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第六章 耐热钢和耐热合金(05.5)

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金属材料学-第6章 耐热钢和耐热合金

金属材料学-第6章 耐热钢和耐热合金
特点 以碳化物为沉淀强化相
热处理 铸态使用或锻轧后经固溶处理＋时效处理后使用
代表钢种 4Cr25Ni20(HK40)、5Cr25Ni35(HP)
组织特点 M7C3、MC为骨架强化晶界
用途 石化装置，600~1050℃，载荷不高
4Cr25Ni20（HK40）铸态组织
三、金属间化合物沉淀强化型
4、热处理
适当增加晶粒度，减少晶界数量，改善强 化相分布状态，调整基体与强化相成分，↑珠 光体热强钢的蠕变强度
6.1.3 耐热钢的合金化
Cr：↑钢抗氧化性主要元素。形成致密而稳定的 Cr2O3 。 T↑ ， Cr↑ 。 如 600~650℃ ， 需 要 5%Cr ；800℃时，为12%Cr。↑固溶强化。
形 成
570℃以下，氧化膜由Fe2O3和Fe3O4组成； 570℃以上，氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和FeO
规
氧化物组成，约1:10:100.
律
570℃以上铁的氧化过程大大地加速，遵守
抛物线规律
Fe
FeO
Fe3O4 Fe2O3 O2
570 ℃以上Fe氧化膜示意图
二、提高钢抗氧化性的途径
1、提高钢氧化膜稳定性
↑FeO的形成温度;
途 径
形成稳定铁氧化膜 或复合氧化膜 →Cr、Al、 Si。
如：1.03％Cr，FeO形成温度为600℃；
例
1.14％Si ，FeO形成温度为 750℃；
子
2.2％Al+ 0.5％Si ，FeO形成温度为 850℃；
2、形成致密、稳定的氧化膜
↑Cr、Al、Si、Ti等，逐步形成以合金元 素氧化物为主或合金元素氧化物的氧化膜，
二、气阀钢
工作环境：700-850℃，燃气中含有Na，S，V 等气体和盐类介质

第六章 耐热钢.ppt

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y=Kt+A 氧化速度为一恒定值
y——氧化膜厚度；t——时间；K、A——常数
（2）抛物线关系
氧化膜覆盖金属表面，膜层中可进行离子的扩散，如Fe、Co、Ni、 Cu、Mn等形成的氧化膜。y2=Kt+A
（3）对数规律
氧化膜不仅覆盖金属表面，而且膜层中离子扩散较困难，如Cr、 Al、Si等元素形成的氧化膜。y=lnKt
6.2 热强钢
(2) 合金化
在Cr13型马氏体不锈钢的基础上进一步合金 化发展了Cr12型马氏体耐热钢。
15Cr12WMoV、2Cr12WMoNbVB等，工作 温度可在600℃左右。
常用于大功率火力发电机组。
6.2 热强钢
① W、Mo：生成(Cr、Mo、W、Fe)23C6合金碳化物，产生一定 的弥散强化作用。
高温和高压
高温烟气和 水蒸汽
安全可靠
抗氧化和耐蚀 组织稳定
工艺性能好
6.2 热强钢
普通
组织不稳定，如片状P球化、K长
问题
大、G化，→强度↓，管子爆裂。
珠光体热强钢在长期高温作用下，其中的片状碳化物转变成 球状，分散细小的碳化物转变成大颗粒的碳化物。这种组织的 转变将导致钢的软化，使蠕变极限、持久强度和屈服强度的降 低。
6.2 热强钢
2、中碳珠光体型热强钢（紧固件用珠光体热强钢）
常用钢：35CrMoV、25Cr2MoV钢常用作中压汽轮 机的螺栓和螺母材料，25Cr2Mo1V钢在高压电 厂中广泛使用。
3、转子用钢
6.2 热强钢
主轴、叶轮
或整锻转子 转
过热蒸汽，复杂应力 （扭、弯、热等）
子
热强性，沿轴向、径向均匀一致的
Mo、W的比例影响到钢的强度和韧性: Mo高W低，则有高的韧度和塑性，但蠕变强度较低； W高Mo低，则有高的蠕变强度而塑性和韧性较低。 ② V、Ti、Nb 形成MC型复合碳化物，更稳定，使绝大部分Mo、W进入固 溶体，可提高热强性和使用温度。 ③ Ni：1%~2%，扩大奥氏体相区，保证淬火时得到单相奥氏体。 ④ N：增加沉淀强化相数量，有利于加强沉淀强化效应。 ⑤ B：强化晶界，降低晶界扩散，也有利于提高钢的热强性。

