馬曉藝（青海大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，青海 西寧 810016）

耐熱金屬材料應(yīng)用的范圍非常廣泛，比如在化工、電力、石油、航空以及冶金等行業(yè)當(dāng)中都會涉及應(yīng)用到，因此這些材料通常會在溫度較高的環(huán)境下進(jìn)行工作，所以就必須要使用耐熱性較好的金屬材料.如果從耐熱金屬材料所使用的環(huán)境觀察，其性能主要包括在兩個方面，也就是它的高溫強(qiáng)度以及它的化學(xué)穩(wěn)定性能.但是，如果要是針對耐熱金屬材料，就必須要認(rèn)真的分析研究它主要的影響因素，再根據(jù)具體原因采用相應(yīng)的解決措施，從而提高金屬材料的性能.耐熱材料指的是具有蠕變變形小、斷裂強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時在正常的使用過程中必須要具有一定的穩(wěn)定性.然而在使用耐熱材料的一些設(shè)備時，其設(shè)計(jì)概念卻產(chǎn)生了一定的變化，曾經(jīng)把堅(jiān)決不破壞的設(shè)計(jì)思想是作為一個安全壽命進(jìn)行設(shè)計(jì)的，從思想上主要是以安全設(shè)計(jì)以及允許損傷設(shè)計(jì)進(jìn)行轉(zhuǎn)變的.所謂運(yùn)行安全設(shè)計(jì)指的是當(dāng)局部材料出現(xiàn)破損時，其余下的部分仍然可以承受起破損部位的應(yīng)力，而不會導(dǎo)致全部的零件出現(xiàn)破損情況，而設(shè)計(jì)允許損傷時主要是通過假設(shè)情況下出現(xiàn)裂紋，而當(dāng)裂紋在擴(kuò)展期間內(nèi)的設(shè)備則仍然可以繼續(xù)使用，對此，基于這種思想變化，對于開發(fā)者在設(shè)計(jì)考慮方法時就必須要做相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，也就是要從一種材料的耐高溫度以及對它蠕變的強(qiáng)度極限選擇材料，找對方向.在不同的溫度下是否可以進(jìn)行長期間的使用，以及在高溫度的材料上是否可以提高溫度，這些都會促使特性的劣化，而在材料的選擇上也會有所轉(zhuǎn)變.從另一種角度上來看，選擇材料的余地也就更加廣泛了.

1 耐熱金屬材料的性能特點(diǎn)

一般耐熱的金屬材料通常是與能源相關(guān)的條件下相互作用的，主要可以分成兩種，（1）有動作機(jī)械部件，也就是透平噴氣發(fā)動機(jī)可以對其使用離心力的部件.它的具體要求就是必須要具有蠕變性能以及抗氧化的性能.（2）另一種就是在靜止?fàn)顟B(tài)下所應(yīng)用的部件，例如有噴咀、材料電池電解質(zhì)、透平葉片、人造衛(wèi)星使用的熱防護(hù)板等，但是如果根據(jù)卡諾循環(huán)基理觀察，如果是有關(guān)能源的使用材料其溫度越高，它的使用效率也會越高，當(dāng)應(yīng)用棱聚變能的狀態(tài)時，如果所使用的溫度過高時，其要求也會越高.此外，如果要更好的使用自然能源，在各方面的要求上也會更為嚴(yán)格，如果要使用復(fù)合材料，也就是這種耐熱結(jié)構(gòu)的材料.它的燃料電池在發(fā)電方法上也是沒有公害的，所以會得到廣泛的應(yīng)用.通常情況下，如果金屬材料在一定的室溫下，其變形以及塑性主要是根據(jù)位錯運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的，一般晶界的強(qiáng)調(diào)會很高，所以當(dāng)位錯運(yùn)動時它就會具有很大阻力，因此，在室溫下的晶粒出現(xiàn)越細(xì)時，而它的強(qiáng)度則會越高.如果在高溫強(qiáng)度下，它會隨溫度的變化，越來越高，而晶界則會出現(xiàn)明顯的下降趨勢，對此，材料的強(qiáng)度也會逐漸的下降.如果晶內(nèi)的強(qiáng)度再和晶界強(qiáng)度出現(xiàn)等同時，其金屬材料在強(qiáng)度方面則會由晶界的強(qiáng)度進(jìn)行決定了，而這時的溫度也就稱作為等強(qiáng)溫度.由此我們也得出，當(dāng)溫度隨著不斷升高時，其金屬出現(xiàn)斷裂的方法主要是通過穿晶斷裂再轉(zhuǎn)為晶間斷裂，如果晶界越多，而產(chǎn)生斷裂的可能性則會越大，其強(qiáng)度則會很低.當(dāng)溫度隨著不斷升高時，它的失效形式以及變形行為再同室溫作比較時則會具有一定的區(qū)別，其表現(xiàn)特征就在于它的蠕變現(xiàn)象、持久強(qiáng)度以及應(yīng)力的松馳度等方面，通過以上幾個方面則是影響金屬材料的重要因素.

