熱強(qiáng)性性能特點(diǎn)

熱強(qiáng)性系指耐熱鋼在高溫和載荷共同作用下抵抗塑性變形和破壞的能力。由此可見在評(píng)定高溫條件下材料的力學(xué)性能時(shí)，必須用熱強(qiáng)性來(lái)評(píng)定。熱強(qiáng)性包括材料高溫條件下的瞬時(shí)性能和長(zhǎng)時(shí)性能。

熱強(qiáng)性瞬時(shí)性

瞬時(shí)性能是指在高溫條件下進(jìn)行?，F(xiàn)力學(xué)性能試驗(yàn)所測(cè)得的性能指標(biāo)。如高溫拉伸、高溫沖擊和高溫硬度等。其特點(diǎn)是高溫、短時(shí)加載，一般說(shuō)來(lái)瞬時(shí)性能是鋼熱強(qiáng)性的一個(gè)側(cè)面，所測(cè)得的性能指標(biāo)一般不作設(shè)計(jì)指標(biāo)，而是作為選擇高溫材料的一個(gè)參考指標(biāo)。

熱強(qiáng)性長(zhǎng)時(shí)性

長(zhǎng)時(shí)性能是指材料在高溫及載荷共同長(zhǎng)時(shí)間作用下所測(cè)得的性能、常見的性能指標(biāo)有：蠕變極限、持久強(qiáng)度、應(yīng)力松弛、高溫疲勞強(qiáng)度和冷熱疲勞等（詳見金屬力學(xué)性能地這是評(píng)定高溫材料必須建立的性能指標(biāo)。

影響耐熱鋼熱強(qiáng)性的因素

隨著溫度的升高，耐熱鋼抵抗塑性變形和斷裂的能力不斷降低，這主要是由以下兩個(gè)因素造成的：

①影響耐熱鋼的軟化因素

隨著溫度的升高，鋼的原子間結(jié)合力降低，原子擴(kuò)散系數(shù)增大，從而導(dǎo)致鋼的組織由穩(wěn)定態(tài)向亞穩(wěn)態(tài)過(guò)渡、如第二相的聚集長(zhǎng)大、多相合金中成分的變化、亞結(jié)構(gòu)相化及發(fā)生再結(jié)晶等這些因素都導(dǎo)致鋼的軟化。

②形變斷裂方式的變化

金屬材料在低溫下形變時(shí)一般都以滑移方式進(jìn)行，但隨著溫度的升高，載荷作用時(shí)間加長(zhǎng)，這時(shí)不僅有滑移，而且還有擴(kuò)散形變及晶界的滑動(dòng)與遷移等方式。擴(kuò)散形變是在金屬發(fā)生變形但看不到滑移線的情況下提出的。這種變形機(jī)制是高溫時(shí)金屬內(nèi)原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，致使原子發(fā)生移動(dòng)，但在無(wú)外力作用下原子的移動(dòng)無(wú)方向性，故宏觀上不發(fā)生變形；當(dāng)有外力作用時(shí)，原子移動(dòng)極易發(fā)生且有方向性，因而促進(jìn)變形。當(dāng)溫度升高時(shí)，在外力作用下晶界也會(huì)發(fā)生滑動(dòng)和遷移，溫度越高，載荷作用的時(shí)間愈長(zhǎng)，晶界的滑動(dòng)和遷移就越明顯。

常溫下金屬的斷裂在正常情況下均屬穿晶斷裂，這是由于晶界區(qū)域晶格畸變程度大、晶內(nèi)強(qiáng)度低于晶界強(qiáng)度所致。但隨溫區(qū)升高，由于晶界區(qū)域晶格畸變程度小使原子擴(kuò)散速度增加，晶界強(qiáng)度減弱。溫度越高，載荷作用時(shí)間越長(zhǎng)，則金屬斷裂方式更多地呈晶間斷裂。

提高鋼的熱強(qiáng)性途徑

基于上述分析，提高鋼的熱強(qiáng)性主要途徑有三個(gè)方面：基體強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化。

