《超高强度钢》PPT课件.ppt
超高强度钢,主要内容,基本知识介绍,实例介绍,第合金超高强度钢,低碳马氏体超高强度钢,二次硬化钢,马氏体时效钢,基本知识介绍,超高强度钢：屈服强度b1500Mpa。,要求,1、合适的塑性2、一定的冲击抗力和断裂韧性3、较高的高周和低周疲劳抗力4、较高的缺口强度和缺口塑性5、适当的可焊性,充分考虑：抗拉强度：冲击韧性：ak或Ak断裂韧性：KICca1/2（a：裂纹长度的一半，c：裂纹快速失稳扩展的临界作用力：系数）,b越高其缺口强度越低说明了超高强度钢对缺口和表面缺陷的敏感性。KIC由材料本质决定，并随钢基体所固溶C含量增高而降低,组织设计成分设计,基本设计原则之,组织的设计,较高强度的要求：b1500MPa,在超高强度的情况下需要一定的塑韧性,基体必须为马氏体组织,C含量不能太高,基体组织：低碳位错马氏体,基本设计原则,由于不同的成分的合金，其塑韧性不一样，所要改善的方向也不一样，因此其所需要改善的方向也不一样，对于超高强度钢来说总结起来可归纳为：,为得到优异的强韧性配合，M的C含量0.30%,因为钢中-Fe的过饱和间隙固溶的强度是最有效的。但如果所固溶的C量低于0.25时，几乎不存在点阵畸变，每固溶0.10C所引起的s增高300Mpa，但固溶较多的C将会得不到合适的塑性、韧性；且回火马氏体硬度下降更猛；也不利于焊接。,为改善回火后的塑韧性，加入Si提高回火抗力,因为Si在这方面有很好的表现，固溶2.0Si，便可有效的推迟到的转变，使-碳化物保持弥散均匀分布状态，并将第一类回火脆的发生推移到更高的温度。,C含量较低时，主要组织为位M，需加入合金形成金属间化合物，起弥散强化作用。,超低C马氏体所具有的可动螺位错难以分解，易发生交叉滑移，所以其是个高塑性相，因此需要添加二次强化相来强化它，沉淀硬化相显然不是碳化物，因此是加入合金元素形成金属间化合物。,加强碳化合物形成元素，高温回火弥散析出强化,细化马氏体条，束,严格控制P、S含量；以及变形热处理,实例介绍,第一例：低合金超高强度钢 由于其合金元素含量低，热加工工艺简单，成本相对低廉，因而被广泛用于航天、航空和常规武器等领域(如飞机起落架、炮筒和防弹钢板等）。但其韧性不高是制约此类钢推广应用到民用产品及大规模应用的最关键因素。,b15002100Mpa,塑性和回火稳定性,强度因素,Wc0.300.40,含C量确定,合金含量的确定,具有300以上的回火稳定,不引起Ms点过分降低，否则增加淬火开裂性,获得恰当的M淬透性,Cr被限制，但为求淬透性可用1.0Cr,加Si增加回火稳定性,强碳化合物使用Mo,为降低缺口敏感性，加Ni,尽量约束S、P、O、H和N等的含量,经济考虑，立足国内资源,30CrMnSiNi2A钢（0.260.33C，0.901.20Si，1.01.30Mn，0.91.2Cr，1.401.80Ni）此钢经马氏体淬火后250低温回火得到b17001800Mpa，ak8090J/cm235Si2Mn2MoVA钢（0.320.38C，1.401.70Si，1.601.90Mn，0.350.45Mo，0.100.20V）此钢经920淬火和250回火后，b1700Mpa,ak=50J/cm2,第二例：低碳马氏体超高强度钢 本例是在低碳马氏体钢20SiMnMoV（0.20C，1.25Si，2.48Mn，0.34Mo，0.11V）基础上改进而来的。20SiMnMoV钢经淬火并205低温回火后，其KIC值很高，约为1960N/mm3/2,ak=160J/cm2，但b不算高，刚达到超高强度的要求，因此有必要通过合理的设计增高其强度，使其跨入超高强度的范畴，以其获得强韧性组合更趋完善。,基本设计思路,为取得更高水平的强度，增高M固溶的C含量为0.25。由于M条间稳定的残余奥氏体薄膜可使裂纹钝化或分叉，因此希望得到M条间的稳定A存在来改善韧性,加入Ni1.50保留Mn，提高Ar的稳定性,考虑回火脆性加入0.30Mo抑制回火脆性,加入Si增加回火抗力，加Cr提高淬透性,加V细化晶粒,综上得出：低碳马氏体钢的理论设计成分：0.25C，2.0Mn，1.80Si，1.0Cr，1.5Ni，0.8Mo，0.12V选择化学成分为：0.23C，1.76Si，2.0Mn，1.5Cr，1.54Ni，0.79Mo，0.13V，S1420MPa,b1765MPa,KIC3920N/mm3/2,第三例：二次硬化钢 二次硬化钢主要用以制作超音速飞机中再中温下承受高应力的构件和轴、螺栓等零件的钢材，其要求是具有高的强度，同时亦要求在较高的温度下仍然保持高的强度，因此其强度要求主要从二次硬化效应方面着手。,设计思路,提出二次硬化有效性的评定方式,二次硬化作用的硬化”强度“,出现最大二次硬化作用的温度,二次硬化作用的过时效速度,综合考虑合金元素Cr、Mo、V的二次硬化作用,首先考虑元素Cr，钢中添加Cr可有以下作用：（1）提高马氏体的淬透性；（2）使钢在较高温度下具有较好的耐蚀性和抗氧化性；（3）加入6Cr可赋予钢以较高的回火抗力，不过并未构成二次硬化效应，但可以很快的产生过时效,第四例：马氏体时效钢 马氏体时效钢以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体，400 550时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢，广泛应用于航空、航天以及军事等尖端领域。其是运用强韧化理论解决实际钢强韧性一个比较成功了例子。,设计的构思方向,以高塑性的超低碳位错马氏体和具有高时效硬化作用的共格金属间化合物的组织，以期能得到优异的强韧配合,超低碳马氏体的获得；要求在空冷，甚至退火条件下也可形成马氏体,能有效的产生时效硬化作用,促使马氏体更加韧性,具体成分设计,马氏体时效钢的热处理,马氏体时效钢热处理工艺简单，这也是其另一优点。传统工艺为850870 下固溶，随后空冷或水淬，冷却速度对组织和性能影响不大。然后再加热到480时效，强度级别高的钢种可采用510，时效时间为36 h，时效后空冷。其所含元素除Co外，皆降低Ms点，由于钢中C量非常低，Mf点仍然处于室温以上，奥氏体可全部的转化为马氏体，即使存在参与奥氏体其量也很少的,三个典型的马氏体时效钢,1、18Ni钢,2、20Ni钢,1820Ni，1.31.6Ti，0.050.35Al，0.30.5Nb,3、25Ni钢,25Ni，1.5Ti，0.25Al，0.5Nb或不含Nb,
