长期在高温条件下金属材料组织结构与性能的变化

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1、第四章长期在高温条件下金属材料组织结构与性能的变化珠光体的球化和碳化物聚集1、珠光体的球化定义：当温度较高时，原子的活动力增强，扩散速度增加，片状渗碳体便逐渐转变成球状，再逐渐聚集成大球团的现象。20号钢珠光体球化金相组织图（a）未球化（原始态）组织250×；(b)球化后的组织500×2、球化对金属材料性能的影响（1）对室温机械性能的影响珠光体球化会使材料的室温强度降低（2）对高温机械性能的影响珠光体球化会使材料的的蠕变极限和持久强度明显下降3、影响珠光体球化的因素温度的影响化学成分的影响应力作用的影响晶粒度的影响冷加工变形程度4、珠光体球化的级别球化级别的划分的依据

2、：是以球化的组织状态和相应的机械性能来表示。5、材料发生球化后的恢复处理已发生球化的钢可采用热处理的方法使之恢复原来的组织。将已发生球化的珠光体钢加热到完全变成奥氏体组织的温度（略高于900℃），保温一定时间（约1小时左右），由于相变与再结晶，在冷却后可得到原来的金相组织，从而消除了球化现象石墨化1、石墨化的产生及对材料性能影响定义：是指钢中的渗碳体分解成为游离碳，并以石墨形式析出，在钢中形成石墨夹杂的一种组织转变。性能：石墨化现象的发生会使钢材性能恶化，脆性急剧增大，容易导致钢管发生脆性爆破事故。石墨化条件：高温、应力、温度（450℃~700℃）反应式：（石墨）组织

3、变化过程：片状渗碳体→球状渗碳体→分解为石墨点→长大成球→逐渐发展为球状、团絮状和链状2、石墨化的级别钢材石墨化按石墨化面积、石墨链的长度、组织特征及其机械性能，通常将石墨化分为4级：1级—轻度石墨化2级—明显石墨化3级—显著石墨化4级—严重石墨化石墨化的级别对应的机械性能石墨化的级别对应的组织特征石墨化评级图(a)1级；(b)2级；(c)3级；(d)4级3、石墨化的影响因素温度、时间化学成份：铬、钛、钒、铌等防止石墨化。硅、铝、镍等却起促进石墨化。晶粒大小冷加工变形程度等存在的应力问题合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配1、合金元素的重新分配过程定义：合金元素随时

4、间由一种组织组成物向另一种组织组成物转移的现象分配特点：固溶体中合金元素的含量逐渐减少，碳化物中合金元素含量逐渐增多，即合金元素由固溶体向碳化物转移，使固溶体中合金元素贫化。性能变化：钢的固溶强化作用显著降低，同时沉淀强化的作用也减弱，因此材料的强度、蠕变极限和持久强度下降影响因素：温度、时间、成分（特别是含碳量）、应力发生原因：合金元素原子溶入铁素体→固溶体→产生晶格畸变→晶格不稳定→在高温的作用下→合金元素原子从固溶体中转移到结构比较稳定的碳化物中→固溶体的贫化合金元素的重新分配过程包含两个方面：固溶体和碳化物中合金元素含量的变化，亦即碳化物成分的变化；碳化物结构

5、类型、数量和分布形式的变化。2、固溶体和碳化物中合金元素成分的变化（1）低合金铬钼钢(a)15CrMo钢(b)12MoCr钢管道用钢碳化物中的钼质量分数与运行时间的关系更正（2）低合金铬钼钒钢3、碳化物结构类型、数量和分布的变化变化的原因：是使碳化物由亚稳定相向稳定相转变碳化物的形状：当晶粒内部析出细小的针状时，钢的热强性提高；当细小的聚集粗大时，热强性降低。碳化物的分布状态：碳化物首先在晶界析出，使晶界性质发生较大的改变；当碳化物聚集在晶界上呈连续膜状时，削弱了晶界强度，从而产生蠕变裂纹，甚至造成沿晶脆性断裂。材质退化对低周疲劳特性的影响1、汽轮机转子材料的软化特性

6、运行140,000小时的汽轮机高、中压转子的软化2、硬度与低周疲劳特性之间的关系Timo曲线曲线30Cr2MoV钢曲线材质退化对蠕变特性的影响转子的运行温度和断裂时间仍然可以用Larson-Miller参数P描述：Larson-Miller参数P与HV存在有下述关系：1、硬度与蠕变断裂特性之间的关系不同硬度下的Cr-Mo-V转子钢的蠕变断裂曲线2、硬度与最小蠕变速率之间的关系最小蠕变速度与蠕变断裂寿命之间的关系可以用MonkmanGrant经验公式描述：Cr-Mo-V转子钢的MonkmanGrant关系Cr-Mo-V转子钢最小蠕变速度和硬度HV的关系曲线