《高温金属结构材料》课件

高温金属结构材料高温金属结构材料是指在高温环境下依然能保持优异机械性能的金属材料它们在航空航天、能源、化工等领域发挥着至关重要的作用课程目标了解高温金属结构学习高温合金的性

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22.材料的定义和分类能和应用理解高温金属结构材料的概念掌握高温合金的强度、抗氧和特点，并掌握不同类型高温化、抗腐蚀性能等重要指标，合金的分类并了解其在航空航天、能源等领域的应用掌握高温合金的设培养高温合金研究

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44.计和制造工艺和应用的能力了解高温合金的设计原则，并为学生提供高温合金研究和应熟悉其加工制造工艺，如熔用的理论基础，并培养解决实炼、铸造、热处理等际工程问题的综合能力热力学基础热力学第一定律热力学第二定律热力学第三定律能量守恒定律在热力学体系中的应用，阐阐述了热力学体系中熵的变化规律，并定阐明了当温度趋近于绝对零度时，体系的述了能量在不同形式之间的转化关系义了熵增原理，指明了热力学体系自发变熵值趋近于一个常数，为热力学体系的最化的方向低能量状态热力学第一定律

1.1能量守恒能量守恒定律应用热力学第一定律指出，能量既不在高温金属结构材料中，热力学能被创造也不能被消灭，只能从第一定律帮助理解能量的转换和一种形式转化为另一种形式平衡，例如，热能转化为机械能或化学能热能与机械能热能与机械能的相互转化影响着材料的性能，例如高温下的强度和稳定性热力学第二定律

1.2熵熵是衡量系统混乱程度的指标，它代表系统内部微观粒子的排列方式和混乱程度能量热力学第二定律指出，能量从高能量区域流向低能量区域，导致熵增加不可逆过程在不可逆过程中，系统熵总是增加，无法完全恢复到初始状态相图和相变

1.3相变金属在固态和液态之间或不同固态结构之间发生转变的过程称为相变相图相变会影响金属的强度、塑性、硬度等性能相图用于描述不同温度和压力下金属的相组成和变化它可以帮助我们理解金属材料的结构和性能随温度的变化高温合金概述定义和特点应用领域高温合金是指在高温下仍能保持较高应用于航空发动机、燃气轮机、核电强度和塑性的金属材料，通常指工作站、火箭发动机等温度在以上500℃主要元素耐高温腐蚀高温合金通常由镍、钴、铁、铬、高温合金具有良好的耐高温氧化和抗铝、钛等元素组成腐蚀性能，可有效抵抗高温环境下的氧化和腐蚀高温合金的定义和特点

2.1定义特点高温合金是指在高温下（一般指高温合金具有优异的高温强度、以上）仍能保持一定强度抗氧化性和抗腐蚀性500℃和塑性的合金材料应用广泛应用于航空发动机、燃气轮机、核反应堆等高温环境高温合金的分类

2.2镍基高温合金钴基高温合金

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22.镍基高温合金是应用最广泛的钴基高温合金以钴为基体，具一类高温合金，具有优异的高有较高的熔点和良好的抗氧化温强度、抗氧化和抗腐蚀性性能，主要用于高温部件和耐能，主要用于航空发动机、燃磨材料气轮机等高温部件铁基高温合金其他高温合金

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44.铁基高温合金以铁为基体，具包括铝基、钛基、钼基、钨基有成本低、强度高、耐腐蚀等等高温合金，各有优缺点，应优点，主要用于电力、石油化用领域也各不相同工等领域镍基高温合金

3.显微组织应用镍基高温合金的显微组织通常包括固溶体、相和碳化物相固镍基高温合金广泛应用于航空发动机、燃气轮机、核电站等领域γγ’γ溶体是镍的基体，具有良好的塑性和韧性相是或例如，用于制造航空发动机涡轮叶片、燃气轮机燃烧室、核反应堆γ’Ni3Al，等金属间化合物，可以提高合金的强度和抗蠕变性能堆芯组件等高温部件Ni3Al Ti碳化物相则可以提高合金的抗氧化性能镍基高温合金的组织结构

