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耐热钢(耐热合金)和高温合金的含义

日期:2021-11-27 08:59
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摘要:<p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">耐热钢(耐热合金)和高温合金的含义</span></span><span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><br /> </span><span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">先来说耐热钢和耐热合金。这两者的区别并没有明确的规定,通常将合金元素含量小于</span>50%<span style="font-family:宋体;">的称为耐热钢,合金元素含量大于</span><span style="font-family:Calibri;">50%</span><span style="font-family:宋体;">的,叫做(铁基)耐热合金。两者的分别主要在于合金元素含量。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">再来说耐热钢和高温合金。耐热钢是指具有良好的高温抗氧化性和高温强度的钢。耐热钢和耐热合金在较高载荷下的*高使用温度一般只能达到</span>750<span style="font-family:宋体;">℃~</span><span style="font-family:Calibri;">850</span><span style="font-family:宋体;">℃。对于更高温度下使用的部件,则采用镍基、钴基及难熔金属为基的高温合金。两者的分别主要在于耐高温温度范围。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:Calibri;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;mso-fareast-font-family:宋体;"><span style="font-family:宋体;">高温工况对金属的耐热性提出了什么挑战?耐热性具体的含义?</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两个方面。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;">①<span style="font-family:Calibri;">&nbsp;</span><span style="font-family:宋体;">高温抗氧化性</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">金属的高温抗氧化性是指钢在高温条件下对氧化作用的抗力,是钢能否持久地在高温下工作的重要保证条件</span></span><span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">氧化是一种典型的化学腐蚀,在高温空气、燃烧废气等氧化性气氛中,金属与氧接触发生化学反应即氧化腐蚀,腐蚀产物</span>(<span style="font-family:宋体;">氧化膜</span><span style="font-family:Calibri;">)</span><span style="font-family:宋体;">附着在金属的表面。随着氧化的进行,氧化膜厚度继续增加,金属氧化到一定程度后是否继续氧化,直接取决于金属表面氧化膜的性能。如果生成的氧化膜是致密、稳定的,与基体金属结合力高,氧化膜强度较高,就能够阻止氧原子向金属内部的扩散,降低氧化速度,否则会加速氧化,使金属表面起皮和脱落等,导致零件早期失效。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">钢表面氧化膜的组成与温度有关,在</span>570<span style="font-family:宋体;">℃以下,氧化膜由</span><span style="font-family:Calibri;">Fe2O3+Fe3O4</span><span style="font-family:宋体;">组成,比较致密,能有效地阻碍氧的扩散,抗氧化性较好。大于</span><span style="font-family:Calibri;">570</span><span style="font-family:宋体;">℃加热,氧化膜由</span><span style="font-family:Calibri;">FeO+Fe2O3+Fe3O4</span><span style="font-family:宋体;">组成,靠近钢表面的是</span><span style="font-family:Calibri;">FeO</span><span style="font-family:宋体;">,向外依次为</span><span style="font-family:Calibri;">Fe3O4</span><span style="font-family:宋体;">和</span><span style="font-family:Calibri;">Fe2O3</span><span style="font-family:宋体;">,</span><span style="font-family:Calibri;">FeO</span><span style="font-family:宋体;">疏松多孔,占整个氧化膜厚的</span><span style="font-family:Calibri;">90%</span><span style="font-family:宋体;">左右,金属原子和氧原子很容易通过</span><span style="font-family:Calibri;">FeO</span><span style="font-family:宋体;">层扩散,加速氧化。高温下</span><span style="font-family:Calibri;">FeO</span><span style="font-family:宋体;">的存在,钢的抗氧化性大大下降,而且温度越高,原子扩散越快,氧化速度越快。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">提高钢的抗氧化性主要途径是合金化,在钢中加入</span>Cr<span style="font-family:宋体;">、</span><span style="font-family:Calibri;">Si</span><span style="font-family:宋体;">、</span><span style="font-family:Calibri;">Al</span><span style="font-family:宋体;">等合金元素,使钢在高温与氧接触时,优先形成致密的高熔点氧化膜</span><span style="font-family:Calibri;">Cr2O3</span><span style="font-family:宋体;">、</span><span style="font-family:Calibri;">SiO2</span><span style="font-family:宋体;">、</span><span style="font-family:Calibri;">Al2O3</span><span style="font-family:宋体;">等,严密地覆盖住钢的表面,阻止氧化的继续进行。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;">②<span style="font-family:Calibri;">&nbsp;</span><span style="font-family:宋体;">高温强度</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;">&nbsp;<span style="font-family:宋体;">金属的高温强度是指金属材料在高温下对机械载荷作用的抗力,即高温下金属材料抵抗塑性变形和破坏的能力。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">金属在高温下表现出的力学性能与室温下有较大的区别,当工作温度大于再结晶温度后,金属除了受外力作用产生了塑性变形和加工硬化外,还会发生再结晶和软化过程,因此在室温下能正常服役的零件就难以满足高温下的要求。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">金属在高温下的力学性能与温度、时间、组织变化等因素有关。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">金属在高温下工作常会发生</span>“蠕变”现象,即当工作温度大于再结晶温度时,工作应力超过该温度下的弹性极限时,随时间的延长金属发生缓慢变形的现象。金属对蠕变的抗力越大,其高温强度也越高。</span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">金属的高温强度一般用蠕变极限和持久强度来表示。蠕变极限是指金属在某温度下,经过一段时间后,其残余变形量达一定数值时的应力值。持久强度是指在恒定温度下经过一定时间,金属材料发生断裂破坏时的应力值。</span></span> </p> <p style="margin:0pt;"> <span style="font-family:宋体;font-size:10.5pt;mso-spacerun:&quot;yes&quot;;mso-ascii-font-family:Calibri;mso-hansi-font-family:Calibri;mso-bidi-font-family:&quot;Times New Roman&quot;;mso-font-kerning:1.0000pt;"><span style="font-family:宋体;">金属材料在高温下晶界强度低于晶内,因此加入合金元素提高再结晶温度,形成稳定的特殊碳化物,以及采用粗晶材料,减少晶界等都能有效地提高钢的高温强度。</span></span> </p>

