合金元素对高温性能的影响

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①C的影响　C和N是强烈的间隙固溶强化元素。研究表明，随温度的提高，C和N在钢中的溶解度增加，提高钢的高温强度。但碳含量的增加会对焊接性产生不利影响，因此建筑用钢的碳含量应控制在0.2％以下。目前，耐火钢合金元素设计总的趋势是降低碳含量，最高含量为0.11％。
②微合金元素　Nb是抗震耐火钢中的主要添加元素，其为强碳化物形成元素，在钢中形成细小的NbC第二相，具有很高的组织稳定性。其主要作用是细化奥氏体晶粒尺寸，还可起到一定的沉淀强化作用。当Nb与Mo复合添加时，NbC质点更细小，不易聚集长大，具有更高的组织稳定性，由其造成的沉淀强化使钢保持较高的高温强度和蠕变强度。
V、Ti微合金化元素的作用与Nb相似。同Nb相比，V在奥氏体中的固溶度更高，一般在相变后铁素体析出，起沉淀强化作用。Ti则主要起细化奥氏体晶粒的作用。而Nb、V、Ti等元素的复合添加，一般形成混合混合型的MC析出相。这种混合析出相具有更高的稳定性，在高温下不易聚集长大，其尺寸更加细小，弥散程度更高，对提高钢的高温强度有利。
③Mo的影响　Mo是提高钢的高温强度最有效的元素，目前已有的抗震耐火钢中均以Mo作为高温强化元素。
Mo固溶于铁素体中，强化铁素体基体。高温下Mo在铁素体中的扩散速度较慢，显著提高了钢的高温强度与蠕变强度。此外，固溶的Mo易在晶界处偏聚，起强化晶界的作用。Mo的这种固溶强化作用是提高耐火钢高温强度的第一个原因。
Mo对相变过程产生显著影响，从而改变钢中微观组织结构是提高钢的高温强度的第二个原因。Mo增加了过冷奥氏体的稳定性，使奥氏体向铁素体转变曲线右移，相变后能得到更加细小的铁素体组织。其次，随着Mo含量的增加，钢中贝氏体体积分数增加，细小的多边形铁素体和高位错密度的贝氏体组织能使耐火钢获得良好的高温性能。
Mo在钢中析出形成碳化物是提高高温强度的第三个原因。Mo与C结合形成多种形式的碳化物，包括MoC、Mo2C、Mo23C6及Mo6C等。MC型碳化物细小弥散的分布在基体中，提高钢的强度。此外，在Mo含量较高的耐火钢中，Mo2C的二次硬化作用也是提高含Mo高温强度的一个重要原因。在550～650℃温度范围内，Mo2C大量析出形成二次硬化峰，从而提高钢的高温强度。
Mo与微合金元素复合添加时，高温强度的增加超过了单纯添加的总和。例如，0.5％Mo就0.02％Nb同时加入钢中，使600℃高温屈服强度增加101MPa，而单独加入0.5％ Mo或0.02％ Nb使钢600℃屈服强度分别提高74MPa和20MPa。这是由于Mo和Nb复合添加时，MC第二相显著细化且单位体积内数目增加。
④Cr的影响　在耐热钢中，Cr是一个主要添加元素。由于Cr可有效提高钢的高温抗氧化性和抗蠕变性能。但Cr对耐火钢性能影响比较复杂，特别是与Mo、V等元素共同加入时，这种影响更为复杂。Cr在铁素体中的扩散系数较高，易与C结合形成碳化物。例如Cr7C3碳化物最低在500℃左右就析出，但稳定性较差，容易聚集长大。Cr的另一个不利作用是降低Mo2C的组织稳定性，并使二次硬化温度降低。在耐火钢中广泛采用了Cr，一方面是用于提高高温强度和蠕变强度；另一方面用途是提高钢的耐候性。

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Mo在钢中析出形成碳化物是提高高温强度的原因

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合金元素对高温性能的影响主要体现在对材料的热稳定性、高温强度、抗氧化性和抗热疲劳性能等方面，以下是具体说明：
对热稳定性的影响
提高熔点：一些合金元素如钨（W）、钼（Mo）、铌（Nb）等，具有较高的熔点，加入到合金中可以提高合金的整体熔点，使合金在高温下更难发生熔化和软化，从而保持其形状和性能的稳定性。
稳定晶体结构：合金元素可以通过与基体金属形成固溶体或金属间化合物等方式，稳定合金的晶体结构。例如，铬（Cr）、镍（Ni）等元素能形成面心立方结构的固溶体，这种结构在高温下具有较好的稳定性，可阻止晶体结构的转变和晶粒的长大。
对高温强度的影响
固溶强化：合金元素溶入基体金属形成固溶体时，会使晶格发生畸变，增加位错运动的阻力。例如，在钢铁中加入锰（Mn）、硅（Si）等元素，它们溶入铁素体中，通过固溶强化作用提高钢铁在高温下的强度和硬度。
弥散强化：一些合金元素可以在合金中形成细小弥散的第二相粒子，如铝（Al）、钛（Ti）等元素在镍基高温合金中形成 γ' 相（Ni₃(Al,Ti)），这些粒子能够阻碍位错运动，从而显著提高合金的高温强度。
对抗氧化性的影响
形成保护膜：某些合金元素能够在合金表面形成一层致密、稳定的氧化膜，阻止氧气进一步向内扩散，从而提高合金的抗氧化性能。例如，铬（Cr）在高温下能与氧气反应生成 Cr₂O₃氧化膜，铝（Al）形成 Al₂O₃氧化膜，硅（Si）形成 SiO₂氧化膜，这些氧化膜都具有良好的保护作用。
提高氧化膜的稳定性：一些合金元素可以通过改善氧化膜的结构和性能来提高其稳定性。例如，在含铬的合金中加入少量的稀土元素（如铈（Ce）、钇（Y）等），可以细化氧化膜晶粒，降低氧化膜的孔隙率，增强氧化膜与基体的结合力，从而提高氧化膜的稳定性和抗氧化性能。
对抗热疲劳性能的影响
降低热膨胀系数：合金元素可以改变合金的热膨胀系数，使其更接近使用环境的要求。例如，在一些高温合金中加入铌（Nb）、钽（Ta）等元素，可以降低合金的热膨胀系数，减少在热循环过程中由于热胀冷缩而产生的热应力，从而提高合金的抗热疲劳性能。
提高韧性：一些合金元素如镍（Ni）、钴（Co）等，可以提高合金的韧性，使合金在承受热循环载荷时，能够更好地吸收和分散应力，减少裂纹的产生和扩展，从而提高抗热疲劳性能。
不同的合金元素对高温性能的影响是相互关联和复杂的，在实际应用中，需要根据具体的使用要求和环境，合理选择和搭配合金元素，以获得具有良好高温性能的合金材料。