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第1章 概论1

1.引言1

2.高温下对金属材料的基本要求3

3.耐热钢和高温合金的冶炼、加工工艺的特点4

3.1 冶炼工艺4

3.2 铸造4

3.3 塑性变形加工5

3.4 热处理5

3.5 焊接加工6

3.6 机加工工艺6

4.耐热钢和高温合金的发展概况6

1.1.1 典型的蠕变曲线10

1.1 蠕变性能10

1.高温力学性能10

第2章 金属材料的高温力学行为10

1.1.2 蠕变速率与应力的关系11

1.1.3 条件蠕变极限及其应用11

1.1.4 温度和材料对蠕变的影响12

1.2 持久强度13

1.2.1 持久强度的定义及其确定方法13

1.2.2 持久强度在实际工程中的应用14

1.2.3 影响耐热钢持久强度的因素15

1.3 疲劳性能16

1.3.1 热疲劳破裂寿命计算16

1.3.2 影响热疲劳强度的因素17

1.4 松弛性能19

1.4.1 现象与定义19

1.4.3 应力松弛的外推20

1.4.2 松弛曲线及其特性指标20

1.4.4 影响应力松弛的因素22

2.金属材料的高温强度理论基础22

2.1 固溶强化23

2.2 析出相强化25

2.2.1 析出相强化合金的相图、组织与热强性间关系25

2.2.2 析出相强化机理26

2.2.3 对时效析出型合金的要求27

2.3 晶界强化28

2.3.1 等温强度28

2.3.2 晶界上的杂质元素与晶界强化的关系29

2.3.3 晶界微量合金元素30

1.高温腐蚀的基本概念32

第3章 金属材料的高温腐蚀行为32

2.高温氧化35

2.1 含义35

2.2 金属氧化的历程35

2.3 金属氧化的热力学与动力学37

2.3.1 金属氧化的热力学37

2.3.2 金属氧化的动力学38

2.4 金属的氧化膜39

2.5 防止高温氧化的措施40

3.高温硫化40

4.高温氮化43

5.高温碳化44

6.氢腐蚀45

7.金属材料的热腐蚀46

7.1 热腐蚀的历程47

7.2 影响热腐蚀的因素及防止措施50

第4章 耐热钢52

1.耐热钢的范畴及分类52

1.1 引言52

1.2 耐热钢的分类52

1.2.1 按钢中的合金元素的含量分类52

1.2.2 按钢的组织结构分类53

1.2.3 按钢的特性分类53

2.耐热钢的主要成分及合金化54

2.1 合金元素对耐热钢抗高温氧化的影响54

2.2 合金元素对耐热钢的热强性能的作用59

2.2.1 耐热钢对合金化的要求59

2.2.2 耐热钢中常见的合金元素对热强性的影响60

3.耐热钢的组织结构与热强性间的关系66

3.1 钢的显微组织与其热强性间的关系67

3.2 钢的晶粒度与热强性间的关系69

3.3 钢的变形组织与热强性间的关系71

3.4 钢的组织稳定性与热强性间的关系75

3.4.1 石墨化76

3.4.2 球化76

3.4.3 固溶体中合金元素的贫化77

3.4.4 蠕变过程中析出相类型的转变78

3.4.5 碳化物在晶内和沿晶析出及聚集80

4.珠光体型低合金耐热钢81

4.1 锅炉用低碳钢81

4.2.1 钼钢84

4.2.2 铬钼钢84

4.2 钼、铬钼和铬硅珠光体型低合金耐热钢84

4.2.3 含铬为5％的铬钼钢89

4.2.4 低合金铬钼钢的热处理90

4.3 多元合金化的珠光体型低合金耐热钢90

4.3.1 12CrMoV和12CrlMoV钢92

4.3.2 多元复合合金化低合金耐热钢94

4.4 低合金耐热钢的热处理99

4.4.1 制定热处理工艺的基础100

4.4.2 热处理工艺参数对低合金耐热钢的组织和性能的影响102

4.4.3 低合金耐热钢的回火脆性108

5.奥氏体型耐热钢108

5.1 奥氏体型耐热钢合金化的特点109

5.1.1 镍的作用109

5.1.2 钴的作用112

5.1.3 碳和氮的作用114

5.2 奥氏体型耐热钢热处理特征115

5.2.1 奥氏体型耐热钢的固溶处理115

5.2.2 奥氏体型耐热钢的时效118

5.3 简单的铬镍奥氏体型耐热钢的成分、组织和性能119

5.3.1 18-8型铬镍奥氏体型耐热钢119

5.3.2 高铬镍奥氏体型耐热钢122

5.4 多元合金化的奥氏体型耐热钢125

5.4.1 以碳化物为主要强化相的奥氏体耐热钢125

5.4.2 以金属间化合物为强化相的奥氏体耐热钢132

5.5 铸造奥氏体型耐热钢137

5.5.1 铬镍奥氏体铸钢138

5.5.2 低镍、无镍奥氏体耐热铸钢138

6.高铬铁素体型耐热钢142

6.1 高铬铁素体型耐热钢的成分143

6.2 高铬铁素体型耐热钢的组织和性能144

6.3 高铬铁素体型钢的脆性146

7.马氏体型耐热钢148

