特殊性能鋼課件第1頁(yè)/共32頁(yè)第2頁(yè)/共32頁(yè)不銹鋼的材料設(shè)計(jì)原則盡量獲得單相均勻組織提高金屬基體腐蝕電位形成表面防護(hù)膜Fe+9%NiA(單相)降低碳含量Fe+(x/8)Cr電位階梯式升高Cr,Si,Al在表面形成致密鈍化膜不銹鋼主要的成分特點(diǎn)：低碳含量含有Cr,Ni等合金元素含有Al、Si、Ti、Nd等合金元素加入Ti、Nb的作用是什么？第3頁(yè)/共32頁(yè)2.不銹鋼的分類及常用不銹鋼不銹鋼分類：按供應(yīng)態(tài)（正火）組織分馬氏體型不銹鋼(Cr13型)鐵素體型不銹鋼(Cr17、Cr25型）奧氏體型不銹鋼(18-8型)雙相不銹鋼沉淀硬化型不銹鋼2）馬氏體不銹鋼：馬氏體型不銹鋼成分特點(diǎn)：含碳0.1~0.4%含鉻12~18%其它元素Mo、V、Si、Cu等說(shuō)明各元素及其含量變化對(duì)材料性能影響？第4頁(yè)/共32頁(yè)2）馬氏體不銹鋼：馬氏體型不銹鋼性能特點(diǎn)：含碳量較高，力學(xué)性能好熱加工性能好切削加工性好耐蝕性隨含碳量升高而降低常用馬氏體不銹鋼：1Cr13,2Cr13,3Cr13,9Cr18,1Cr17Ni21Cr13,2Cr13優(yōu)良的抗大氣、蒸汽介質(zhì)腐蝕，耐蝕結(jié)構(gòu)鋼。用于制作汽輪機(jī)葉片、熱烈設(shè)備配件、鍋爐附件等熱處理：淬火+高溫回火(S回)，注意回火脆3Cr13,4Cr13耐蝕性下降，但力學(xué)性能好。用于制作不銹鋼工具，如醫(yī)療器械、刃具、熱油泵軸等熱處理：淬火+低溫回火(M回)(HRC50)第5頁(yè)/共32頁(yè)3）鐵素體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼的成分特點(diǎn)含碳小于0.15%含鉻17~30%其它元素Mo、V、Ti等鐵素體型不銹鋼的性能特點(diǎn)耐蝕性較馬氏體不銹鋼好單相鐵素體，無(wú)相變強(qiáng)化塑性、可焊性好有金屬間化合物引起的高溫脆性常用鐵素體型不銹鋼：1Cr17,1Cr17Ti,1Cr28,1Cr25Ti,1Cr17Mo2Ti等主要用于對(duì)力學(xué)性能要求不高、但耐蝕性要求高的環(huán)境下，如化工生產(chǎn)結(jié)構(gòu)件試說(shuō)明如何提高鐵素體型不銹鋼的力學(xué)性能？

第6頁(yè)/共32頁(yè)4）奧氏體型不銹鋼(18-8型)奧氏體型不銹鋼的成分特點(diǎn)含碳小于0.1%含鉻18%,含鎳8~11%其它元素Mo、Nb、Ti等奧氏體型不銹鋼的性能特點(diǎn)耐蝕性優(yōu)秀單相奧氏體，但有強(qiáng)加工硬化塑性、可焊性好有應(yīng)力腐蝕傾向，注意加工應(yīng)力常用奧氏體型不銹鋼：1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9,00Cr18Ni9等各類耐腐蝕環(huán)境下結(jié)構(gòu)件第7頁(yè)/共32頁(yè)5）其他類型不銹鋼雙相不銹鋼：A+(5~20%)抗應(yīng)力腐蝕性能更好并具有更好的抗晶間腐蝕能力和抗熱裂性能0Cr21Ni5Ti,1Cr18Mn10Ni5Mo3Si2沉淀硬化型不銹鋼：解決奧氏體不銹鋼強(qiáng)度不足，加工硬化引起的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題加入Ni、Al、Ti、Nb形成金屬間化合物Ni3Al，Ni3Nb，強(qiáng)化A不銹鋼但不影響其耐蝕性用于高強(qiáng)高硬度且要求耐蝕性的條件下第8頁(yè)/共32頁(yè)7.5.2耐熱鋼耐熱鋼的工作條件和性能要求高溫下使用高溫氧化環(huán)境使用高溫腐蝕環(huán)境使用高溫氧化，腐蝕高溫強(qiáng)度不足鋼的耐熱性包括高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度兩個(gè)方面使用條件主要失效形式第9頁(yè)/共32頁(yè)高溫抗氧化性：材料的抗氧化性不是指其不氧化，而是指其能很快在表面形成致密氧化膜，使材料不再繼續(xù)氧化主要合金化元素：Cr，Si，Al2）高溫強(qiáng)度：又稱熱強(qiáng)性，鋼在高溫下抵抗塑性變形和破斷的能力。