《钢铁材料》PPT课件.ppt

,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,表 7-19（续1）,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,表7-19（续2）,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,汽车零部件材料选用举例,不锈钢在汽车上的应用化油器针阀、空气压缩机阀片等,1.马氏体不锈钢 wc=0.1%1.0%，wCr=12%18%此类钢只在氧化性介质中耐蚀，而在非氧化性介质中耐蚀性很低。低、中碳的Cr13型和高碳的 Cr18型，其淬透性良好。1Cr13、2Cr13进行调质处理得到 S回；3Cr13、4Cr13及9Cr18进行淬火+低温回火处理，得到 M回。,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,不锈钢按正火组织不同可分为马氏体型、铁素体型、奥氏体型、双相型及沉淀硬化型等五类。,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,不锈钢棒,医疗器械,不锈钢刀,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,铁素体不锈钢水加热器,广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件,合成氨厂,2.铁素体不锈钢 wc 0.15%，wCr=12%30%耐蚀性优于马氏体不锈钢，此类钢从室温到高温（1000）均为单相铁素体，不可进行热处理强化，塑性加工、切削加工和焊接性较优。常见的铁素体不锈钢有0Cr13、1Cr17、1Cr28等，为进一步提高耐蚀性加入Mo、Ti、Cu等合金元素。,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,1Cr17削片刀,钢中相,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。,3.奥氏体不锈钢 高碳（wc 17%25%）和高镍(wNi=8%29%）。,18-8型钢用量最大，典型牌号有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9 等；加Mo、Cu、Si 等合金元素可显著提高在某些特殊腐蚀条件下的耐蚀性，如00Cr17Ni12Mo2；无Ni型的Cr-Mn不锈钢1Cr17Mn9、Cr Mn-N不锈钢0Cr17Mn13Mo2N和节Ni型的Cr Mn-Ni不锈钢1Cr18Mn10Ni5Mo3N等。,（1）主要缺点：强度低;晶间腐蚀倾向大。,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,（2）热处理：采用固溶处理。即加热到1100使碳化物溶解后水冷。组织为单相奥氏体。,常用钢种 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 广泛用于化工设备及管道,管板换热器,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。,4.双相不锈钢 主要是指奥氏体铁素体双相不锈钢，在18-8的基础上调整Cr、Ni含量，并加入适量 Mn、Mo、W、Cu、N 等合金元素，通过合适的热处理而形成的；此钢具有良好的韧性、焊接性能、较高的屈服强度和优良的耐蚀性。典型双相不锈钢：1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5Mo3N。,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,5.沉淀硬化不锈钢 在已有的不锈钢中单独或复合加入硬化元素（如 Ti、Al、Mo、Nb、Cu等），通过适当的热处理而获得高的强 度、韧性及较好耐蚀性。有马氏体沉淀硬化不锈钢（如0Cr17Ni4Nb）、马氏体时效不锈钢、奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢（如0Cr17Ni7Al）。,一、不锈钢,7.6 特殊性能钢,二、耐热钢,7.6 特殊性能钢,耐热钢辊,耐热钢料盘,耐热钢铸件,航空发动机,二、耐热钢,7.6 特殊性能钢,发动机叶片,汽轮机叶片,汽车阀门,二、耐热钢,7.6 特殊性能钢,气轮机叶片,二、耐热钢,（一）性能 1.