工程材料--特殊性能钢课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五节 特殊性能钢,特殊性能钢,是,指具有特殊物理、化学性能的钢。,本节只介绍,不锈钢,和,耐热钢,。,第五节 特殊性能钢 特殊性能钢是指具有特殊物理、化,1,化学腐蚀,是指金属在非电解质中的腐蚀。,电化学腐蚀,是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。,一、不锈钢,在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。,金属的腐蚀,金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。,化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。一、不锈钢,2,电化学腐蚀条件:,1)电极电位不同的两个电极;,2)存在电解质溶液;,3)两个电极连通.,满足上述条件就构成了腐蚀微电池.,金属材料中微电池:,电化学腐蚀条件:,3,金属材料防止电化学腐蚀的措施：,获得均匀的单相组织-加Ni,提高合金的电极电位-加Cr,使表面形成致密的钝化膜。,其它方法:,涂料、阴极保护、外加电流保护等,金属材料防止电化学腐蚀的措施：,4,不锈钢中合金元素的作用,1、低碳：碳高，则降低耐蚀性,2、Cr:是提高耐蚀性的主要元素,形成稳定致密的Cr,2,O,3,氧化膜.,提高基体电极电位(n/8规律),3、Ni:获得单相奥氏体组织。,4、Mo:耐有机酸腐蚀。,5、Ti,Nb防止奥氏体钢晶间腐蚀,不锈钢中合金元素的作用,5,常用不锈钢,1、马氏体不锈钢,主要是,Cr13,型不锈钢,钢号为1Cr134Cr13,随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。,1Cr13、2Cr13,热处理:淬火+高温回火,使用状态下的组织:S,回,不锈钢棒,常用不锈钢不锈钢棒,6,1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。,用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。,汽轮机叶片,透平转轮,1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的,7,3Cr13、4Cr13,热处理：淬火+低温回火。,使用状态下的组织：M,回,。,具有较高强度、硬度。,用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。,医疗器械,不锈钢刀,3Cr13、4Cr13医疗器械不锈钢刀,8,牌号,HT,组织,应用举例,1Cr13,2Cr13,1050淬,700 回,回S,快艇艉轴、汽轮机叶片,3Cr13,1050淬,500 回,回T,弹性器械,（如弹簧）,4Cr13,1050淬,250 回,回M,刃具、轴承,牌号HT 组织应用举例1Cr131050淬回S快艇艉轴、汽,9,1Cr17削片刀,铁素体不锈钢水加热器,2、铁素体不锈钢,典型钢号如0Cr13、1Cr17等。,成分：高铬低碳,无相变，不能进行热处理强化。,组织：单相铁素体,1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器 2、铁素体不锈钢,10,性能特点,耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向:,475脆化：加热到450550停留，产生脆化。,再加热到600快冷可消除。,相脆化：,在600 800长期加热时，析出硬而脆的,相。,性能特点,11,用途,广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。,硝酸生产装置,铁素体不锈钢制品,用途硝酸生产装置铁素体不锈钢制品,12,3、奥氏体不锈钢,主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。,成分特点:Cr提高基体电极电位,Ni扩大奥氏体区,形成单相组织.,组织为单相奥氏体。,性能特点：,具有良好的耐蚀性，冷热加工性及,可焊性。高的塑韧性,无磁性。,3、奥氏体不锈钢,13,不锈钢的晶间腐蚀:,不锈钢的晶间腐蚀:,14,晶间腐蚀是沿晶界发生腐蚀的现象，危害很大。,原因:在晶界析出Cr,23,C,6,，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在,介质作用下发生强烈腐蚀。,防止晶间腐蚀的措施:,1)进一步降低含碳量,C0.08%-0Cr18Ni9,C0.03%-00Cr18Ni9,2)加 Ti、Nb定碳,使Ti、Nb优先与C形成碳化物,避免晶界贫Cr-1Cr18Ni9Ti,晶间腐蚀是沿晶界发生腐蚀的现象，危害很大。,15,应力腐蚀:,奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。,发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁,应力腐蚀裂纹,应力腐蚀:发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁应力,16,热处理,固溶处理:,加热到1100使碳化物溶解后水冷。