7.1 马氏体型耐热钢的成分与性能148

7.2 马氏体型耐热钢的特征151

7.2.1 马氏体型耐热钢的热处理151

7.2.2 马氏体型耐热钢中的析出相151

7.2.3 马氏体型耐热钢的疲劳性能151

7.3 某些马氏体型耐热钢简介152

7.4 Fe-Cr-Al耐热合金154

第5章 高温合金156

1.高温合金的特征及分类156

1.1 引言156

1.2 高温合金的分类、成分和组织157

1.3 高温合金的生产工艺特点158

1.3.1 冶炼工艺158

1.3.2 热加工和冷加工159

2.铁镍基高温合金160

2.1 引言160

2.2 铁镍基高温合金的成分及合金元素作用162

2.3 三种类型的强化相163

2.4 我国生产的铁镍基高温合金164

2.4.1 GHl32合金164

2.4.2 其他铁基高温合金165

3.镍基高温合金168

3.1 引言168

3.2 合金元素在镍基高温合金中的作用168

3.3 固溶强化的镍基变形高温合金179

3.4 金属间化合物强化的镍基变形高温合金181

3.5 镍基高温合金的热处理185

3.6 镍基铸造高温合金186

4.钴基高温合金189

4.1 钴的基本特性189

4.2 钴基高温合金的合金化192

4.3 钴基高温合金的成分及性能194

4.4 铸造钴基高温合金198

5.钛基高温合金200

5.1 引言200

5.2 全α相钛合金201

5.3 近α相钛合金201

5.4 α+β型钛合金202

5.5 β相钛合金204

6.新型高温材料205

6.1 金属间化合物205

6.1.1 金属间化合物的结构207

6.1.2 金属间化合物的强度211

6.1.3 金属间化合物的脆性213

6.1.4 金属间化合物的高温氧化性能214

6.1.5 几种金属间化合物材料216

6.2 氧化物弥散强化合金220

6.3 定向和单晶高温合金225

6.3.1 定向凝固合金226

6.3.2 单晶高温合金228

6.3.3 定向共晶合金230

6.3.4 定向凝固合金和单晶合金的性能230

2.1 航空发动机的工作条件及对合金的要求233

2.航空发动机用高温合金233

第6章 耐热钢和高温合金在工业领域中的应用233

1.引言233

2.2 航空发动机各部件使用的高温合金236

3.燃气轮机用高温合金241

3.1 对合金材料高温性能的要求241

3.2 燃气轮机中应用的高温合金243

4.煤的转化用高温合金248

4.1 煤的气化、液化技术特点及对合金材料高温性能的要求248

4.2 煤的气化时产生的高温腐蚀形态及使用的高温材料249

5.汽车、拖拉机工业用高温金属材料253

5.1 排气阀用材253

5.1.1 内燃机排气阀对材料使用要求253

5.1.2 排气阀材料254

5.2 热发生器用材料258

5.3 增压器材料259

5.4 烧嘴材料260

6.石化工业用高温材料261

6.1 对材料的要求261

6.2 裂解炉管用高温材料263

6.3 石化工业中应用的耐热钢及高温合金263

6.4 高温装置的材料失效268

7.原子能工业用高温合金271

7.1 钠冷反应堆燃料包壳材料和结构材料271

7.1.1 燃料元件包壳材料271

7.1.2 耐热钢和高温合金在钠冷反应堆包壳材料中的应用272

7.1.3 耐热钢和高温合金在钠冷反应堆结构材料中的选用273

7.2 燃料棒元件定位格架273

7.4 液态金属铋中的腐蚀和18-8型不锈耐热钢的应用274

7.3 反应堆用螺钉材料274

7.5 高温气体炉用高温合金275

8.宇航工业用高温金属材料278

8.1 火箭技术对高温材料的要求278

8.2 耐热钢及高温合金在宇航工业中的应用280

9.水泥、搪瓷工业用高温金属材料281

9.1 水泥工业用高温金属材料281

9.2 搪瓷和日用陶瓷工业用高温金属材料283

10.冶金工业中应用的耐热钢与高温合金284

11.硅酸盐工业中用高温金属材料287

11.1 玻璃工业对高温材料的要求287

11.2 玻璃纤维工业用高温合金288

11.3 玻璃拉管用高温材料290

12.火力发电设备用高温金属材料291

12.1 锅炉钢管用耐热钢292

12.1.1 对锅炉管材料的要求292

12.1.2 锅炉钢管材质的选用292

12.2 锅炉钢板用耐热钢292

12.2.1 工作条件对锅炉钢板的要求293

12.2.2 锅炉钢板的选用293

12.3 叶片用耐热钢293

12.3.1 汽轮机叶片对材料的要求294

12.3.2 叶片材料的选择295

12.4 汽轮机、燃气轮机紧固件材料295

12.5 汽轮机叶轮、主轴和转子用耐热钢296

附录 中国高温合金化学成分、主要用途298

参考文献312