長期在高溫條件下金屬材料組織結(jié)構(gòu)與性能的變化ppt課件

1、第四章第四章 長期在高溫條件下金屬資料長期在高溫條件下金屬資料組織構(gòu)造與性能的變化組織構(gòu)造與性能的變化珠光體的球化和碳化物聚集1、珠光體的球化定義：當(dāng)溫度較高時(shí)，原子的活動力加強(qiáng)，分散速度添加，片狀滲碳體便逐漸轉(zhuǎn)變成球狀，再逐漸聚集成大球團(tuán)的景象。TbAe/20號鋼珠光體球化金相組織圖號鋼珠光體球化金相組織圖a未球化原始態(tài)組織未球化原始態(tài)組織250；(b) 球化后的組織球化后的組織5002、球化對金屬資料性能的影響1對室溫機(jī)械性能的影響 珠光體球化會使資料的室溫強(qiáng)度降低2對高溫機(jī)械性能的影響 珠光體球化會使資料的的蠕變極限和耐久強(qiáng)度明顯下降3、影響珠光體球化的要素溫度的影響化學(xué)成分的影響應(yīng)力作

2、用的影響晶粒度的影響冷加工變形程度o2 0 號 低 碳 鋼 各 球 化 級 別 相 應(yīng) 的 碳 化 物 分 析 數(shù) 據(jù)球 化 級 別1 級2 級3 級 4 級 5 級碳 化 物 平 均 尺 寸（m）1 .0 3 9 11 .0 9 2 31 .2 4 3 21 .7 9 0 62 .7 9 1 6碳 化 物 最 大 尺 寸（m）1 .9 9 6 83 .3 8 2 33 .8 7 8 55 .6 8 4 87 .6 4 7 0碳 化 物 面 積 百 分 比（m）0 .0 3 8 40 .2 8 8 50 .5 9 2 00 .9 1 7 61 .2 3 0 14、珠光體球化的級別球化級別的劃分

3、的根據(jù)： 是以球化的組織形狀和相應(yīng)的機(jī)械性能來表示。2 0號低碳鋼珠光體球化級別標(biāo)準(zhǔn)與組織特征名稱球化級別)( MPab)( MPas(%)HB組織特征未球化第一級5 1 9 . 93 4 7 . 33 0 . 01 5 0 1 5 5珠光體中的碳化物略呈片狀傾向性球化第二級4 8 5 . 63 0 0 . 22 9 . 01 4 6 1 5 0珠光體中的碳化物開始分散；珠光體形態(tài)明顯輕度球化第三級4 5 6 . 22 7 7 . 63 1 . 01 2 1 1 2 4珠光體區(qū)域中的碳化物開始分散，并開始逐漸向晶界擴(kuò)散；珠光體形態(tài)尚明顯中度球化第四級4 1 6 . 92 0 4 . 13 3

4、. 41 1 0 1 2 2珠光體區(qū)域中的碳化物已明顯分散，并已向晶界聚集；珠光體尚保留其形態(tài)完全球化第五級3 6 7 . 91 9 6 . 23 5 . 81 0 4 1 0 7珠光體形態(tài)已消失，球狀化碳化物分布在晶界及鐵素體基體上，分散度較大嚴(yán)重球化第六級3 5 9 . 11 8 8 . 43 8 . 89 9 . 5 1 0 4晶界及鐵素體上的碳化物已逐漸長大，分散度大CFeCFe 335、資料發(fā)生球化后的恢復(fù)處置 已發(fā)生球化的鋼可采用熱處置的方法使之恢復(fù)原來的組織。將已發(fā)生球化的珠光體鋼加熱到完全變成奧氏體組織的溫度略高于900，保溫一定時(shí)間約1小時(shí)左右，由于相變與再結(jié)晶，在冷卻后可得

5、到原來的金相組織，從而消除了球化景象 石墨化1、石墨化的產(chǎn)生及對資料性能影響定義：是指鋼中的滲碳體分解成為游離碳，并以石墨方式析出，在鋼中構(gòu)成石墨夾雜的一種組織轉(zhuǎn)變。性能：石墨化景象的發(fā)生會使鋼材性能惡化，脆性急劇增大，容易導(dǎo)致鋼管發(fā)生脆性爆破事故。石墨化條件：高溫、應(yīng)力、溫度450700反響式：石 墨 化 級 別 及 其 機(jī) 械 性 能級 別(%)(%)/(2cmJak彎 曲 角石 墨 化 面 積 (% )石 墨 鏈 長 (m)124508090o3202103015505010050o100o3720303620620205020o70o7153060410103030o123060石墨組

6、織變化過程：片狀滲碳體球狀滲碳體分解為石墨點(diǎn)長大成球逐漸開展為球狀、團(tuán)絮狀和鏈狀2、石墨化的級別 鋼材石墨化按石墨化面積、石墨鏈的長度、組織特征及其機(jī)械性能，通常將石墨化分為4級： 1級輕度石墨化 2級明顯石墨化 3級顯著石墨化 4級嚴(yán)重石墨化石墨化級別及其組織特征級 別特 征名 稱圖號1石墨球小，間距大，無石墨鏈輕度石墨化圖3-3(a)2石墨球較大，比較分散，石墨鏈短明顯石墨化圖3-3(b)3石墨球呈鏈狀，石墨鏈較長，或石墨聚集呈塊狀，石墨塊較大，具有連續(xù)性顯著石墨化圖3-3(c)4石墨呈聚集鏈狀或塊狀，石墨鏈長，具有連續(xù)性嚴(yán)重石墨化圖3-3(d)石墨化的級別對應(yīng)的機(jī)械性能石墨化的級別對應(yīng)的

