碳量）、應(yīng)力發(fā)生原因：合金元素原子溶入鐵素體→固溶體→產(chǎn)生晶格畸變→晶格不穩(wěn)定→在高溫的作用下→合金元素原子從固溶體中轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定的碳化物中→

固溶體的貧化第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二合金元素的重新分配過程包含兩個方面：固溶體和碳化物中合金元素含量的變化，亦即碳化物成分的變化；碳化物結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量和分布形式的變化。第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2、固溶體和碳化物中合金元素成分的變化（1）低合金鉻鉬鋼(a)15CrMo鋼(b)12MoCr鋼管道用鋼碳化物中的鉬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與運行時間的關(guān)系第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二更正（2）低合金鉻鉬釩鋼第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二3、碳化物結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量和分布的變化

變化的原因：是使碳化物由亞穩(wěn)定相向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二碳化物的形狀：當(dāng)晶粒內(nèi)部析出細小的針狀時，鋼的熱強性提高；當(dāng)細小的聚集粗大時，熱強性降低。碳化物的分布狀態(tài)：碳化物首先在晶界析出，使晶界性質(zhì)發(fā)生較大的改變；當(dāng)碳化物聚集在晶界上呈連續(xù)膜狀時，削弱了晶界強度，從而產(chǎn)生蠕變裂紋，甚至造成沿晶脆性斷裂。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二材質(zhì)退化對低周疲勞特性的影響1、汽輪機轉(zhuǎn)子材料的軟化特性運行140,000小時的汽輪機高、中壓轉(zhuǎn)子的軟化第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二2、硬度與低周疲勞特性之間的關(guān)系第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二Timo曲線第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二

曲線

30Cr2MoV鋼曲線第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期二材質(zhì)退化對蠕變特性的影響

轉(zhuǎn)子的運行溫度和斷裂時間仍然可以用Larson-Miller參數(shù)