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。
2020年5月1日星期五
34
第六章 耐热钢和高温合金
§6.2 金属的热强性
二、耐热钢热强性的影响因素及其提高途径 1、影响耐热钢热强性的因素 A、软化因素
温升，原子结合力下降，扩散系数加大，组 织由亚稳定态向稳态转变。如第二相集聚长大等 B、形变断裂方式变化
低温滑移；高温有滑移、扩散变形、晶界 滑动和迁移 C、断裂失效 金属常温断裂：穿晶断裂（晶内强度大于晶界强度） 金属高温断裂：晶间断裂（原子扩散加速）
失效：常时间高温工作+介质腐蚀，产生组织转变和 性能变化
2020年5月1日星期五
17
第六章 耐§热5钢和特高殊温性合能金钢
§6.1 §钢6的.3 热α稳-F定e基性热和强热钢稳定性钢
组织：细片P＋F，在600℃以下工作的热工动力机械和 石油化工设备。碳0.10%～0.40%；耐热性合金元素Cr、 Mo、W、V、Ti、Nb等强化铁素体并防止碳化物的球化 聚集长大以保证热强性。
原理：长时间稳定难长大，高温弥散态
2020年5月1日星期五
14
第六章 耐热钢和高温合金
§6.2 金属的热强性
2、提高钢的热强性途径
③晶界强化 减少高温下晶界转动 途径： 减少晶界：控制钢晶粒度（难滑移，塑变抗力提高） 净化晶界：微量元素硼(B)与稀土(RE)元素，高熔点晶核， 长大进入晶内，起净化晶界。
1.铁基高温合金 工作温度800～900℃的零件，使用 状态为固溶或固溶＋时效。常用牌号如GH1131，Cr20％、 Ni28%、W5％、Mo4％左右。
2.镍基高温合金 基本性能类似于铁基高温合金，但 热强性和组织稳定性稍优；但价格昂贵。如GH3030， Cr20％、微量的Ti、Al等元素。1000℃左右
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。
在奥氏体不锈钢的基础上加：W、Mo、V、Ti、Nb、 Al等，强化奥氏体并能形成稳定的特殊碳化物或金属间 化合物。具有比珠光体热强钢和马氏体热强钢更高的热 强性和抗氧化性，此外还有高的塑性、韧性及良好可焊 性、冷塑性成形性。
常用07Cr18Ni11Ti、45Cr14Ni14W2Mo(4,0.40~0.50) 等，用于工作高达800℃的各类紧固件与汽轮机叶片、 发动机气阀，使用状态为固溶处理状态或时效处理状态。
4
第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
一、钢的抗氧化性能及其提高途径 失效：高温下强度不足、表面氧化腐蚀 要求：较好的热稳定性 热稳定性：钢在高温下抗氧化或抗高温介质腐蚀
的能力； 指标：g/m2.单位时间、单位面积上的氧化后质量
增加或减少的数值表示。 在其他条件相同时，减少质量或增加质量的程度
铁路道岔
挖 掘 机 铲 齿
2020年5月1日星期五
球磨机衬板
履带
32
三、耐磨钢
第六章 耐§热5钢和特高殊温性合能金钢
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。
2020年5月1日星期五
33
第六章 耐热§钢5 和特高殊温性合能金钢
三、耐磨钢（高锰钢）
措施：避开脆性区工作，加W、Mo，已发生 脆性采用600-650℃高温回火快冷消除
珠光体热强钢热处理： 正火+比使用温度高100℃下的高温回火
2020年5月1日星期五
21
第六章 耐§热5钢和特高殊温性合能金钢
§6.3 α-Fe基热强钢
二、马氏体热强钢
①低碳高铬型，Cr13型不锈钢加入
汽轮机叶片
Mo、W、V、Ti、Nb等元素而形成，
工程材料A
第六章 耐热钢和高温合金
机电工程学院
2020年5月1日星期五
1
第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢 §6.2 金属的热强性 §6.3 α-Fe基热强钢 §6.4 γ -Fe基热强钢
2020年5月1日星期五
2
第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
服役条件：高温下工作（影响化学稳定性、降强度） 性能要求：
1、抗蠕变、抗热松弛和热疲劳性能及抗氧化能力 2、介质中抗腐蚀能力和足够韧性 3、良好加工性能和焊接性 4、合理的组织稳定性
用 途：制造工业加热炉、 热工动力机械（如内燃机）、 石油及化工机械与设备等。
2020年5月1日星期五
①低碳12CrMo、15CrMoV，优良的冷热加工性能，主要 用做锅炉管线等，正火后使用。
②中碳35CrMo、35CrMoV，调质后使用，具有优良的高 温综合力学性能，用作耐热的紧固件和汽轮机转子。
