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抗高温氧化:金属和氧的亲和力大时,且氧在晶铬内溶解度达到饱和时,就在金属表面上形成氮化物。一旦形成了氧化膜,氧化过程的继续进行将取决于两个因素:(a)界面反应速度,包括金属/氧化物界面及氧化物/气体两个界面上的反应速度;(b)参加反应的物质通过氧化膜的扩散速度。在一般情况下,当金属的表面与氧起始反应生产极薄的氧化膜时,界面反应起主导作用,即界面反应是氧化膜生成的控制因素。但随着氧化膜的生长增后,扩散过程将逐渐起着越来越重要的作用,成为继续氧化的控制因素。金属表面形成的氧化膜一般是固态,但是根据氧化膜的性质不同,在较高温度下,有些金属的氧化物是液态,有的还是气态的。在耐热钢中加入铬、铝、硅和稀土元素等,与氧形成一层完整致密具有保护性的氧化膜。在金属表面施加涂层也是提高抗高温氧化能力的重要方法。如在耐热钢表面渗铝、渗硅或铬铝、铬硅共渗都有显著的抗氧化效果。
高温硫化是一种比纯氧化更严重的高温腐蚀形态,因为硫化物膜比氧化膜的缺陷浓度大,更容易开裂和剥落,特别是硫化物的熔点低,蒸汽压高,多数硫化物共晶点低。硫化时硫的存在形式对高温硫化速度有影响。气相的硫可能是以硫蒸汽、二氧化硫、三氧化硫、硫化氢和有机硫化物等形态存在。当硫和氧同时存在时,在金属表面上常形成氧化物和硫化物的混合锈层产物,这种锈层比在H2S或有机硫以及硫蒸汽中产生的硫化物的保护性好。由于硫化与氧化相似,因此,氧化的基本理论和纺织氧化的基本措施都适用于硫化。在钢中加入铬、铝、硅等合金元素都可以在一定程度上防止或减缓高温硫化。
合金元素对钢的工艺性能的影响:1.合金元素对钢铸造性能的影响固、液相线的温度愈低和结晶温区愈窄,其铸造性能愈好。合金元素对铸造性能的影响,主要取决于它们对Fe-Fe3C相图的影响。另外,许多元素,如Cr、Mo、V、Ti、Al等在钢中形成高熔点碳化物或氧化物质点,增大钢的粘度,降低流动性,使铸造性能恶化。2.合金元素对钢塑性加工性能的影响塑性加工分热加工和冷加工。合金元素溶入固溶体中,或形成碳化物(如Cr、Mo、W等),都使钢的热变形抗力提高和热塑性明显下降而容易锻裂。一般合金钢的热加工工艺性能比碳钢要差得多。3.合金元素对钢焊接性能的影响合金元素都提高钢的淬透性,促进脆性组织(马氏体)的形成,使焊接性能变坏。但钢中含有少量Ti和V,可改善钢的焊接性能。4.合金元素对钢切削性能的影响切削性能与钢的硬度密切相关,钢是适合于切削加工的硬度范围为170HB~230HB。一般合金钢的切削性能比碳钢差。但适当加入S、P、Pb等元素可以大大改善钢的切削性能。5.合金元素对钢热处理工艺性能的影响热处理工艺性能反映钢热处理的难易程度和热处理产生缺陷的倾向。主要包括淬透性、过热敏感性、回火脆化倾向和氧化脱碳倾向等。合金钢的淬透性高,淬火时可以采用比较缓慢的冷却方法,可减少工件的变形和开裂倾向。加入锰、硅会增大钢的过热敏感性。
抗热腐蚀:热腐蚀是金属材料在高温含硫的燃气工作条件下与沉积在其表面上的盐发生的反应引起的高温腐蚀形态。典型的实例是在含氯化纳的大气与含硫的油料燃烧时沉积在其表面上的硫酸钠引起高温腐蚀。环境中的硫与氯化钠是导致产生热腐蚀的主要环境因素。硫主要来自燃料,而氯化纳主要来自大气,当一旦形成硫酸盐类时,会加速材料的热腐蚀过程。燃料中的硫含量及燃烧用的空气中的氯化纳含量是影响热腐蚀的主要环境因素。因此,提高燃料的质量,减少燃料中杂志含量是减缓热腐蚀的重要措施。提高合金元素氧化物的稳定性是抗热腐蚀的主要因素。材料中含有钨、钼、钒等合金元素易于形成酸性熔融热腐蚀,特别是番,它对热腐蚀的影响较大。但材料中含有铬、铝等合金元素对材料的抗热腐蚀极为有利。一方面他们能与氧形成保护性良好的氧化膜,也可能形成尖晶石型复合氧化膜,这对提高材料的抗热腐蚀性能有很大好处。在材料中加入稀土元素等量元素也能提高材料的抗热腐蚀能力。在材料表面涂覆高温涂层是提高材料抗热腐蚀的重要措施。在航空发动机叶片表面上涂高温涂层,能显著地提高叶片抗热腐蚀能力。
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