,稳定化处理:,主要用于含Ti、Nb的不锈钢。850 880使铬的碳化物溶解,Ti、Nb碳化物保留.,消除残余应力:,300350消除冷加工应力;,850 消除焊接残余应力.,热处理固溶处理:加热到1100使碳化物溶解后水冷。,17,常用钢种及应用:,1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti-,潜艇的声纳导流罩,0Cr18Ni9-,一般管路,常用钢种及应用:,18,钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温热强性。,性能要求,1、抗氧化性/热稳定性,指钢在高温下对氧化作用的抗力.,FeO疏松多孔,易剥离,钢中加入Cr、Si、Al可形成致密、稳定的合金氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。,二、耐热钢,气轮机叶片,钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温热强性。,19,2、高的热强性,热强性是指金属在高温下的强度，与温度和时间有关。,指标为蠕变强度和持久强度。,蠕变,指金属在高温低于,s,的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形。,2、高的热强性,20,蠕变极限:,是指在一定温度下，在一定时间内，产生一定量变形，材料所能承受的最大应力。,表示在600，1000小时内，引起0.1%变形量所能承受的最大应力是88MPa.,持久强度:是,指在一定温度下,在规定时间内材料断裂所能承受的最大应力.,表示是60MPa在 800,约100小时所能承受的最大断裂应力为186MPa.,蠕变极限:是指在一定温度下，在一定时间内，产生一定量变,21,3、,提高高温强度的途径:,固溶强化;,析出强化；,晶界强化:,1)净化晶界,2)填充晶界,加入B、Zr等降低晶界能量.,T,晶界,晶内,T,0,3、提高高温强度的途径:T 晶界晶内T0,22,常用耐热钢,1、珠光体耐热钢,常用钢号为,15CrMo,、,12Cr1MoV,，是低合金钢。,合金元素作用：,Cr提高抗氧化性；,Mo提高热强性(T,再,)；,V弥散强化。,涡轮机机壳,锅炉管,常用耐热钢涡轮机机壳锅炉管,23,热处理：,正火+高温回火,组织:F+P,用途：600以下的锅炉零件,压力容器，热交换器等。,热处理：用途：600以下的锅炉零件,压力容器，热交,24,2、马氏体耐热钢,常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2等,合金元素作用：,Cr、Si提高抗氧化性；,Mo提高热强性(T,再,)；,V弥散强化。,热处理：调质。,组织：S,回,。,汽轮机叶片,汽车阀门,用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550以下汽轮机叶片；,4Cr9Si2是汽车阀门用钢。,2、马氏体耐热钢汽轮机叶片汽车阀门 用途：1Cr,25,过热器管排,过热器集箱,3、奥氏体耐热钢,最典型钢号是,1Cr18Ni9Ti,。,Cr,的作用是提高抗氧化性；,Ni,的作用是获得单相奥氏体；,Ti,的作用是弥散强化。,热处理采用固溶处理,组织为单相A。,主要用于过热器管道等。,过热器管排过热器集箱3、奥氏体耐热钢,26,(三)常用耐热合金,-镍基合金、钴基合金,Ni基合金,：,Cr20Ni80合元W、Mo、Co等 制成,强化机理,：,固溶强化 析出强化,使用温度,：,9001000,牌号、应用,应用-燃气轮机叶片、燃烧室,牌号-GHxxxx、Kxxx,(三)常用耐热合金-镍基合金、钴基合金Ni基合金：,27,钢 号,钢 种,合金元素的主要作用,热处理特点,使用状态下组织,Q345,低合金高强度结构钢,Mn:强化F，增加P量，降低冷脆转变温度,热轧空冷,F+P,65Mn,弹簧钢,Mn:提高淬透性，强化F,淬火+中温回火,T,回,ZGMn13,耐磨钢,Mn:获得单相A组织,水韧处理,表:M+碳化物 心:A,20Cr,渗碳钢,Cr:提高淬透性，强化F,渗碳+淬火+低温回火,表:M,回,+颗粒状碳化物+A,心:M,回,+F,40Cr,调质钢,Cr:提高淬透性，强化F,调质处理,S,回,9SiCr,低合金工具钢,Cr:提高淬透性,淬火+低温回火,M,回,+颗粒状碳化物+A(少量),GCr15,滚动轴承钢,Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蚀性,淬火+低温回火,M,回,+颗粒状碳化物+A(少量),1Cr13,马氏体不锈钢,Cr:提高耐蚀性,淬火+高温回火,S,回,5CrNiMo,热作模具钢,Cr、Ni:提高淬透性，强化F,淬火+高温回火,S,回,Mo:防止高温回火脆性,Cr12MoV,冷作模具钢,Mo:细化晶粒，提高耐磨性,淬火+低温回火,M,回,+颗粒状碳化物+A(少量),W18Cr4V,高速钢,V:提高耐磨性、热硬性,淬火+低温回火,M,回,+颗粒状碳化物+A(少量),1Cr18Ni9Ti,不锈钢,Ti:防止晶间腐蚀,固溶处理,A,钢 号钢 种合金元素的主要作用热处理特点使用状态下组,28,小结,金属腐蚀的一般概念、提高金属耐蚀性的措施,常用不锈钢的牌号、合金元素的作用、性能特,点及用途,耐热性的一般概念、提高耐热性的途径,常用耐热钢的牌号、合金元素的作用、性能特,点及用途,作业：P180 26,小结,29,