耐热钢(耐热合金)和高温合金的含义
先来说耐热钢和耐热合金。这两者的区别并没有明确的规定,通常将合金元素含量小于50%的称为耐热钢,合金元素含量大于50%的,叫做(铁基)耐热合金。两者的分别主要在于合金元素含量。

再来说耐热钢和高温合金。耐热钢是指具有良好的高温抗氧化性和高温强度的钢。耐热钢和耐热合金在较高载荷下的*高使用温度一般只能达到750℃~850℃。对于更高温度下使用的部件,则采用镍基、钴基及难熔金属为基的高温合金。两者的分别主要在于耐高温温度范围。

高温工况对金属的耐热性提出了什么挑战?耐热性具体的含义?

金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两个方面。

 高温抗氧化性

金属的高温抗氧化性是指钢在高温条件下对氧化作用的抗力,是钢能否持久地在高温下工作的重要保证条件

氧化是一种典型的化学腐蚀,在高温空气、燃烧废气等氧化性气氛中,金属与氧接触发生化学反应即氧化腐蚀,腐蚀产物(氧化膜)附着在金属的表面。随着氧化的进行,氧化膜厚度继续增加,金属氧化到一定程度后是否继续氧化,直接取决于金属表面氧化膜的性能。如果生成的氧化膜是致密、稳定的,与基体金属结合力高,氧化膜强度较高,就能够阻止氧原子向金属内部的扩散,降低氧化速度,否则会加速氧化,使金属表面起皮和脱落等,导致零件早期失效。

钢表面氧化膜的组成与温度有关,在570℃以下,氧化膜由Fe2O3+Fe3O4组成,比较致密,能有效地阻碍氧的扩散,抗氧化性较好。大于570℃加热,氧化膜由FeO+Fe2O3+Fe3O4组成,靠近钢表面的是FeO,向外依次为Fe3O4Fe2O3FeO疏松多孔,占整个氧化膜厚的90%左右,金属原子和氧原子很容易通过FeO层扩散,加速氧化。高温下FeO的存在,钢的抗氧化性大大下降,而且温度越高,原子扩散越快,氧化速度越快。

提高钢的抗氧化性主要途径是合金化,在钢中加入CrSiAl等合金元素,使钢在高温与氧接触时,优先形成致密的高熔点氧化膜Cr2O3SiO2Al2O3等,严密地覆盖住钢的表面,阻止氧化的继续进行。

 高温强度

 金属的高温强度是指金属材料在高温下对机械载荷作用的抗力,即高温下金属材料抵抗塑性变形和破坏的能力。

金属在高温下表现出的力学性能与室温下有较大的区别,当工作温度大于再结晶温度后,金属除了受外力作用产生了塑性变形和加工硬化外,还会发生再结晶和软化过程,因此在室温下能正常服役的零件就难以满足高温下的要求。

金属在高温下的力学性能与温度、时间、组织变化等因素有关。

金属在高温下工作常会发生“蠕变”现象,即当工作温度大于再结晶温度时,工作应力超过该温度下的弹性极限时,随时间的延长金属发生缓慢变形的现象。金属对蠕变的抗力越大,其高温强度也越高。

金属的高温强度一般用蠕变极限和持久强度来表示。蠕变极限是指金属在某温度下,经过一段时间后,其残余变形量达一定数值时的应力值。持久强度是指在恒定温度下经过一定时间,金属材料发生断裂破坏时的应力值。

金属材料在高温下晶界强度低于晶内,因此加入合金元素提高再结晶温度,形成稳定的特殊碳化物,以及采用粗晶材料,减少晶界等都能有效地提高钢的高温强度。

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