[高等教育]第六章 耐热钢

[高等教育]第六章 耐热钢

6.3 抗氧化钢
2. Cr-Mn-Ni-N系，Cr-Mn-N系
特点：以Mn，N代替Ni，Cr-Mn-N系在950以下有较好的抗 氧化性。
3Cr18Mn12Si2N；
2Cr20Mn9Ni2Si2N。寿命接近3Cr18Ni25Si2
3. 低镍奥氏体抗氧化钢
ZG4Cr22Ni4N和ZG3Cr24Ni7N钢。经济，但易析出脆性的σ 相。
6.1 基本概念
6.1 基本概念
2、强化晶界
在高温下，晶界的强度将不同程度地降低，所以在耐热钢中不是 追求细化晶粒强化，而是“适当地粗化”晶粒以减少薄弱的晶界数量， 从而提高蠕变抗力。与此同时，还可采用合适的合金化措施，进一步 强化晶界。
6.1 基本概念
3、弥散强化
① 时效析出的弥散相
大多是各种类型的碳化物和金属间化合物。
6.1 基本概念
四、提高钢抗氧化性的途径
1、提高钢氧化膜稳定性
6.1 基本概念
2、形成致密、稳定的氧化膜
3、加入少量稀土金属或碱土金属
提高耐热钢和耐热合金的抗氧化能力，特别在1000℃以上，使高 温下晶界优先氧化的现象几乎消失。
6.1 基本概念
五、高温强度
金属零件在高温下长时间承受负荷时，有可能会出现两
1. 性能要求
（1）高的热强性； （2）高的抗氧化性； （3）高的塑性，冲击韧性； （4）良好的可焊性。 燃气轮机的高温零件主要使用铁基、镍基和钴基高温合金， 这些合金具有优异的高温强度、抗氧化性和抗腐蚀性，并有良好 的抗辐照性能和低温性能。
6.2 热强钢
2. 合金化：主要是提高热强性 （1）基体的固溶强化 主要靠W，Mo固溶强化，Cr也有此作用。但合金含量不能太高， 否则大幅度降低材料熔点，加速合金元素扩散，反而降低高温强度。

第六章 耐热钢和耐热合金.ppt

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GH37、GH49及 GH130等 高 温 合 金 的 牌 号 与 化 学 成 分 在 (GB/T14992-1994)
可查
钨、钼、铬在镍基合金中能提高原子间结 合力，减缓扩散，起固溶强化作用。铬的 另一个主要作用是提高镍基合金的抗氧化 性。
钴 溶 于 γ′ 相 ， 形 成 γ′- （ Ni ， Co ） 3 （Al,Ti）相，提高其稳定性，并增加γ′ 相的数量。
钛和铝在时效过程中能析出金属间化合物γ′相 为主要沉淀强化相。铬主要是提高钢的化学稳定 性。钼主要起固溶强化作用。硼可产生晶界强化 并提高持久塑性。
合金元素溶于基体金属中形成固溶体而使金属强 化,称为固溶强化
通过热处理可对GH132（A-286）钢的 显微组织和性能加以控制。通常在 980~1000℃固溶处理，可获得合适的 晶粒度，并使成分均匀，得到较高的室 温伸长率、成型性和焊接性。时效温度 在700～760℃，可达到最大的沉淀强 化效果。γ′-Ni3（Ti，Al）以极细小的 球状颗粒分布在基体上，与基体保持共 格。
第四节 奥氏体型耐热钢
最常用的钢种是1Crl8Ni9Ti。它和 Cr13一样，既是不锈钢又可作耐热 钢使用。其热化学稳定性和热强性 都比珠光体和马氏体耐热钢强，工 作温度可达750℃～800℃。常用于 制造一些比较重要的零件，如燃气 轮机轮盘和叶片等。
实际上，在650℃或更高温度下工作的 零件，铁素体型耐热钢已经不能使用了， 这是由于体心立方点阵的基体中原子的 扩散很强烈，碳化物聚集长大的速度非 常快，因而钢迅速软化。奥氏体耐热钢 （如 1Cr18Ni9Ti）在650℃时高温强 度也很低。
与常规法生产相比，粉末合金可节省大量机加 工切削量，成材率高，节约费用。粉末高温合 金已用于先进型号发动机上的涡轮盘、压气机 盘等重要零件上。