3.1相相γγ镍基高温合金的主要相，具有面心立方结构该相的形成与合金一种强化相，通常是型，具有立方结构相在合金中呈Ni3Alγ中镍的含量密切相关，镍含量越高，相越多弥散分布，可以有效地提高合金的强度和硬度γ相具有良好的塑性和韧性，在高温下能够保持良好的强度和抗相的体积分数和尺寸对合金的性能有很大影响体积分数越γγ氧化性能高，合金的强度越高；尺寸越小，合金的硬度越高镍基高温合金的强化机理

3.2固溶强化弥散强化添加合金元素，改变晶格常数，提高合金的强度和硬度在合金基体中加入弥散相，阻碍位错运动，提高强度和抗蠕变性能析出强化晶界强化在合金基体中析出第二相，提高合金的强度和硬度通过控制晶粒尺寸和晶界结构，提高合金的强度和抗蠕变性能镍基高温合金的典型牌号

3.3Inconel718Waspaloy René41Hastelloy X是一种广泛使用是一种高强度镍是一种高强度镍基是一种高耐腐Inconel718Waspaloy René41Hastelloy X的镍基高温合金，具有优异基高温合金，在高温下具有高温合金，具有优异的抗氧蚀镍基高温合金，具有良好的耐高温性和耐腐蚀性良好的抗氧化性和抗蠕变性化性和耐腐蚀性的抗氧化性和抗还原性能能它在航空航天、能源和化工它通常用于航空发动机涡轮它通常用于化学处理设备、等领域得到广泛应用它通常用于航空发动机涡轮叶片、燃气轮机部件和航天燃气轮机部件和高温管道叶片、燃气轮机部件和航空器部件航天应用钴基高温合金

4.化学成分钴基高温合金以钴为主要元素，包含镍、铬、钨、钼、碳等元素，并添加少量稀土元素结构特点钴基高温合金以相固溶体为主，并添加少量碳化物和硼化物相，以增强其高温强度和抗γ氧化性典型牌号常见牌号包括、、、等，广泛应用于航空发动机、燃Haynes25X-40HS-31Stellite6B气轮机、石油化工等行业钴基高温合金的组织结构

4.1固溶体强化相12钴基高温合金通常以钴为基体，形成固合金中加入碳化物、硼化物等强化相，溶体提高其强度和硬度晶界相3合金中存在晶界相，影响其蠕变性能和高温稳定性钴基高温合金的强化机理

4.2固溶强化弥散强化晶界强化沉淀强化通过添加合金元素，改变基体在基体合金中加入难熔金属化通过控制晶界尺寸和分布，提在合金中加入特定的合金元合金的晶格结构，提高合金的合物，形成弥散相，阻碍位错高晶界强度，增强合金的抗蠕素，使其在高温下析出第二强度和硬度运动，提高合金的强度变性能相，提高合金的强度钴基高温合金的典型牌号

4.3Haynes188Stellite6B L605是一种高性能钴基高温合是另一种常用的钴基高温合是一款具有优异耐高温性能的钴基Haynes188Stellite6B L605金，具有优异的抗氧化性和抗腐蚀性其金，以其高硬度和耐磨性而闻名它通常高温合金，广泛用于石油化工行业，例如主要应用于航空发动机叶片和涡轮盘等高用于制造工具和模具，以及耐磨部件用于制造反应器和管道温部件铁基高温合金

5.组织结构强化机理典型牌号铁基高温合金通常由铁、镍、铬和铝铁基高温合金主要通过固溶强化、析常见的铁基高温合金牌号包括等元素组成它们具有复杂的组织结出强化和弥散强化等机制来提高高温、、等，GH3030GH3536GH4169构，包括铁素体、奥氏体、碳化物等强度它们广泛应用于航空航天、电力、化相工等领域铁基高温合金的组织结构