①基體強(qiáng)化

主要出發(fā)點(diǎn)是提高基體金屬的原子間結(jié)合力、降低固溶體的擴(kuò)散過(guò)程。研究表明，從鋼的化學(xué)成分來(lái)說(shuō)，凡是熔點(diǎn)高、自擴(kuò)散系數(shù)小、提高鋼的再結(jié)晶溫度的合金元素固溶于基體后都能提高鋼的熱強(qiáng)性。如h基及M是高溫合金中主要的固溶強(qiáng)化元素有Mo、W、Co和Cr等。從固溶體的晶格類型來(lái)說(shuō)，奧氏體基比鐵素體基體的熱強(qiáng)性高。這是由于奧氏體的點(diǎn)陣排列較鐵素體致密，擴(kuò)散過(guò)程不易進(jìn)行。如在鐵基合金中，F(xiàn)e、C，Mo等元素在A中的擴(kuò)散系數(shù)顯著低于在F中的擴(kuò)散系數(shù)，這就使回復(fù)和再結(jié)晶過(guò)程減慢，第二相聚集速度減慢，從而使鋼在高溫狀態(tài)下不易軟化。

②第二相強(qiáng)化

主要出發(fā)點(diǎn)是要求第二相穩(wěn)定，不易聚集長(zhǎng)大且在高溫下長(zhǎng)期保持細(xì)小均勻的彌散狀態(tài)，因此對(duì)第二相粒子的成分和結(jié)構(gòu)有一定的要求。耐熱鋼大多用難熔合金碳化物作強(qiáng)化相，如 MC，M23C6、M6C等。為獲得更高的熱強(qiáng)性，可用熱穩(wěn)定性更高的全屬間化合物。如Ni3(TiAl),Ni3Ti,Ni3Al等作為基體的強(qiáng)化相。

③晶界強(qiáng)化、為減少高溫狀態(tài)下晶界的滑動(dòng)，主要有下列途徑：

（1）減少晶界、需適當(dāng)控制鋼的晶粒度。晶粒過(guò)細(xì)晶界多，雖然阻礙晶內(nèi)滑移，但晶界滑動(dòng)的變形量增大、塑變抗力降低。晶粒過(guò)大，鋼的脆性增加，所以要適當(dāng)控制耐熱鋼的晶粒度，一般在2～4級(jí)晶粒度時(shí)能得到較好的高溫綜合性能。

（2）凈化晶界。鋼中的S和P等低熔點(diǎn)雜質(zhì)易在晶界偏聚，并和鐵易于形成低熔點(diǎn)共晶體，從而削弱晶界強(qiáng)度，使鋼的熱強(qiáng)性下降。在鋼中加入B、稀土等元素，可形成高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物，在結(jié)晶過(guò)程中可作為晶核，使易熔雜質(zhì)從晶界轉(zhuǎn)入晶內(nèi)，從而使晶界得到凈化，強(qiáng)化了晶界。

（3）填補(bǔ)晶界上空位、晶界處空位較多，使擴(kuò)散易于進(jìn)行，是裂紋易于擴(kuò)展的地方，加入B、Ti、Zr等表面活化元素，可以填充晶界空位，阻礙晶界原子擴(kuò)散，提高蠕變抗力。

（4）晶界的沉淀強(qiáng)化。如果在晶界上沉淀出不連續(xù)的強(qiáng)化相，將使塑性變形時(shí)沿晶界的滑移及裂紋沿晶界的擴(kuò)展受阻，使鋼的熱強(qiáng)性提高。例如用二次固溶處理的方法可在晶界上析出鏈狀的Cr23C6化合物，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。

除此之外，還可用形變熱處理方法將晶界形狀改變?yōu)殇忼X狀晶界和在晶內(nèi)造成多邊化的亞晶界，進(jìn)一步提高鋼的熱強(qiáng)性。

a-Fe基熱強(qiáng)鋼

a-Fe基熱強(qiáng)鋼包含珠光體型熱強(qiáng)鋼和馬氏體型熱強(qiáng)鋼、這兩類鋼在加熱和冷卻時(shí)會(huì)發(fā)生a到r轉(zhuǎn)變，故使進(jìn)一步提高使用溫度受到限制。這類鋼在中溫下有較好的熱強(qiáng)性、熱穩(wěn)定性及工藝性能，線膨脹系數(shù)小，含碳量也較低，價(jià)格低廉，是適宜在600～650℃以下溫區(qū)使用的熱強(qiáng)鋼，廣泛應(yīng)用于制造鍋爐、汽輪機(jī)及石油提煉設(shè)備等。2100433B

