长期在高温条件下金属材料组织结构与性能的变化课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章,长期在高温条件下金属材料,组织结构与性能的变化,珠光体的球化和碳化物聚集,1、珠光体的,球化,定义：,当温度较高时，原子的活动力增强，扩散速度增加，片状渗碳体便逐渐转变成球状，再逐渐聚集成大球团的现象。,20,号钢珠光体球化金相组织图,（a）未球化（原始态）组织250,；(b) 球化后的组织500,2、,球化对金属材料性能的影响,（1）对室温机械性能的影响,珠光体球化会使材料的室温强度,降低,（2）对高温机械性能的影响,珠光体球化会使材料的的蠕变极限和持久强度明显下降,3、,影响珠光体球化的因素,温度的影响,化学成分的影响,应力作用的影响,晶粒度的影响,冷加工变形程度,4、,珠光体球化的级别,球化级别的划分的依据：,是以球化的组织状态和相应的机械性能来表示。,5、,材料发生球化后的恢复处理,已发生球化的钢可采用热处理的方法使之恢复原来的组织。将已发生球化的珠光体钢加热到完全变成奥氏体组织的温度（略高于900），保温一定时间（约1小时左右），由于相变与再结晶，在冷却后可得到原来的金相组织，从而消除了球化现象,石墨化,1、石墨化的产生及对材料性能影响,定义：,是指钢中的渗碳体分解成为游离碳，并以石墨形式析出，在钢中形成石墨夹杂的一种组织转变。,性能：,石墨化现象的发生会使钢材性能恶化，脆性急剧增大，容易导致钢管发生脆性爆破事故。,石墨化条件：,高温、应力、温度（450700）,反应式：,（石墨）,组织变化过程：,片状渗碳体,球,状渗碳体,分解为,石墨点,长大成球,逐渐发展为球,状、团絮状和链状,2、石墨化的级别,钢材石墨化按石墨化面积、石墨链的长度、组织特征及其机械性能，通常将石墨化分为4级：,1级轻度石墨化,2级明显石墨化,3级显著石墨化,4级严重石墨化,石墨化的级别对,应的机械性能,石墨化的级别对,应的组织特征,石墨化评级图,(a) 1级,；(b) 2级；(c),3级；(d) 4级,3、石墨化的影响因素,温度、时间,化学成份：,铬、钛、钒、铌等防止石墨化。硅、铝、镍等却起促进石墨化。,晶粒大小,冷,加工变形程度等存在的应力问题,合金元素在固溶体和碳化物,之间的重新分配,1、合金元素的重新分配过程,定义：,合金元素随时间由一种组织组成物向另一种组织组成物转移的现象,分配特点：,固溶体中合金元素的含量逐渐减少，碳化物中合金元素含量逐渐增多，即合金元素由固溶体向碳化物转移，使固溶体中合金元素贫化。,性能变化：,钢的固溶强化作用显著降低，同时沉淀强化的作用也减弱，因此材料的强度、蠕变极限和持久强度下降,影响因素：,温度、时间、成分（特别是含碳量）、应力,发生原因：,合金元素原子溶入铁素体,固溶体,产生晶格畸变,晶格不稳定,在高温的作用下,合金元素原子从固溶体中转移到结构比较稳定的碳化物中,固溶体的贫化,合金元素的重新分配过程包含两个方面：,固溶体和碳化物中合金元素含量的变化，亦即碳化物成分的变化；,碳化物结构类型、数量和分布形式的变化。,2、,固溶体和碳化物中合金元素成分的变化,（1）低合金铬钼钢,(a) 15CrMo钢 (b) 12MoCr钢,管道用钢碳化物中的钼质量分数与运行时间的关系,更正,（2）低合金铬钼钒钢,3、,碳化物结构类型、数量和分布的变化,变化的原因：是使碳化物由亚稳定相向稳定相转变,碳化物的形状：,当晶粒内部析出细小的针状 时，钢的热强性提高；当细小的聚集粗大时，热强性降低。,碳化物的分布状态：,碳化物首先在晶界析出，使晶界性质发生较大的改变；当碳化物聚集在晶界上呈连续膜状时，削弱了晶界强度，从而产生蠕变裂纹，甚至造成沿晶脆性断裂。,材质退化对低周疲劳特性的影响,1、汽轮机,转子材料的软化特性,运行,140,000,小时的汽轮机高、中压转子的软化,2、硬度与,低周疲劳特性之间的关系,Timo,曲线,曲线,30Cr2MoV,钢曲线,材质退化对蠕变特性的影响,转子的运行温度和断裂时间仍然可以用Larson,-,Miller参数P描述：,Larson,-,Miller参数P与HV存在有下述关系：,1、,硬度与蠕变断裂特性之间的关系,不同硬度下的,Cr-Mo-V,转子钢的蠕变断裂曲线,2、,硬度与最小蠕变速率之间的关系,最小蠕变速度,与蠕变断裂寿命之间的关系可以用Monkman,Grant经验公式,描述：,Cr-Mo-V,转子钢的,Monkman,Grant,关系,Cr-Mo-V,转子钢最小蠕变速度,和硬度,HV,的关系曲线,