2 影響蠕變極限的主要因素

2.1 影響耐熱金屬材料的原因會有很多種，由于機(jī)械的零部件一般是在高溫條件下進(jìn)行工作的，所以這就要求材料的機(jī)械性能非常高，必須要具有一定的沖擊韌性，很好的加工性，足夠的強(qiáng)度，以及良好的焊接性等特點(diǎn).但是，如果是針對耐熱的金屬材料講，它的熱強(qiáng)性會對它的機(jī)械性起到非常關(guān)鍵的一方面作用.通常情況下，一般耐熱的金屬材料如果是在高溫下，它的疲勞強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及在硬度等方面都會低于常溫下的材料.它也會影響到金屬材料的熱強(qiáng)性，而最為重要的一個因素則是蠕變的極限問題.所謂蠕變極限所指的就是在高溫的極限下，它會引起金屬材料的變形，以及影響它的速度應(yīng)力.如果把試樣進(jìn)行加溫到一定程度的溫度時，并加載相應(yīng)的荷載，在一段時間后則可以得到一定的伸長率曲線.一般耐熱的金屬材料，它的蠕變是不能夠避免的，比如碳鋼，如果它的溫度是在40度以上時，則會出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象.此外，如果長時間受到高溫影響的金屬零部件，像鍋爐爐管等部件，它會因?yàn)槿渥兌a(chǎn)生一定的影響，其爐管的管徑則會增大，而管壁也會變的越來越薄，從而導(dǎo)致爐管發(fā)生爆破.所以，在耐熱金屬材料上面，它的蠕變性以及它的熱強(qiáng)性則是造成金屬材料機(jī)械性能的重要因素，也由此可見，金屬材料應(yīng)具有一定的抗蠕變性以及高熱強(qiáng)性等特點(diǎn).

2.2 通過實(shí)踐研究分析所得出，具有很高含量材料的鉻與鎳來說.其耐熱金屬材料則是具有很高強(qiáng)度的蠕變性，所以這種材料也具有良好耐高溫特點(diǎn)，并且可以在長期的高溫下進(jìn)行作業(yè).由于鎳具有很高的含量，所以它也具有很好的耐氧化性以及耐腐蝕和耐高溫性等特點(diǎn).當(dāng)提高了碳含量以后，并且在固溶強(qiáng)化的作用下也會促使它的強(qiáng)度有所提高，而耐熱金屬材料也可以把含有鎳、鉻作為一項(xiàng)基礎(chǔ)化學(xué)成分，并且適量的摻入到鉬、鈮以及鎢、鈦的元素當(dāng)中，由于一般的金屬材料其組織是以面心作為立方結(jié)構(gòu)的，所以在一定高溫下，其金屬材料還會具有一定的蠕變強(qiáng)度.