高的热化学稳定性。2.高的热强性（高温强度）蠕变极限 持久强度,7.6 特殊性能钢,二、耐热钢,（二）成分与组织 1.提高抗氧化性 Cr、Al、SI是常用的抗氧化性元素 微量稀土（RE）元素，如Y、La等 渗金属表面处理（如渗Cr、Al、Si）2.提高热强性 基体固溶强化元素Cr、Ni、W、Mo等 第二相沉淀强化元素V、Ti、Nb、Al 微量晶界强化元素B与稀土RE,7.6 特殊性能钢,二、耐热钢,（三）常用钢 1.抗氧化钢（不起皮钢）铁素体型抗氧化钢 低中Cr型 1Cr3Si、1Cr6Si2Ti；Cr13型 1Cr13SiAl Cr18型 1Cr18Si2；Cr25型 1Cr25Si2 奥氏体型抗氧化钢 Cr-Ni型 3Cr18Ni25Si2 节Ni型 2Cr20Mn9Ni2Si2N 无Cr-Ni型 6Mn18Al15Si2Ti,7.6 特殊性能钢,二、耐热钢,（三）常用钢 2.热强钢 珠光体热强钢：12CrMo、15CrMoV、35CrMo 马氏体热强钢：1Cr11MoV、4Cr9Si2 奥氏体热强钢：1Cr18Ni12Ti、4Cr14Ni14W2Mo,7.6 特殊性能钢,晶界和晶内的强度随温度的变化,二、耐热钢,7.6 特殊性能钢,在高温下晶界为薄弱部位。为了提高热强性，应当减少晶界，采用粗晶金属。,（三）常用耐热钢 1.珠光体耐热钢 15CrMo、12Cr1MoV（低合金钢）Cr 提高抗氧化性 Mo 提高热强性(T再)V 弥散强化 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,2.马氏体耐热钢 1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2 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,1Cr13、1Cr11MoV用于550以下汽轮机叶片；4Cr9Si2是汽车阀门用钢。,3.奥氏体耐热钢 最典型钢号是1Cr18Ni9Ti Cr 提高抗氧化性 Ni 获得单相奥氏体 Ti 弥散强化 热处理：固溶处理 组织：单相A 主要用于过热器管道等,汽车零部件材料选用举例,耐热钢在汽车上的应用发动机排气门常采用4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等制造,二、耐热钢,7.6 特殊性能钢,三、低温钢,（一）性能要求 1.冷脆转变温度低、低温冲击韧度高。2.一定的强度及对所接触介质的耐蚀性。3.优良的焊接性能与冷塑性成形性能。,7.6 特殊性能钢,三、低温钢,（二）成分与组织特点 1.成分特点 低碳，一般wC 0.20%；主要合金元素：Mn、Ni、V、Ti、Nb、Al；严格控制损害韧性的P、Si等元素含量。2.结构特点 面心立方结构（如奥氏体钢、铝、铜）的低温韧性良好，体心立方结构（如铁素体）的冷脆现象较明显。,（三）种类与常用钢号,7.6 特殊性能钢,三、低温钢,7.6 特殊性能钢,四、耐磨钢,7.6 特殊性能钢,耐磨钢衬板,耐磨钢锤头,稀土耐磨钢,球磨机,四、耐磨钢,7.6 特殊性能钢,颚式破碎机,挖掘机,四、耐磨钢,高碳（wC=0.90%1.50%）、高锰（wMn=11%14%）；固溶处理后可得到单相奥氏体组织，此时韧性很高；加工硬化能力极强，冷塑性加工性能和切削加工性能较差，焊接性不佳；常用高锰钢牌号为ZGMn13。,7.6 特殊性能钢,四、耐磨钢,7.6 特殊性能钢,7.7 铸铁,一、铸铁的石墨化二、灰铸铁三、球墨铸铁四、其它铸铁,一、铸铁的石墨化,（一）铁碳合金双重相图,7.7 铸铁,（二）石墨化过程,铸铁的石墨化就是铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程。按Fe-G相图，石墨化过程可分为三个阶段：第一阶段（液态阶段）从液体中直接析出石墨 L C A E+G共晶 第二阶段（共晶-共析阶段）在1154 738范围内从奥氏体中析出二次石墨 第三阶段（共析阶段）在738 通过共析反应析出石墨 A S F P+G共析,7.7 铸铁,一、铸铁的石墨化,7.7 铸铁,一、铸铁的石墨化,片状石墨：灰铸铁 HT球状石墨：球墨铸铁 QT团絮状石墨：可锻铸铁 KT蠕虫状石墨：蠕墨铸铁 RuT,（四）铸铁组织与性能特点,1.因石墨能造成脆性断屑，铸铁切削加工性能优异2.铸件的铸造性能良好3.具有较好的减摩、耐磨性4.具有良好的减振性能5.