強化基體

金屬熔點的高低可以反映原子間結合力的大小。熔點越高,金屬原子間的結合力越強。因此,耐熱溫度要求越高,就要選用高熔點的金屬作為基體。在工業上常用的耐熱合金中,鐵基、鎳基、鉬基耐熱合金的熔點是依次升高的。

金屬與合金基體的強度取決於原子結合力的大小。高溫時,奧氏體鋼一般比鐵素體鋼具有更高的熱強性,這是因為γ-Fe原子排列較緻密,原子間結合力較強的緣故。所以,奧氏體鋼要比鐵素體鋼、馬氏體鋼、珠光體鋼的蠕變抗力高。因此,在比較高的溫度下均使用奧氏體鋼。奧氏體鋼的蠕變抗力高是由兩方面的因素決定的:一是其晶體結構的緻密度高,合金元素的擴散和鐵原子的自擴散都比較困難;二是面心立方結構的層錯能較低,體心立方結構的層錯能較高,而基體金屬層錯能越低,蠕變抗力就越高。

在耐熱鋼及耐熱合金中,由於溶質原子尺寸與基體晶格中的位錯等缺陷產生互動作用,形成各種氣團,從而增加了位錯運動阻力,提高了蠕變抗力。然而,一般蠕變溫度在0.5Tm以上,各種氣團的作用都幾乎消失了。因為溫度升高,彈性模量和切變模量下降,溶質原子引起的彈性應力場和畸變能很小;另一方面,這時溶質原子的擴散已經足夠快,使其對位錯運動失去了阻礙作用。固溶的合金元素提高了合金的再結晶溫度,這可能是提高其蠕變抗力的真正原因。例如,工業純鐵的再結晶溫度為480℃,加入0.5%的矽可使再結晶溫度提高到570℃,加入0.5%的鉻可達到650℃,而加入同樣含量的鉬可提高到670℃。

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