耐热钢与耐热合金

耐热钢与耐热合金

钛基合金
01
钛基合金是以钛为主要成分的合金，具有轻质、高强、耐腐蚀等优点。
02
钛基合金广泛应用于航空航天、船舶、化工等领域。
03
钛基合金的优点包括优良的高温强度、蠕变强度、抗疲劳性能和耐腐 蚀性能，密度低，减轻设备重量。
04
钛基合金的缺点是加工困难，成本较高，但其使用寿命长，适用于高 温和腐蚀环境。
应用
广泛应用于发动机、涡轮机、热力管道等需要承受交变载荷的设 备。
03 耐热合金的种类与特性
高温合金
01
02
03
04
高温合金是指在高温下具有优 良力学性能和抗氧化、抗腐蚀
能力的合金。
高温合金主要应用于航空航天 、能源、化工等领域，用于制
造高温部件和设备。
高温合金的优点包括良好的高 温强度、蠕变强度、抗疲劳性 能和抗氧化、抗腐蚀能力。
化学性能比较
抗氧化性
耐热合金的抗氧化性通常优于耐热钢，因为合金元素可以形成更 稳定的氧化膜。
抗腐蚀性
耐热合金的抗腐蚀性也优于耐热钢，因为合金元素可以增强钢的钝 化性能。
高温稳定性
在高温环境下，耐热合金的化学稳定性通常优于耐热钢。
机械性能比较
1 2
强度
耐热合金的强度通常高于耐热钢，因为合金元素 可以细化钢的晶粒，从而提高强度。
韧性
在低温环境下，耐热钢的韧性通常优于耐热合金。 但在高温环境下，耐热合金的韧性可能会降低。
3
疲劳强度
耐热合金的疲劳强度通常高于耐热钢，特别是在 循环载荷下。
06 耐热钢与耐热合金的未来 发展与挑战
新材料的研发与应用
研发新型耐热钢与耐热合金，以满足更高温度和更复杂环境下的应用需求。 探索新型的合金元素和制备工艺，以提高材料的抗氧化、抗蠕变和抗腐蚀性能。

第6章 耐热钢和耐热合金

第6章 耐热钢和耐热合金

因此，欲得到抗氧化钢，就要形成具有致密晶格、连续、牢固附着的氧化物 层。
2. 提高钢抗氧化性的途径
主要采取合金化的方法。一般加Cr、Al、Si，它们与O亲和力比Fe大，选择 性氧化形成 结构致密、稳定、与基体结合牢固的 Cr2O3、 A12O3、 SiO2 氧化膜。 抑制或避免疏松FeO生成和长大，起保护作用，使钢不发生继续氧化。 铬：提高钢抗氧化性的主要元素。在600-650℃ Cr5％、800℃ Crl2％、 950℃ Cr20％、1100℃ Cr28％才满足抗氧化性。 Al、 Si:也是提高抗氧化性 有效 元素，但增加钢的脆性，因此很少单独加入， 常常和Cr一起加入。 Ni、Mn：对钢的抗氧化性能影响较弱。 C、N：固溶时对钢的抗氧化性影响不大；形成化合物时防碍钢表面氧化膜连 续性，因而↓钢的抗氧化性。 Mo、V：生成氧化物熔点较低，使抗氧化性变坏。 稀土元素：↑钢的抗氧化性。主要是由于稀土元素可消除高温下晶界优先氧化 现象。 除了加入合金元素外，还采用渗金属方法，如渗铝、渗铬或渗硅等以提高 钢的抗氧化能。
四、耐热钢及耐热合金的分类
P耐热钢 Fe 为基的耐热钢 M耐热钢 F抗氧化钢 A耐热钢 Fe为基的耐热钢 A抗氧化钢 镍基耐热合金：以Cr 20 Ni80合金为基础发展起来的，类似的还有钴基合金 Mo基 Ta基 难熔金属耐热合金 Nb基 金属陶瓷
化学成分及热处理：
C高于低碳珠光体热强钢。为↑淬透性和回火稳定性，以Cr、Mo为主适量加 Ti、Nb、V、B等，含量稍高。如25Cr2MoVA、20Cr1Mo1VNbTiB等。
淬火＋高温回火
叶片钢：汽轮机叶片，工作温度450～620℃ 二、马氏体耐热钢 阀门钢：汽车、内燃机排气阀，工作温度700～850℃

