長期在高溫條件下金屬材料組織結構與性能的變化

珠光體的球化和碳化物聚集1、珠光體的球化定義：當溫度較高時，原子的活動力增強，擴散速度增加，片狀滲碳體便逐漸轉變成球狀，再逐漸聚集成大球團的現(xiàn)象。現(xiàn)在是1頁\一共有29頁\編輯于星期日20號鋼珠光體球化金相組織圖（a）未球化（原始態(tài)）組織250×；(b)球化后的組織500×現(xiàn)在是2頁\一共有29頁\編輯于星期日2、球化對金屬材料性能的影響（1）對室溫機械性能的影響珠光體球化會使材料的室溫強度降低（2）對高溫機械性能的影響珠光體球化會使材料的的蠕變極限和持久強度明顯下降現(xiàn)在是3頁\一共有29頁\編輯于星期日3、影響珠光體球化的因素溫度的影響化學成分的影響應力作用的影響晶粒度的影響冷加工變形程度現(xiàn)在是4頁\一共有29頁\編輯于星期日4、珠光體球化的級別球化級別的劃分的依據(jù)：是以球化的組織狀態(tài)和相應的機械性能來表示。現(xiàn)在是5頁\一共有29頁\編輯于星期日現(xiàn)在是6頁\一共有29頁\編輯于星期日5、材料發(fā)生球化后的恢復處理

已發(fā)生球化的鋼可采用熱處理的方法使之恢復原來的組織。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℃），保溫一定時間（約1小時左右），由于相變與再結晶，在冷卻后可得到原來的金相組織，從而消除了球化現(xiàn)象現(xiàn)在是7頁\一共有29頁\編輯于星期日石墨化1、石墨化的產生及對材料性能影響定義：是指鋼中的滲碳體分解成為游離碳，并以石墨形式析出，在鋼中形成石墨夾雜的一種組織轉變。性能：石墨化現(xiàn)象的發(fā)生會使鋼材性能惡化，脆性急劇增大，容易導致鋼管發(fā)生脆性爆破事故。現(xiàn)在是8頁\一共有29頁\編輯于星期日石墨化條件：高溫、應力、溫度（450℃~700℃）反應式：（石墨）組織變化過程：片狀滲碳體→球狀滲碳體→分解為石墨點→長大成球→逐漸發(fā)展為球狀、團絮狀和鏈狀現(xiàn)在是9頁\一共有29頁\編輯于星期日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—嚴重石墨化現(xiàn)在是10頁\一共有29頁\編輯于星期日石墨化的級別對應的機械性能現(xiàn)在是11頁\一共有29頁\編輯于星期日石墨化的級別對應的組織特征現(xiàn)在是12頁\一共有29頁\編輯于星期日石墨化評級圖(a)1級；(b)2級；(c)3級；(d)4級現(xiàn)在是13頁\一共有29頁\編輯于星期日3、石墨化的影響因素溫度、時間化學成份：鉻、鈦、釩、鈮等防止石墨化。硅、鋁、鎳等卻起促進石墨化。晶粒大小冷加工變形程度等存在的應力問題現(xiàn)在是14頁\一共有29頁\編輯于星期日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：合金元素隨時間由一種組織組成物向另一種組織組成物轉移的現(xiàn)象分配特點：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移，使固溶體中合金元素貧化?，F(xiàn)在是15頁\一共有29頁\編輯于星期日性能變化：鋼的固溶強化作用顯著降低，同時沉淀強化的作用也減弱，因此材料的強度、蠕變極限和持久強度下降影響因素：溫度、時間、成分（特別是含碳量）、應力發(fā)生原因：合金元素原子溶入鐵素體→固溶體→產生晶格畸變→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移到結構比較穩(wěn)定的碳化物中→

固溶體的貧化現(xiàn)在是16頁\一共有29頁\編輯于星期日合金元素的重新分配過程包含兩個方面：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；碳化物結構類型、數(shù)量和分布形式的變化?，F(xiàn)在是17頁\一共有29頁\編輯于星期日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(a)15CrMo鋼(b)12MoCr鋼管道用鋼碳化物中的鉬質量分數(shù)與運行時間的關系現(xiàn)在是18頁\一共有29頁\編輯于星期日現(xiàn)在是19頁\一共有29頁\編輯于星期日更正（2）低合金鉻鉬釩鋼現(xiàn)在是20頁\一共有29頁\編輯于星期日3、碳化物結構類型、數(shù)量和分布的變化

變化的原因：是使碳化物由亞穩(wěn)定相向穩(wěn)定相轉變現(xiàn)在是21頁\一共有29頁\編輯于星期日現(xiàn)在是22頁\一共有29頁\編輯于星期日碳化物的形狀：當晶粒內部析出細小的針狀時，鋼的熱強性提高；當細小的聚集粗大時，熱強性降低。碳化物的分布狀態(tài)：碳化物首先在晶界析出，使晶界性質發(fā)生較大的改變；當碳化物聚集在晶界上呈連續(xù)膜狀時，削弱了晶界強度，從而產生蠕變裂紋，甚至造成沿晶脆性斷裂?，F(xiàn)在是23頁\一共有29頁\編輯于星期日材質退化對低周疲勞特性的影響1、汽輪機轉子材料的軟化特性運行140,000小時的汽輪機高、中壓轉子的軟化現(xiàn)在是24頁\一共有29頁\編輯于星期日2、硬度與低周疲勞特性之間的關系現(xiàn)在是25頁\一共有29頁\編輯于星期日Timo曲線現(xiàn)在是26頁\一共有29頁\編輯于星期日曲線

30Cr2MoV鋼曲線現(xiàn)在是27頁\一共有29頁\編輯于星期日材質退化對蠕變特性的影響轉子的運行溫度和斷裂時間仍然可以用Larson-Mill