熱強性影響因素

影響耐熱鋼熱強性的因素

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)過渡、如第二相的聚集長大、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一般都以滑移方式進行，但隨著溫度的升高，載荷作用時間加長，這時不僅有滑移，而且還有擴散形變及晶界的滑動與遷移等方式。擴散形變是在金屬發(fā)生變形但看不到滑移線的情況下提出的。這種變形機制是高溫時金屬內(nèi)原子熱運動加劇，致使原子發(fā)生移動，但在無外力作用下原子的移動無方向性，故宏觀上不發(fā)生變形；當(dāng)有外力作用時，原子移動極易發(fā)生且有方向性，因而促進變形。當(dāng)溫度升高時，在外力作用下晶界也會發(fā)生滑動和遷移，溫度越高，載荷作用的時間愈長，晶界的滑動和遷移就越明顯。

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)強度低于晶界強度所致。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散速度增加，晶界強度減弱。溫度越高，載荷作用時間越長，則金屬斷裂方式更多地呈晶間斷裂。

提高鋼的熱強性途徑

基于上述分析，提高鋼的熱強性主要途徑有三個方面：基體強化、第二相強化、晶界強化。

①基體強化

主要出發(fā)點是提高基體金屬的原子間結(jié)合力、降低固溶體的擴散過程。研究表明，從鋼的化學(xué)成分來說，凡是熔點高、自擴散系數(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性。如h基及M是高溫合金中主要的固溶強化元素有Mo、W、Co和Cr等。從固溶體的晶格類型來說，奧氏體基比鐵素體基體的熱強性高。這是由于奧氏體的點陣排列較鐵素體致密，擴散過程不易進行。如在鐵基合金中，F(xiàn)e、C，Mo等元素在A中的擴散系數(shù)顯著低于在F中的擴散系數(shù)，這就使回復(fù)和再結(jié)晶過程減慢，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第二相強化

主要出發(fā)點是要求第二相穩(wěn)定，不易聚集長大且在高溫下長期保持細(xì)小均勻的彌散狀態(tài)，因此對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化相，如 MC，M23C6、M6C等。為獲得更高的熱強性，可用熱穩(wěn)定性更高的全屬間化合物。如Ni3(TiAl),Ni3Ti,Ni3Al等作為基體的強化相。

③晶界強化、為減少高溫狀態(tài)下晶界的滑動，主要有下列途徑：

（1）減少晶界、需適當(dāng)控制鋼的晶粒度。晶粒過細(xì)晶界多，雖然阻礙晶內(nèi)滑移，但晶界滑動的變形量增大、塑變抗力降低。晶粒過大，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級晶粒度時能得到較好的高溫綜合性能。

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

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

（4）晶界的沉淀強化。如果在晶界上沉淀出不連續(xù)的強化相，將使塑性變形時沿晶界的滑移及裂紋沿晶界的擴展受阻，使鋼的熱強性提高。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，進一步提高鋼的熱強性。

a-Fe基熱強鋼

a-Fe基熱強鋼包含珠光體型熱強鋼和馬氏體型熱強鋼、這兩類鋼在加熱和冷卻時會發(fā)生a到r轉(zhuǎn)變，故使進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，價格低廉，是適宜在600～650℃以下溫區(qū)使用的熱強鋼，廣泛應(yīng)用于制造鍋爐、汽輪機及石油提煉設(shè)備等。2100433B

熱強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。由此可見在評定高溫條件下材料的力學(xué)性能時，必須用熱強性來評定。熱強性包括材料高溫條件下的瞬時性能和長時性能。

熱強性瞬時性

瞬時性能是指在高溫條件下進行?，F(xiàn)力學(xué)性能試驗所測得的性能指標(biāo)。如高溫拉伸、高溫沖擊和高溫硬度等。其特點是高溫、短時加載，一般說來瞬時性能是鋼熱強性的一個側(cè)面，所測得的性能指標(biāo)一般不作設(shè)計指標(biāo)，而是作為選擇高溫材料的一個參考指標(biāo)。

熱強性長時性

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

纖維增強熱同性塑料玻璃纖維增強塑料

玻璃纖維增強塑料（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度而得名。如用玻璃纖維去增強熱塑性塑料，可稱為熱塑性玻璃鋼；如用玻璃纖維增強熱同性塑料，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。

纖維增強熱同性塑料性能特點

玻璃鋼有兩大優(yōu)點：一是玻璃鋼的密度小，強度大，比鋼鐵結(jié)實，比鋁輕，比重只有普通鋼材的1/4~1/16，而機械強度卻為鋼的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，能透過電磁波等特性；玻璃鋼的強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)為一個整體，不但賦予建筑構(gòu)件以一定的外形，而且增加了強度。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度。

纖維增強熱同性塑料成型特點

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于產(chǎn)品使用時的性能要求，因此，玻璃鋼材料是一種具有可設(shè)計性的材料品種。

玻璃鋼的成型工藝方法有多種，最簡單的是手工糊制方法，其他方法有模壓工藝成型方法，經(jīng)過專門設(shè)計、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)、由計算機進行程序控制的先進的自動化成型方法，玻璃鋼產(chǎn)品制作成型時可一次性完成。

只要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計，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。

玻璃鋼成型溫度低，節(jié)約能源。若采用手工糊制的方法，其成型時的溫度一般在室溫下，或者在100℃以下進行，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。

一種新型高強耐熱鋁合金，針對現(xiàn)有鋁合金強度不高、耐熱性和耐磨性差、尺寸穩(wěn)定性低的問題，本發(fā)明提供一種可在350℃～400 ℃長期使用的高強耐熱鋁合金。該高強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用