第6章 耐热钢


（三）工业炉用耐热钢
Fe-Al-Mn炉用耐热钢 Fe-Al-Mn炉用耐热钢 γ+少量 少量α 工作温度900 γ+少量α，工作温度900 ℃ 左右 Cr-Mn-C-N炉用耐热钢 （ γ组织 ） Cr-MnCr19Mn12Si2N， Cr19Mn12Si2N， Cr20Mn9Ni2Si2N 可用于850 1000℃的工业炉用耐热件 850可用于850-1000℃的工业炉用耐热件 高Cr-Ni奥氏体炉用耐热钢 Cr-Ni奥氏体炉用耐热钢 1000-1200℃长期工作 1000-1200℃长期工作 ，3Cr18Ni25Si2
最基本的要求： 最基本的要求：
高的高温强度、高温疲劳强度（及塑性） 热强钢 高的高温强度、高温疲劳强度（及塑性）—热强钢 高的高温化学稳定性（特别是抗氧化性能） 热稳定钢 高的高温化学稳定性（特别是抗氧化性能）—热稳定钢 良好的工艺性能及物理性能。 良好的工艺性能及物理性能。
耐热钢的高温性能指标 1. 蠕变及蠕变强度
加入合金元素，形成稳定而致密氧化膜。 加入合金元素，形成稳定而致密氧化膜。
2. 合金元素对钢的氧化速度的影响
氧化膜的结构要求：稳定、致密、与基体结合紧密。 氧化膜的结构要求：稳定、致密、与基体结合紧密。 加入Cr, Al等 Cr、Al可单独加入 可单独加入， 加入Cr, Si, Al等， Cr、Al可单独加入，Si 只能作辅加元 增加钢的脆性) 素 (增加钢的脆性)。 可以提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定性; 可以提高FeO出现的温度，改善钢的高温化学稳定性; FeO出现的温度 FeOFeOCr2O3或Al2O3或SiO2；FeO-Cr2O3或FeO-Al2O3等尖晶 石氧化物膜； 氧化膜。 石氧化物膜；Fe2SiO4氧化膜。

CH6 耐热钢(05)