5.1铁素体奥氏体铁素体是铁基高温合金中最常奥氏体具有较高的强度和韧见的相，具有较好的抗氧化性性，但抗氧化性和抗腐蚀性较和抗腐蚀性差碳化物其他相碳化物是铁基高温合金的重要除了铁素体、奥氏体和碳化物强化相，可以提高合金的强度外，铁基高温合金中还可能存和硬度在其他相，例如相和相σχ铁基高温合金的强化机理

5.2固溶强化弥散强化析出强化晶粒细化在铁基高温合金中加入合金在合金基体中加入微细的第通过热处理工艺，在合金基通过控制合金的凝固过程或元素，例如铬、镍、钼等，二相粒子，例如碳化物、氮体中析出第二相粒子，例如热处理工艺，可以获得细小可以形成固溶体，提高合金化物等，可以阻碍位错的运相，可以提高合金的强度的晶粒结构，从而提高合金γ的强度和硬度动，提高合金的强度和抗蠕变性能的强度和韧性铁基高温合金的典型牌号

5.3低合金钢铁素体钢例如，、等例如，、、等1Cr18Ni9Ti12CrMoV T91T22T23奥氏体钢双相钢例如，、、等例如，、等30431631022052507其他高温合金

6.铼合金钼合金钽合金铼合金拥有出色的高温强度和抗氧化性，钼合金具有高熔点和良好的抗腐蚀性，适钽合金抗腐蚀性极强，可用于化学反应器广泛应用于航空航天发动机用于高温环境下的结构部件和高温熔融金属容器铝基高温合金

6.1轻量化铝的密度低，约为钢的三分之一耐高温铝基高温合金具有良好的高温强度和抗氧化性能应用领域广泛应用于航空航天、汽车等领域钛基高温合金

6.2优异的耐热性和耐轻质合金

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22.腐蚀性钛基高温合金的密度较低，使钛基高温合金具有高强度和良其成为航空航天等领域中轻量好的抗氧化性能，在高温环境化结构材料的理想选择下表现出优异的耐腐蚀性应用于高温发动机部件

33.钛基高温合金被广泛应用于航空发动机叶片、涡轮盘等高温部件，在提高发动机性能方面发挥着重要作用高温合金的性能评价

7.高温强度抗氧化和抗腐蚀性能高温强度是指合金在高温下抵抗高温合金在高温下需要抵抗氧化变形的能力高温强度是衡量高和腐蚀抗氧化性能和抗腐蚀性温合金使用性能的重要指标之能是高温合金的关键指标一高温强度

7.1高温强度定义影响因素高温强度是指材料在高温环境下抵抗变形和断裂的能力，主要受材料的屈服强度、抗拉强度和蠕变高温强度主要受材料的成分、组织结构和温度影响不同的合金元素会影响材料的固溶强化、析出强度等指标影响强化等效应，从而影响高温强度抗氧化和抗腐蚀性能

7.2抗氧化性抗腐蚀性能

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22.高温合金在高温环境中会发生高温合金在腐蚀性介质中会发氧化，形成氧化膜氧化膜的生腐蚀，降低其使用寿命抗致密性和稳定性决定了合金的腐蚀性是指合金抵抗腐蚀的能抗氧化性能力影响因素改善方法

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44.高温合金的抗氧化和抗腐蚀性可以通过合金化、表面处理等能受材料成分、微观结构、环方法来改善高温合金的抗氧化境温度、气氛成分等因素的影和抗腐蚀性能响高温合金的应用领域航空航天能源领域高温合金广泛用于制造飞机发动机、涡轮高温合金在燃气轮机、核反应堆、热电厂叶片等关键部件，满足高温、高压、高负等领域应用广泛，用于提高效率、延长设荷的应用需求备寿命化工设备高温合金在高温、高腐蚀环境中发挥重要作用，用于制造反应器、管道等关键部件总结与展望高温金属结构材料的研究和应用前景广阔，随着航空航天、能源等领域对高温材料的需求不断增长，高温金属结构材料将成为未来材料发展的重要方向未来高温金属结构材料的研究将更加注重材料的轻量化、高强度、抗氧化、耐腐蚀等方面，同时也将更加关注材料的制备工艺和应用技术。