3 影響金屬材料性能的主要因素

焊條作為影響金屬材料性能的一個重要的因素，由于金屬材料主要是長期處于高溫下進(jìn)行作業(yè)的，所以它必須要保證其材料具有耐高溫的特點(diǎn)，也必須要在材料當(dāng)中摻入其它的元素.如果當(dāng)母材當(dāng)中的化學(xué)成份和焊縫材料存在很大的相差時，而材料在高溫下進(jìn)行工作時，則會出現(xiàn)在金屬的接頭位置造成一些元素出現(xiàn)擴(kuò)散的問題從而也就導(dǎo)致了材料的機(jī)械性能所有降低.所以，在選擇金屬材料進(jìn)行在進(jìn)行焊接時，必須可以保證它的焊縫性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求.所以，只有確保耐熱金屬材料具有良好的機(jī)械性能時，其焊縫的金屬成分必須要和母材料保持一致.此外，在焊條當(dāng)中焊接工藝與一些元素的含量都會直接影響到焊接后的性能問題.但是，如果是對所需焊接的材料來講，則必須要加強(qiáng)提高焊縫材料應(yīng)具有的抗熱裂性能，也應(yīng)控制好其碳的標(biāo)準(zhǔn)含量，通常對焊縫的要求是其碳的含量必須要小于母材碳的含量.

4 重要的化學(xué)因素作用

所謂耐熱金屬材料，在其內(nèi)部的元素會對它的機(jī)械性有非常重要的一些因素.通常情況下，由于耐熱金屬材料會長期在高溫下進(jìn)行作業(yè)，所以如果要保證其材料具有一定的高溫性能，就必須要摻入一些重要的元素.就比如說可以在材料當(dāng)中加入適量的鉬，并且可以有效的促使晶粒達(dá)到細(xì)化的目的，進(jìn)而也提高了金屬材料的熱強(qiáng)性以及淬透性，同時在高溫下可以持續(xù)達(dá)到足夠的強(qiáng)度也具有抗蠕變的能力等.此外，如果在金屬材料當(dāng)中加入適量的鉬，它可以提升材料的機(jī)械性能，同時也能夠抵抗因高溫所引發(fā)材料的脆性.如果在材料當(dāng)中加入一定量的鋁元素，也可以促使在金屬材料當(dāng)中的晶粒充分的細(xì)化，從而提升它的沖擊韌性.而鋁這種元素是具有一定的抗氧化眭和良好的抗腐蝕性，所以可以在耐熱金屬材料當(dāng)中適量的摻入鋁元素，從而可以在高溫條件下其材料不會發(fā)生起皮的現(xiàn)象，同時也具有抗高溫的腐蝕性能.另一方面，由于化學(xué)元素可以有效的提高金屬材料機(jī)械性能，同時也有一些化學(xué)元素會影響到材料本身的機(jī)械性能.以下兩種元素的影響會較為明顯：（1）在耐熱金屬材料當(dāng)中，硫和磷均屬于有害的元素，它們會降低金屬材料的塑性，同時也會影響到其材料焊接的性能.（2）而對于錳這種元素，如果應(yīng)用在金屬材料當(dāng)中它會出現(xiàn)脫氧劑的反應(yīng)，一方面它可以加強(qiáng)材料的硬度以及強(qiáng)度，也可以從一定程度上改善金屬材料所具有的熱加工性能.然而，錳含量隨著不斷的增加，它就是降低金屬材料的抗腐蝕能力，而它的焊接性能也會有所降低.

5 加強(qiáng)提高機(jī)械性能的方法

通過對幾種耐熱金屬材料的影響度進(jìn)行觀察，在這其中，由于細(xì)化晶粒通過在一定的溫度下可以加強(qiáng)改善金屬材料的性能，這也是比較好的一種方法，然而這種方法不適用于高溫的金屬材料.因此，如果是在溫度較高下進(jìn)行工作，其材料可以通過應(yīng)用以下方式進(jìn)行提高.

5.1 如果耐熱金屬材料它的晶粒越細(xì)，其發(fā)生蠕變就會越加明顯，但是粗晶的發(fā)生蠕變的速度則會很低.所以，一旦在金屬材料當(dāng)中摻入一定量的堿土金屬，它就會生成相對穩(wěn)定并且難熔的化合物，從而達(dá)到凈化的目的.

5.2 由于耐熱金屬材料它的機(jī)械性能主要取決原子間重要的結(jié)合力，如果原子的排列相對比較緊密，而它的機(jī)械性能則會非常高.

6 結(jié)論

本文主要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究分析，對金屬材料的機(jī)械性能所產(chǎn)生的影響一般具有幾方面的重要因素，例如，蠕變極限、焊接工藝、在金屬材料當(dāng)中所產(chǎn)生的化學(xué)成分等，所以通過對這些因素的分析，提出了相應(yīng)的解決措施，希望能為同行進(jìn)行參考.

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