• 合金元素作用：Cr提 合金元素作用： 提 高抗氧化性； 提高热 高抗氧化性；Mo提高热 强性； 弥散强化 弥散强化。 强性；V弥散强化。 涡轮机机壳
2）马氏体型热强钢 ） 如: 15Cr12WmoV(汽轮机叶 汽轮机叶 片用钢)。 片用钢 。马氏体型耐热钢的使用 温度在550~600℃之间，主要用于 温度在 ℃之间， 制造汽轮机叶片和汽油机或柴油 机的汽阀等，常用的钢种有： 机的汽阀等，常用的钢种有：① Cr13型 1Cr13、2Cr13、 型 、 、 1Cr11MoV、15Cr11MoV为叶片 、 为叶片 钢；②Cr-Si型 4Cr9Si2及 型 及 4Cr10Si2Mo为阀门钢等 为阀门钢等 • 合金元素作用：Cr、Si提高抗氧 合金元素作用： 、 提高抗氧 化性; Mo提高热强性 再);V弥散 化性 提高热强性(T 弥散 提高热强性 强化。 强化。 • 热处理：调质。 热处理：调质。 • 组织： S回。 组织：
2、提高钢的热强性的方法 通常采用： 、 通常采用： 基体固溶强化：增加Cr, Mo、W等元素的固溶强化 等元素的固溶强化; ①基体固溶强化：增加 、 等元素的固溶强化 沉淀析出相弥散强化：通过碳化物和金属间化合物的弥散相强化。 ② 沉淀析出相弥散强化 ： 通过碳化物和金属间化合物的弥散相强化。 ③晶界强化：阻碍原子扩散及位错的运动。 晶界强化：阻碍原子扩散及位错的运动。 可加入Mo、 、 、 等形成粗晶 减少晶界，降低晶界能量， 等形成粗晶， 可加入 、 B、V、Zr等形成粗晶，减少晶界，降低晶界能量，使 晶界强化。其中由于材料在高温下(大于等强温度 。其晶界强度低于 晶界强化。 其中由于材料在高温下 大于等强温度Te)。 大于等强温度 晶内强度，晶界成为薄弱环节。 晶内强度，晶界成为薄弱环节。

耐热钢及高温合金综述

第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢耐磨钢：用于制造高耐磨性零件的特殊钢种；广义上，高碳工具钢、一部分结构钢及合金铸钢均可用于制造耐磨零件；最重要的是：高锰耐磨钢。

颚式破碎机挖掘机 2017年9月26日星期二 31
第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢铁路道岔挖掘机铲齿球磨机衬板履带 2017年9月26日星期二 32
第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢球磨机用于：大型水泥厂，耐火材料厂，冶炼厂，把颗粒研磨成粉状，以利于提取里边所需的矿物质。

2017年9月26日星期二 33
第六章耐热钢和高温合金 §5 特殊性能钢三、耐磨钢（高锰钢）化学成分：高碳(0.9%~1.5%、高锰(11％~14％。

ZGMn13。

铸态组织：粗大A＋Fe3C网，脆性大，不直接使用。

固溶处理：（1060~1100℃水冷）后可得到单相A，此时韧性很高(故又称“水韧处理”。

加工硬化：(A→M形成硬(＞500HBW而耐磨的表面层(10~20mm，心部为高韧性的A。

主要用途：坦克、拖拉机、挖掘机的履带板、破碎机衬板、铁路道岔等。

2017年9月26日星期二 34。

第六章--耐热钢

抗高温介质腐蚀而 不破坏的钢种，如炉底板等。
热强钢：在高温下有一定抗氧 化能力并具有足够强度而不产生 大量变形或断裂的钢种，如高温 螺栓、涡轮叶片等。
上海应用技术学院 工程材料学
§6.1 钢的热稳定性和热稳定钢 一、钢的抗氧化性能及其提高途径
上海应用技术学院
工程材料学
⑵ 奥氏体型热稳定钢
①Cr-Ni系，经Si、Al抗氧化合金 化。 ②Fe-Al-Mn系，节约Cr、Ni。 ③Cr-Mn-N系，有较高的持久强 度。
上海应用技术学院 工程材料学
§6.2 金属的热强性
一、高温下金属材料力学性能特点
高温下钢的强度及变形量不但 与时间有关，而且与温度有关。 长时性能：蠕变极限、持久强 度等。
上海应用技术学院 工程材料学
二、热强性的影响因素及其提高途径 1. 影响热强性的因素 随着温度的升高，耐热钢抵抗塑 性变形和断裂的能力不断降低。 ⑴软化因素。显微组织由亚稳态向 稳定态过渡、第二相聚集长大、发 生再结晶等。
上海应用技术学院 工程材料学
⑵形变断裂方式的变化
高温下形变方式不仅有滑移， 而且还有扩散形变及晶界滑动与 迁移等方式。
一般用单位时间、单位面积上氧化 后质量增加或减少的数值表示，单位 为g/m2。 若能在金属表面形成一层致密的、 牢固结合的氧化膜，那么钢将不再被 氧化。
上海应用技术学院 工程材料学
由于铁离子半径比氧离子的小，因 而氧化膜的生成主要靠铁离子向外表 层扩散。 <560℃，表面生成很致密的Fe2O3 和 Fe3O4层，该两层较薄。 > 560℃ ， 出 现 FeO 层 ， 铁 离 子 在 FeO层中的扩散很快，因而FeO层增厚 很快，钢的氧化速度剧增。
⑵第二相强化
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第四节 奥氏体型耐热钢
最常用的钢种是1Crl8Ni9Ti。它和
Cr13一样，既是不锈钢又可作耐热 钢使用。其热化学稳定性和热强性 都比珠光体和马氏体耐热钢强，工 作温度可达750℃～800℃。常用于 制造一些比较重要的零件，如燃气 轮机轮盘和叶片等。
实际上，在650℃或更高温度下工作的 零件，铁素体型耐热钢已经不能使用了， 这是由于体心立方点阵的基体中原子的 扩散很强烈，碳化物聚集长大的速度非 常快，因而钢迅速软化。奥氏体耐热钢 （如 1Cr18Ni9Ti）在650℃时高温强 度也很低。 只有进一步通过沉淀强化的办法得到沉 淀强化奥氏体耐热钢才能满足要求。