通常以蠕變極限和持久強(qiáng)度表示強(qiáng)化方式：固溶強(qiáng)化晶界強(qiáng)化彌散強(qiáng)化第10頁(yè)/共32頁(yè)蠕變極限：在一定溫度下，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一定變形的應(yīng)力(一定溫度下引起一定形變速度的應(yīng)力),σTε%/hour---長(zhǎng)效性能一定溫度下，一定時(shí)間內(nèi)在恒定應(yīng)力下產(chǎn)生的最大蠕變量（變形設(shè)計(jì)）持久強(qiáng)度：一定溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間引起材料斷裂的應(yīng)力，σTτ---短(瞬)時(shí)性能第11頁(yè)/共32頁(yè)2.常用耐熱鋼分類：按組織分類珠光體型耐熱鋼：16Mo,15CrMo,12CrMoV使用溫度：250~550°C主要應(yīng)用：鍋爐、壓力容器、熱交換器和氣閥等耐熱件馬氏體型耐熱鋼：1Cr13,2Cr13,4Cr9Si2,4Cr10Si2Mo使用溫度：550~600°C主要應(yīng)用：葉片、閥門(mén)奧氏體型耐熱鋼：使用溫度>600~700°C固溶強(qiáng)化型18-8不銹鋼：加熱管，排氣管；沉淀硬化型耐熱鋼：4Cr13Ni8Mn8MoVNb(GH36)，增壓渦輪，葉片材料和高溫緊固件金屬間化合物強(qiáng)化耐熱鋼：0Cr15Ni26MoTi2AlVB(GH132)第12頁(yè)/共32頁(yè)7.5.3其他特殊鋼耐磨鋼：專指在強(qiáng)烈沖擊載荷或高壓條件下發(fā)生表面硬化而具有高耐磨性的高錳鋼。材料：ZGMn13。含碳0.8~1.4%，含Mn11~14%鑄態(tài)組織：A+碳化物(Fe,Mn)3C熱處理：水韌處理——固溶A體化(~1100°C)，水淬組織：A；硬度：HB190-220；韌性很高應(yīng)用：材料被強(qiáng)烈沖擊或摩擦?xí)r，A產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，并在表面誘發(fā)生成形變馬氏體，表面硬度急劇升值HB500~550。注意：一般機(jī)器零件的工作條件，耐磨鋼的耐磨性不及滲碳鋼和其它高硬度鋼材。高錳鋼水韌處理后不能進(jìn)行回火處理，否則鋼材會(huì)脆化第13頁(yè)/共32頁(yè)2.耐寒鋼：一般指用于制造、儲(chǔ)運(yùn)液化氣體用設(shè)備的鋼材，也可用于航天真空工業(yè)。性能要求：足夠的低溫強(qiáng)度、低溫韌性，可焊性和耐蝕性?shī)W氏體型低溫用鋼：18-8型不銹鋼（>-200°C)鐵素體型鋼：主要適用于地球環(huán)境下的寒冷地帶結(jié)構(gòu)材料。16MnRE,09Mn2VRE,09MnTiCuRE主要耐寒鋼：說(shuō)明耐寒鋼的成分設(shè)計(jì)原則。低碳馬氏體型低溫用鋼：1Ni9（>-196°C)第14頁(yè)/共32頁(yè)7.6鑄鐵7.6.1概述鑄鐵：含碳量大于2.11%的Fe-C基合金。主要特征：C>2.5~4%,Si1~3%,Mn0.5~1.4%,P0.01~0.5%,S0.02~0.2%工藝性能好，鑄造性能、切削價(jià)共性能優(yōu)良生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉耐磨減摩性好，缺口敏感性低。機(jī)械性能較好主要應(yīng)用及分類：按碳在鑄鐵中的存在形式及石墨形態(tài)分類：鑄鐵主要應(yīng)用：白口鐵、灰口鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵機(jī)床構(gòu)件、內(nèi)燃機(jī)氣缸和活塞等，農(nóng)用機(jī)械等第15頁(yè)/共32頁(yè)7.6.2鑄鐵的石墨化實(shí)用鑄鐵中的碳大部分或全部以石墨的形式存在碳全部以碳化物的形式存在的白口鐵沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。因此碳的石墨化就十分重要了！1.鐵-碳雙重相圖：第16頁(yè)/共32頁(yè)2.鑄鐵的石墨化過(guò)程按溫度石墨化過(guò)程可分為兩個(gè)階段：完全石墨化組織：F+G共晶轉(zhuǎn)變石墨初生(一次)石墨Fe3CI,Fe3CE,Fe3CII分解石墨Fe3Cs,Fe3CIII分解石墨第一階段石墨化第二階段石墨化非完全石墨化組織：(F+P)+G或P+G第17頁(yè)/共32頁(yè)3.