2020年5月1日星期五
18
热强钢的成分（牌号）、热处理、用途和机械性能
第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
牌号有14Cr11MoV（1Cr11MoV）、
15Cr12WMoV（12Cr12WMoV)等,因这
种钢还有优良的消振性，最适宜
制造工作温度在600℃以下的汽
轮叶片，故又称叶片钢。
2020年5月1日星期五
22
第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
❖②中碳铬硅钢， 42Cr9Si2(4Cr9Si2,0.35~0.50%C)、 40Cr10Si2Mo(4,0.35~0.45%C)等，既有 良好的高温抗氧化性和热强性，还有较 高的硬度和耐磨性，最适合于制造工作 温度在750℃以下的发动机排气阀，故又 称排气阀钢。
2020年5月1日星期五
27
第六章 耐热钢和高温合金
2020年5月1日星期五
28
第六章 耐热钢和高温合金
2020年5月1日星期五
29
第六章 耐热钢和高温合金
二、耐热钢（常用耐热钢_高温合金）
航空、航天工业的喷气式发动机在800℃以上的高温 下长期承受一定的载荷工作，耐热钢已不能满足抗氧化 性尤其是热强性要求，此时便应采用高温合金，它包括 铁基、镍基、钴基。
晶界空位填补：晶界易扩散，加B、Ti、Zr等填充晶界空位
晶界沉淀强化：晶界析出强化相，塑变滑移和断裂扩展受 阻，热强性提高，如析出Cr23C6
还有：形变强化处理
2020年5月1日星期五
15
第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
种类：P型热强钢、M型热强钢
特点：加热或冷却时，α、γ相间互转变，
措施：加Cr、Ti、Nb元素阻碍C化。 3、合金元素的再分布
机理：高温下Me向碳化物扩散集聚，基体Me贫化， 热强性下降。
措施：加强碳化物形成元素Ti、V、Nb等。
2020年5月1日星期五
20
第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢
失效原因： 4、热脆性
机理：高温长时工作，韧性大幅下降，脆性 断裂，即热脆性，析出新相
②微量稀土(RE)元素如钇(Y)、镧(La)等，能防止高温 晶界的优先氧化，明显改善耐热钢的抗氧化性。
③金属表面渗Cr、Al、Si也有效提高钢抗氧化性。
2020年5月1日星期五
8
第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
二、热稳定钢（抗氧化钢，不起皮钢） 种类：
F型热稳定钢、A型热稳定钢
2020年5月1日星期五
11
第六章 耐热钢和高温合金
§6.2 金属的热强性
一、高温下金属材料力学性能特点 热强性：
高温和载荷下抵抗塑性变形能力 包括：高温下瞬时性能和长时性能
瞬时性能：高温拉伸、冲击、硬度
长时性能：蠕变极限、持久强度、应力松弛、 高温疲劳强度、冷热疲劳等
2020年5月1日星期五
19
第六章 耐热钢和高温合金
§6.3 α-Fe基热强钢 失效原因： 1、珠光体球化和碳化物集聚长大
机理：长时间高温工作，片状碳化物球化，小颗 粒集聚成大颗粒，组织软化，亚稳态向稳定态转变， C原子扩散完成。 2、钢石墨化 机机械理性：能F，e3C脆分断解；Fe和G的过程，石墨即小裂纹，降
2020年5月1日星期五
13
第六章 耐§热5钢和特高殊温性合能金钢
§6.1 §钢6的.2 热金稳属定的性热和强热性稳定性钢
2、提高钢的热强性途径
①基体(固溶)强化元素Cr、Ni、W、Mn、Mo、Nb等，形成单相组 织并提高再结晶温度。
原理：提高原子结合力，降低扩散系数
②第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al等，形成细小弥散分布的 稳定碳化物(VC、TiC、NbC)或稳定性更高的金属间化合物(Ni3Ti、 Ni3Nb、Ni3Al)，获得第二相沉淀强化效果并提高组织稳定性。
越小，热稳定性越高。
2020年5月1日星期五
5
第六章 耐热钢和高温合金
。
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
氧化机理：
2020年5月1日星期五
6
第六章 耐热钢和高温合金
§6.1 钢的热稳定性和热稳定性钢
铁氧化物：FeO、Fe2O3、Fe3O4（致密）
FeO氧化物：Fe缺位固溶体，Fe离子通
过FeO层易扩散，即易氧化
2020年5月1日星期五
25
§6.4 γ-Fe基热强钢
奥氏体热强钢： 一、固溶强化型 二、碳化物沉淀强化型 三、金属间化合物强化型