一、Fe－Al—Mn系炉用耐热钢 此类钢种成分为，0.65~0.85%C，23～ 30％Mn，6～10％Al，1.0～1.5％Si， ≤0.1％RE。 其中铝主要是用来提高钢的抗氧化能力， 碳和锰的作用主要是扩大γ相区和稳定奥 氏体作用。 微量的稀土元素（≤0.1％）对抗氧化性 有好处，同时提高了钢液的流动性，提高 了铸件表面质量，改善了铁铝锰钢的热裂 倾向。
第六章 耐热钢和耐热合金
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节

提高抗氧化性和热强性的方法 铁素体耐热钢 工业炉用耐热钢 奥氏体耐热钢 镍基耐热合金 新型耐热合金
概 述
一、定义：在高温下工作的钢叫耐热钢。 二、耐热钢及合金的工作条件 火力发电用的蒸气锅炉、蒸气涡轮或者 燃气涡轮，航空工业上的喷气发动机以 及一般工业生产上加热炉的构件等，它 们都在高温下工作，并承受各种载荷。 除此之外，钢件在工作时还与高温蒸汽、 空气或燃气相接触，表面要发生高温氧 化或燃气腐蚀。

第一节 提高耐热钢抗氧化性 和热强性的方法
一、提高耐热钢 的抗氧化性 1、加入合金元 素降低氧化膜中 的扩散。如Ni。

2、加入合金元素形成致密稳定的合金氧 化膜层，提高氧化膜的稳定性。 如Cr、Ti、Al、Si元素，形成以合金氧 化物为主的氧化膜，如Al2O3，Cr2O3、 SiO2及致密和稳定的尖晶石类型结构的 氧化膜，如FeO· r2O3、FeO· r2O3等。 Al C 稀土元素钇（Y）铈（Ce）、澜（La） 也有同样的作用 。

三、对耐热钢及合金的性能要求 1、要有足够的高温强度、高温疲劳强度 以及与之相适应的塑性； 2、要有足够的高温化学稳定性； 3、具有良好的工艺性能（如铸造、热加 工、焊接、冲压等性能）以及物理性能等 等。

四、耐热钢及耐热合金的分类
（1）铁素体型耐热钢
（2）奥氏体型耐热钢

二、提高耐热钢的热强性 1、提高合金基体的原子间结合力，固溶强化基 体（W、Mo、Cr）。金属的原子结合力越强， 则熔点越高，耐热钢的使用温度越高，因此要选 择熔点越高的金属作基体。例如镍基合金。 2、强化晶界。晶界在高温下强度低，所以在耐 热钢中采用“适当地粗化晶粒”来提高高温强度。 粒数适当减少，晶界面相应减少，薄弱的晶界总 数也就减少了。 此外，钢中加入B、稀土（RE）等元素，与低熔 点元素化合（如与S、P元素化合），形成高熔点 稳定化合物，也可提高晶界强度。

