耐热金属材料的发展.doc

耐热金属材料的发展耐热金属材料是在高温下使用的金属材料。一般来说,加工硬化的金属被加热到某一温度以上,变形的晶格产生变化,发生再结晶,这个温度就是再结晶温度。金属的再结晶温度约为金属熔点温度的1/2(绝对温度)。耐热金属材料主成分金属的熔点和再结晶温度见表1。表1耐热金属材料主成分金属的熔点和再结晶温度金属MgAlCuNiCoFeTiNbMoW熔点,℃65066010851455149515831670246926233422再结晶温度,℃189194406591611633699109811751575金属材料承担保证结构件强度的作用,一般采用为提高强度添加合金元素的合金金属材料。合金金属材料的温度达到纯金属再结晶温度时不立即发生软化,例如,Ni基超合金在大大超过纯金属Ni再结晶温度(如在1000℃左右)的条件下,可以连续使用数万小时。1耐热金属材料的特性要求对耐热金属材料要求的特性是多种多样的,见表2。对不同用途的耐热金属材料所要求的特性是不同的,其中必须具备的特性是高温抗氧化性、耐蚀性、足够的强度以及加工性和低成本。广泛使用的高温金属材料是以Fe、Ni、Co为主成分的合金。表2对耐热金属材料要求的特性物理性能熔点、密度、热传导率、热膨胀系数、扩散速度等化学性能在含有高温空气、水蒸气CO、CO2、H2S等的各种燃烧废气、熔融盐及其他环境下具有抗氧化性、耐蚀性和氧化层密着性等。力学性能高温下的强度、延性、韧性,蠕变强度、疲劳强度、、抗热疲劳性、抗热震性、在高温下长期使用的稳定性等。加工制造性能够进行熔炼、铸造、锻造、轧制、焊接、烧结,制造成所要求的形状尺寸的部件。经济性原料费、加工费低廉,制造的工艺低成本化。,还有多种高温环境下的氧化和腐蚀问题。这些氧化和腐蚀不仅是材料的表面现象,而且会深入到材料内部,特别是会发生沿晶界的晶界侵蚀现象。Fe、Ni、Co在纯金属状态下,不具有足够的抗高温氧化性和高温耐蚀性。为满足不同的使用要求进行了大量的研究。火力发电用钢的使用期限要求是10万小时或10年,按照这个使用期限,碳素钢的使用温度极限是400℃。钢中添加Cr,在钢的表面会生成致密的氧化物层,起着保护内部钢材的重要作用。含Cr钢在氧化气氛中的抗氧化极限温度,因要求的使用时间和允许的腐蚀程度不同而不同,但可以确定的是Cr是提高使用温度极限的有效元素。例如,在100h氧化时间内允许因氧化重量增加10mg/mm2的前提下,10%Cr钢的使用温度极限约为850℃,18%Cr钢的使用温度极限约为1000℃。在耐热钢中,在添加Cr的同时也复合添加Al、Si、Zr等元素。但对于Ni基超合金来说,γ'相的析出起着重要的强化作用,Cr含量增加会影响γ'相的强化作用,因此同时提高Ni基超合金的抗氧化性、耐蚀性和强度有很大困难。先进的Ni基超合金为了提高使用温度,趋向于降低Cr含量,而利用对钢材部件进行表面喷涂的方法提高抗氧化性和耐蚀性。将强抗氧化、抗腐蚀物质涂覆到部件表面的耐热涂层的方法有以下几种:1)金属扩散法。2)等离子喷镀、减压喷镀等喷镀方法。3)化学气相沉积法(CVD)。4)物理气相沉积法(PVD)。。例如在火力发电设计中,%/10万小时蠕变速度的应力(蠕