影響石墨化的因素化學(xué)成分：促進(jìn)石墨化元素阻礙石墨化元素2）冷卻速率：冷卻速率小，過(guò)冷度小，利于石墨化過(guò)程冷卻速率大，過(guò)冷度大，利于碳化物形成過(guò)程冷卻速率由鑄模類型、澆鑄溫度、鑄件壁厚和尺寸等決定常存元素C、Si、P合金元素Co,Cu,Ni,Al常存元素S、Mn合金元素:所有碳化物形成元素及Mg、Ce、B等第18頁(yè)/共32頁(yè)第19頁(yè)/共32頁(yè)7.6.3常用普通鑄鐵灰口鑄鐵性能特點(diǎn)：(與普通鋼材相比）機(jī)械性能低：片狀石墨的片狀特征決定的石墨=20MPa，HB=3~5，=0優(yōu)異的耐磨性和消震性工藝性能好成份特點(diǎn)：2.5~4.0%C,1~3%Si,0.25~1%Mn,0.02~0.2%S,0.05~0.5%P組織特征：片狀石墨+鋼基體根據(jù)石墨化程度的不同，鋼基體可為F，F(xiàn)+P，P灰鐵牌號(hào)：HT200第20頁(yè)/共32頁(yè)第21頁(yè)/共32頁(yè)第22頁(yè)/共32頁(yè)灰口鐵的熱處理：可以改變鋼基體的組織結(jié)構(gòu)，但不能改變石墨的形態(tài)和分布去應(yīng)力退火：保證尺寸穩(wěn)定和防止變形開(kāi)裂消除白口退火：加熱至第一階段石墨化溫度（800~950°C）表面淬火：增加表面的硬度和耐磨性第23頁(yè)/共32頁(yè)2.可鍛鑄鐵性能特點(diǎn)：(與普通鋼材相比）機(jī)械性能：較灰鐵大大提高，團(tuán)絮狀石墨應(yīng)力敏感性小優(yōu)異的耐磨性和消震性工藝性能好成份特點(diǎn)：2.4~2.7%C,1.4~1.8%Si,0.5~0.7%Mn,<0.025%S,<0.008%P。另應(yīng)加入B、Al、Bi等孕育劑，促進(jìn)石墨化組織特征：團(tuán)絮狀石墨+鋼基體根據(jù)石墨化程度的不同，鋼基體可為F，F(xiàn)+P，P可鐵牌號(hào)：KTH300-06;KTZ700-02可鐵熱處理：可鐵石墨化都是在固態(tài)下完成的石墨化工藝：三階段石墨化退火第24頁(yè)/共32頁(yè)第25頁(yè)/共32頁(yè)3.球墨鑄鐵性能特點(diǎn)：(與普通鋼材相比）機(jī)械性能：較可鐵又大大提高，球狀石墨應(yīng)力敏感性進(jìn)一步小。性能接近于某些鋼材保持灰鐵好的耐磨，消震性較灰鐵降低較多工藝性能好。還可進(jìn)行強(qiáng)化熱處理！成份特點(diǎn)：3.8~4.0%C,2.0~2.8%Si,0.6~0.8%Mn,<0.04%S,<0.01%P。常用Mg、RE及稀土鎂作為鑄鐵孕育劑組織特征：球狀石墨+鋼基體根據(jù)石墨化程度的不同，鋼基體可為F，F(xiàn)+P，P球鐵牌號(hào)：QT420-10球鐵熱處理：球鐵的性能是由相應(yīng)鋼基體性能決定的石墨化退火工藝；去應(yīng)力退火工藝鋼基體的熱處理：正火、淬火回火、等溫及表面淬火第26頁(yè)/共32頁(yè)第27頁(yè)/共32頁(yè)4.蠕墨鑄鐵性能特點(diǎn)：機(jī)械性能：與球鐵類似保持灰鐵好的耐磨，消震性與灰鐵類似工藝性能好。可進(jìn)行強(qiáng)化熱處理！成份特點(diǎn)：3.5~3.9%C,2.1~2.8%Si,0.4~0.8%Mn,<0.1%S,<0.1%P。常用稀土硅鐵、稀土硅鐵鈣及稀土鎂等作為蠕化劑組織特征：蠕蟲(chóng)狀石墨（長(zhǎng)徑比2~10）+鋼基體蠕鐵牌號(hào)：RT420-10蠕鐵熱處理：蠕鐵熱處理與球鐵類似鋼基體可為F，F(xiàn)+P，P蠕蟲(chóng)石墨與球狀石墨共存第28頁(yè)/共32頁(yè)第七章鋼鐵材料7.1概述鋼材分類鋼材牌號(hào)7.2普通結(jié)構(gòu)鋼普通碳素鋼普通低合金高強(qiáng)度鋼7.3優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼軸承鋼7.4工具鋼刃具鋼模具鋼量具鋼7.5特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼其他特殊鋼7.6鑄鐵概述鑄鐵的石墨化常用普通鑄鐵第29頁(yè)/共32頁(yè)第七章總結(jié)了解鋼鐵材料的分類，熟悉鋼材牌號(hào)熟悉常用鋼鐵材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與