7、組織特征 ( a) ( b) ( c) ( d)石墨化評級圖(a) 1級；(b) 2級；(c) 3級；(d) 4級3、石墨化的影響要素溫度、時(shí)間化學(xué)成份：鉻、鈦、釩、鈮等防止石墨化。硅、鋁、鎳等卻起促進(jìn)石墨化。晶粒大小冷加工變形程度等存在的應(yīng)力問題合金元素在固溶體和碳化物之間的重新分配1、合金元素的重新分配過程定義：合金元素隨時(shí)間由一種組織組成物向另一種組織組成物轉(zhuǎn)移的景象分配特點(diǎn)：固溶體中合金元素的含量逐漸減少，碳化物中合金元素含量逐漸增多，即合金元素由固溶體向碳化物轉(zhuǎn)移，使固溶體中合金元素貧化。性能變化：鋼的固溶強(qiáng)化作用顯著降低，同時(shí)沉淀強(qiáng)化的作用也減弱，因此資料的強(qiáng)度、蠕變極限和耐久強(qiáng)度

8、下降影響要素：溫度、時(shí)間、成分特別是含碳量、應(yīng)力發(fā)生緣由：合金元素原子溶入鐵素體固溶體 產(chǎn)生晶格畸變 晶格不穩(wěn)定在高溫的作用下 合金元素原子從固溶體中轉(zhuǎn)移到構(gòu)造比較穩(wěn)定的碳化物中 固溶體的貧化 合金元素的重新分配過程包含兩個(gè)方面：固溶體和碳化物中合金元素含量的變化，亦即碳化物成分的變化；碳化物構(gòu)造類型、數(shù)量和分布方式的變化。2、固溶體和碳化物中合金元素成分的變化1低合金鉻鉬鋼12MoCr 鋼長期在 510下運(yùn)行時(shí)碳化物成分的變化運(yùn)行條件碳化物中合金元素的量占鋼中合金元素量的百分比（%）鐵素體的顯微硬度Hu20溫度（）時(shí)間（h）MnCrMo（載荷 20g）未運(yùn)行510510510未運(yùn)行45141

9、9032910676510.223.127.929.111.323.618.124.02.724.241.555.3160140146143 (a) 15CrMo鋼 (b) 12MoCr鋼管道用鋼碳化物中的鉬質(zhì)量分?jǐn)?shù)與運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的關(guān)系12Cr1MoV 鋼經(jīng)長期運(yùn)行后碳化物成分及鋼的熱強(qiáng)性的變化運(yùn)行條件碳化物中合金元素的量占鋼中合金元素量的百分比（%）蠕變極限5401017(MPa)持久強(qiáng)度540105(MPa)溫度（）時(shí)間（h）CrMoV未運(yùn)行540540540未運(yùn)行220655484910600013.69.420.022.024.3*45.0*57.057.069.6*90.091.093.

10、096.7*73.668.7117.7103蠕變過程中碳化物結(jié)構(gòu)類型的變化鋼種溫度（）時(shí)間（h ）碳化物結(jié)構(gòu)類型1 2 M o C r未運(yùn)行5 1 01 0未運(yùn)行9 0 3 2 91 0 7 6 7 5CFe3（CM3）+ 少量CMo2。CMoCMCFe233)(為主,37),(CMoCr及少量MC6為次。CMoCMCFe233)(+ 少量CM61 2 C r 1 M o V5 4 05 4 05 4 05 4 09 0 0 0 01 0 1 7 9 41 0 6 0 0 01 1 0 6 6 0VCCFe3為主, 372CCrCMo為次。VCCFe3為主, 372CCrCMo為次。VCCFe

11、3為主, 37CCr為次, CM6少量。VCCCrCFe373為主, CMoCCr2623為次。1 0 21 2 C r 2 M o W V T i B6 2 062337CMCMVC37CMVCCM6MoCr1412CMCM637)(233CMCMCM623CM更正2低合金鉻鉬釩鋼3、碳化物構(gòu)造類型、數(shù)量和分布的變化 變化的緣由：是使碳化物由亞穩(wěn)定相向穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變CMo2碳化物的外形： 當(dāng)晶粒內(nèi)部析出細(xì)小的針狀 時(shí)，鋼的熱強(qiáng)性提高；當(dāng)細(xì)小的聚集粗大時(shí)，熱強(qiáng)性降低。碳化物的分布形狀： 碳化物首先在晶界析出，使晶界性質(zhì)發(fā)生較大的改動；當(dāng)碳化物聚集在晶界上呈延續(xù)膜狀時(shí)，減弱了晶界強(qiáng)度，從而產(chǎn)生蠕變裂

12、紋，甚至呵斥沿晶脆性斷裂。材質(zhì)退化對低周疲勞特性的影響1、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子資料的軟化特性2121 ffpetNCNC 運(yùn)轉(zhuǎn)140,000小時(shí)的汽輪機(jī)高、中壓轉(zhuǎn)子的軟化2、硬度與低周疲勞特性之間的關(guān)系21101HVC431HV24321210fHVfHVtNCNTimo曲線MP2 曲線 30Cr2MoV鋼曲線 ) log20)(273(rtTP 材質(zhì)退化對蠕變特性的影響)()(BHVAP 轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度和斷裂時(shí)間依然可以用Larson-Miller參數(shù)P描畫：Larson-Miller參數(shù)P與HV存在有下述關(guān)系：2321)(loglog)(AAAA2321)(loglog)(BBBB1、硬度與蠕變斷裂特性之間的關(guān)系ocrCmt loglog不同硬度下的Cr-Mo-V轉(zhuǎn)子