3、沉淀强化。加入合金元素Mo、W、V、 Ti 等。在钢中形成大量的碳化物或金属 间化合物相，使其在时效处理时呈弥散 析出，形成稳定相，在高温下保持对位 错运动的机械阻碍作用，但Mo、W 的加 入会降低钢的抗氧化性。 4、获得奥氏体基体(不发生相变) 。如Ni、 Mn 的作用。


5、碳是扩大γ相区的元素，对钢有强化 作用。但碳质量分数较高时，由于碳化 物在高温下易聚集，使高温强度显著下 降；同时，碳也使钢的塑性、抗氧化性、 焊接性能降低，所以，耐热钢的碳质量 分数一般都不高（0.1~0.5%）。
表示高温强度的指标有下列三种： 1、蠕变极限（又称蠕变强度）： 表示在一定温度下，在规定时间内（如10000 小时）达到规定变形量（如0.1％）时所能承 受的应力。记做σ0.1/10000，单位是MPa。 2、持久强度： 是指在一定温度下，在规定时间断裂所能承 受的应力,如σ800℃100，单位是MPa。 3、持久寿命： 是指在某温度，在规定应力作用下，从开始 到拉断的时间，单位是小时。
第六节 新型耐热合金
一、定向凝固耐热合金 大多数耐热合金的蠕变裂纹产生在垂直于 主应力方向的晶界上。为减少这种薄弱环 节，消除横向晶界，进而消除全部晶界， 发展了定向凝固柱晶叶片和单晶叶片。由 于采用了真空冶炼、高合金化、气冷技术、 定向凝固柱晶和单晶等技术，使高温合金 的使用温度获得大幅度提高。
（3）镍基合金
（4）难熔金属基耐热合金（如钼、
钴基）
其中耐热钢按用途可分为 （1）抗氧化钢

高温下长期工作不致因介质侵蚀而破坏 的钢叫抗氧化钢（又叫耐热不起皮钢或 热稳定钢）。 （2）热强钢


在高温下仍具有足够的强度不会大量变 形或破断的钢叫热强钢。热强钢在具有 高温强度的同时又应具有抗氧化性。
第五节 镍基耐热合金
镍基合金是在Cr20Ni80基础上加入大量钨、钼、 钛、铝、铌、钴、钽等强化元素形成的高温合 金。 镍基耐热合金同样采用金属间化合物γ′-Ni3 （Al,Ti）相作为沉淀强化相。 常用的镍基合金有 GH33(C 0.03-0.08、Cr 19.022.0、Al 0.60-1.00、Ti 2.40-2.80) GH37、GH49及 GH130等 高温合金的牌号与化学成分在(GB/T14992-1994) 可查

三、氧化物弥散强化（ODS）高温材料 采用机械方法在基体中加入氧化物Y2O3 颗粒，同金属间化合物γ′相共同强化镍 基合金。这是粉末冶金中的一种新工艺。 Y2O3 具有高的热稳定性，能同合金中过 剩的氧和合金元素铝生成极稳定的复合氧 化物铝酸钇（3 Y2O3· Al2O3）。 5 这种生产工艺综合利用了固溶强化、定向 晶粒强化、γ′相沉淀强化和氧化物弥散 强化等方式，得到优异的综合强化效果。

二、粉末高温合金 由于耐热合金工作温度越高，合金中加入的强 化元素量也越高，合金的成分越复杂，这导致 合金的热加工性变差，只能在铸态使用。由于 成分复杂，凝固后偏析也严重，造成组织和性 能的不均匀。采用粉末冶金工艺生产高温合金， 就能完全克服上述缺点，如In－100合金和 FGH95。 与常规法生产相比，粉末合金可节省大量机加 工切削量，成材率高，节约费用。粉末高温合 金已用于先进型号发动机上的涡轮盘、压气机 盘等重要零件上。