纖維增強(qiáng)熱同性塑料玻璃纖維增強(qiáng)塑料

玻璃纖維增強(qiáng)塑料（GFRP，也稱玻璃鋼），是由合成樹脂和玻璃纖維或其織物經(jīng)復(fù)合工藝、制作而成的一種用途廣泛的復(fù)合材料。它具有玻璃般的透明性或半透明性，又具有鋼鐵般的高強(qiáng)度而得名。如用玻璃纖維去增強(qiáng)熱塑性塑料，可稱為熱塑性玻璃鋼；如用玻璃纖維增強(qiáng)熱同性塑料，就叫做熱同性玻璃鋼。目前生產(chǎn)的玻璃鋼主要指熱同性而言。

纖維增強(qiáng)熱同性塑料性能特點(diǎn)

玻璃鋼有兩大優(yōu)點(diǎn)：一是玻璃鋼的密度小，強(qiáng)度大，比鋼鐵結(jié)實(shí)，比鋁輕，比重只有普通鋼材的1/4~1/16，而機(jī)械強(qiáng)度卻為鋼的3~4倍；二是玻璃鋼具有瞬間耐高溫特性；是具有良好的耐酸堿腐蝕特性及不具有磁性。另外，玻璃鋼容易著色，能透過(guò)電磁波等特性；玻璃鋼的強(qiáng)度可以用鋼筋混凝土作比喻。在鋼筋混凝土中，承受外力的主要是鋼筋，但混凝土卻是不可缺少的，它將鋼筋粘結(jié)為一個(gè)整體，不但賦予建筑構(gòu)件以一定的外形，而且增加了強(qiáng)度。在玻璃鋼中，玻璃纖維的作用猶如鋼筋，而合成樹脂則起著膠結(jié)的作用，兩者的結(jié)合使玻璃鋼具有驚人的強(qiáng)度。

纖維增強(qiáng)熱同性塑料成型特點(diǎn)

玻璃鋼產(chǎn)品可以根據(jù)不同的使用環(huán)境及特殊的性能要求，自行設(shè)計(jì)復(fù)合制作而成，因此只要選擇適宜的原材料品種，基本上可以滿足各種不同用途對(duì)于產(chǎn)品使用時(shí)的性能要求，因此，玻璃鋼材料是一種具有可設(shè)計(jì)性的材料品種。

玻璃鋼的成型工藝方法有多種，最簡(jiǎn)單的是手工糊制方法，其他方法有模壓工藝成型方法，經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)、專業(yè)制造的纖維纏繞成型方法；綜合注射、真空、預(yù)成型增強(qiáng)材料或預(yù)設(shè)墊料的模塑方法達(dá)到制品高性能指標(biāo)、由計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的先進(jìn)的自動(dòng)化成型方法，玻璃鋼產(chǎn)品制作成型時(shí)可一次性完成。

只要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，選擇合適的原材料鋪設(shè)方法和排列程序，就可以將玻璃鋼材料和結(jié)構(gòu)一次性地完成，避免了金屬材料通常所需要的二次加工，從而大大降低產(chǎn)品的物質(zhì)消耗，減少人力和物力的浪費(fèi)。

玻璃鋼成型溫度低，節(jié)約能源。若采用手工糊制的方法，其成型時(shí)的溫度一般在室溫下，或者在100℃以下進(jìn)行，其成型溫度遠(yuǎn)低于金屬材料，及其他的非金屬材料，因此其成型能耗可以大幅度降低。

一種新型高強(qiáng)耐熱鋁合金，針對(duì)現(xiàn)有鋁合金強(qiáng)度不高、耐熱性和耐磨性差、尺寸穩(wěn)定性低的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可在350℃～400 ℃長(zhǎng)期使用的高強(qiáng)耐熱鋁合金。該高強(qiáng)耐熱鋁合金中各組分的重量百分比(wt%)為：Si 6.5～17.5、Cu 2.5～5.0、Ni 1.0～3.0、Mn 0.4～ 1.0、Mg 0.4～1.2、Ti 0.1～1.0、B 0.02～0.2、Zr 0.1～1.0、Cd 0.1～ 0.6、P 0.005～0.05、其余為鋁，Si/Mg為10～20，Cu/Mg為4～13。該合金包括分布均勻L12晶體結(jié)構(gòu)的Al3X顆粒和hcc晶體結(jié)構(gòu)的TiB2，它們的點(diǎn)陣參數(shù)與鋁基體的共格，高溫穩(wěn)定性好，在合金中起到晶粒細(xì)化和高溫強(qiáng)化的作用。本發(fā)明的合金可以用低成本的鑄造工藝直接澆注零件，也可以作為復(fù)合材料的基體材料運(yùn)用