思考题
1、耐热钢的工作条件和对性能的要求是 什么？ 2、提高钢抗氧化的途径是什么？ 3、提高钢热强性的途径有哪些？ 4、耐热钢有哪些分类？具体用途如何？ 5、高温合金主要是指哪类合金？
三、Fe－Cr－Al合金 铁铬铝合金是良好的抗氧化不起皮合金， 常用的Cr25Al5合金有很高的电阻率， 在20℃时ρ=135～145微欧／厘米3，主 要用于电炉加热元件。使用温度范围不 同，铬和铝的含量也不相同。 Cr25Al5合金的加热元件可在1350℃下 工作。在氧化性气氛中，表面生成Al2O3 保护膜，具有良好的保护性。

合金元素总含量一般不超过5%，属低合 金钢。工作温度350~620℃，常用做锅炉、 气轮机耐热零件。 与奥氏体型耐热钢相比，铁素体型耐热钢 有较好的工艺性能，较小的线膨胀系数， 较高的导热系数。在400～650℃温度范 围的工作条件下，铁素体型耐热钢具有较 好的经济效果。 典型钢种有12Cr1MoV等，新发展的钢种 有12Cr2MoWVSiTiB等。

钨、钼、铬在镍基合金中能提高原子间结 合力，减缓扩散，起固溶强化作用。铬的 另一个主要作用是提高镍基合金的抗氧化 性。 钴 溶 于 γ′ 相 ， 形 成 γ′- （ Ni ， Co ） 3 （Al,Ti）相，提高其稳定性，并增加γ′ 相的数量。

–杂质元素，特别是低熔点金属，如铅、锑、锡、铋等， 强烈地降低晶界的强度、高温冲击韧性和高温塑性，故 镍基合金的纯净度特别重要 。

二、Cr－Ni奥氏体炉用耐热钢 对工作温度超过1000℃的热处理炉或加 热炉内的构件，特别是要求使用期限较长、 比较耐久的构件，常用的是铬镍奥氏体钢 Cr20Ni20或铬镍硅钢Cr18Ni20Si2及 Cr25Ni20Si2。 加入2～3％硅是为了进一步提高铬镍奥氏 体钢的抗氧化性。

1Cr9W2MoVNbNB钢采用多元合金复合
合金化，强化相有MC、MN、M23C6和 M6C。钨钼的固溶强化和硼的晶界强 化，使此钢在600℃和650℃有很高 的蠕变强度。可作为高蠕变强度的 高压锅炉用耐热钢。
第三节 工业炉用耐热钢
机械工业及冶金工业许多工厂的加热炉、 热处理炉使用着大量的耐热钢构件，工作 时所受的负荷并不十分大，但要抗工作介 质的化学腐蚀。根据工作温度可分为三种 情况。 1、一般淬火、退火、正火热处理炉的耐 热构件，在≤900℃工作； 2、渗碳炉，在≤950℃工作； 3、加热炉和高温固溶处理炉，在 1000～1200℃范围工作。


钛和铝在时效过程中能析出金属间化合物γ′相 为主要沉淀强化相。铬主要是提高钢的化学稳定 性。钼主要起固溶强化作用。硼可产生晶界强化 并提高持久塑性。 合金元素溶于基体金属中形成固溶体而使金属强 化,称为固溶强化


通过热处理可对GH132（A-286）钢的 显微组织和性能加以控制。通常在 980~1000℃固溶处理，可获得合适的 晶粒度，并使成分均匀，得到较高的室 温伸长率、成型性和焊接性。时效温度 在700～760℃，可达到最大的沉淀强 化效果。γ′-Ni3（Ti，Al）以极细小的 球状颗粒分布在基体上，与基体保持共 格。

一、碳化物沉淀强化奥氏体耐热钢 这类钢的沉淀强化相为MC型碳化物，并含有钨、 钼等固溶强化元素。常用的是以锰部分代镍的 4Cr13Mn8Ni8MoVNb（GH36）钢，沉淀强化 相是（V，Nb）C，以VC为主。 GH36钢经1140℃、保温1.5~2h、水冷、固溶处理 后，需进行两次时效处理，第一次在670℃时效 16h，第二次在760～800℃时效14～16h然后空冷。 GH36耐热钢用于工作温度在650℃的零件，如涡 轮盘件。 固溶处理:将合金加热至高温单相区恒温保持，使 过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以 得到过饱和固溶体的热处理工艺。