具有低的缺口敏感性,一、铸铁的石墨化,7.7 铸铁,（三）影响石墨化的因素,1.化学成分2.温度及冷却速度,一、铸铁的石墨化,7.7 铸铁,7.7 铸铁,二、灰铸铁,灰铸铁件,二、灰铸铁,（一）灰铸铁的成分、组织、性能特点与应用,7.7 铸铁,图7-8 铸件壁厚和碳含量对铸锭组织的影响,wC=2.7%4.0%、wSi=1.0%3.0%、wMn=0.25%1.0%、wP=0.05%0.50%、wS=0.02%0.2%，碳将近 80%以片状石墨析出。“HT”表示“灰铁”，后面的数字为最低抗拉强度，我国灰铸铁的牌号见表。,二、灰铸铁,（一）灰铸铁的成分、组织、性能特点与应用,影响灰铸铁组织的主要因素：1.化学成分 主要控制C、Si的含量，含量越高越容易石墨化；S 不仅强烈阻止石墨化，还会降低灰铸铁的力学性能和流动性，S 要尽量低；Mn可减弱S的有害作用，尽管也是阻止石墨化元素，其含量略高至 0.5%1.4%。2.铸件冷却速度 冷却速度越慢，越有利于扩散，对石墨化越有利。,7.7 铸铁,二、灰铸铁,7.7 铸铁,二、灰铸铁,7.7 铸铁,汽车零部件材料选用举例,二、灰铸铁,7.7 铸铁,二、灰铸铁,7.7 铸铁,7.7 铸铁,二、灰铸铁,（二）灰铸铁的热处理,灰铸铁可进行热处理，但不会改变石墨的形状、大小和分布，对提高灰铸铁的力学性能作用不大。组织：钢基体+G片 通常有三种热处理方式：,1.消除内应力退火（低温退火、人工时效）2.改善切削加工性能的退火3.表面淬火,三、球墨铸铁,7.7 铸铁,球墨铸铁管件,球墨铸铁零件,球墨铸铁井盖,三、球墨铸铁,（一）球墨铸铁的生产,2.生产球墨铸铁要进行脱硫处理、球化处理（浇注前必须先往铁 液中加入能促使石墨结晶成球状的球化剂）和孕育处理（球化处 理后立即加入石墨化元素而进行的处理）。,1.球墨铸铁的成分要求比较严格，一般wC=3.6%3.9%、wSi=2.0%2.8%、wMn=0.6%0.8%、wS 0.07%、wP 0.1%，与灰铸铁相比，它的碳当量较高，一般为过共晶成分，在 4.5%4.7%之间变动，以利于石墨球化。,7.7 铸铁,三、球墨铸铁,7.7 铸铁,3.球铁组织可看成是由球状石墨与钢的基体所组成。铁素体基体 珠光体类基体 珠光体+铁素体基体（铁素体有牛眼状和碎块状两种）下贝氏体基体 奥氏体+贝氏体基体 回火马氏体基体,4.球铁的性能特点 高的抗拉强度和接近钢的弹性模量，屈强比高，约为0.7 0.8；基体为铁素体时，具有良好的塑性和韧性；铸造性能优于铸钢，可铸成轮廓清晰、表面光洁的铸件；耐磨性优于碳钢，适于运动速度较高、载荷较大的摩擦零件；加工性能良好，接近于灰铸铁；铸件的尺寸和质量几乎不受限制；可靠性好；高合金球墨铸铁还有抗磨、耐热、耐蚀等特殊性能。,三、球墨铸铁,7.7 铸铁,三、球墨铸铁,7.7 铸铁,（二）球墨铸铁的牌号、性能与应用,“QT”是“球铁”二字汉语拼音的字头，后面两组数字分别表示其抗拉强度和伸长率的最小值。,表7-25 我国球墨铸铁的主要牌号和力学性能,三、球墨铸铁,7.7 铸铁,三、球墨铸铁,7.7 铸铁,汽车零部件材料选用举例,（三）球墨铸铁的热处理,1.退火 使球墨铸铁得到F，获得高韧性 高温退火 将铸件加热到920 980，保温2 5 h，随炉冷却至600 左右空冷 低温退火 将铸件加热至700 760，保温3 6 h，随炉冷却到600 出炉空冷,2.正火 将铸件加热到880 950，保温13h，出炉空冷。得到P基体（占基体75%以上），并细化组织、提高强度和耐磨性,7.7 铸铁,三、球墨铸铁,（三）球墨铸铁的热处理,3.淬火+回火 得到 M回 或 S回，以提高强度、硬度和耐磨性。将铸件 加热到860920，保温20 60min，出炉油淬后进行不同温度回火。,4.等温淬火 获得最佳的综合力学性能。将铸件加热到860 890，保温1 2 h，在340 390盐浴中保1 h，再取出空冷。,7.7 铸铁,三、球墨铸铁,四、其它铸铁,7.7 铸铁,四、其它铸铁,（一）可锻铸铁 先铸成白口铸铁件，并经过石墨化退火处理，将 Fe3C分解为团絮状石墨，即得可锻铸铁。团絮状石墨对金属基体 的割裂作用大为减弱，使强度、塑性、韧性较灰铸铁都有明显提高。可锻铸铁并不可锻造。,7.7 铸铁,四、其它铸铁,牌号中“KT”表示“可锻”二字的汉语拼音的字头，“KTH”表示黑心可锻铸铁，“KTZ”表示珠光体可锻铸铁，后面的两组数字表示最低抗拉强度和最低伸长率。例如，KTH30006。表7-26 常用可锻铸铁牌号,7.7 铸铁,四、其它铸铁,7.7 铸铁,汽车零部件材料选用举例,四、其它铸铁,7.7 铸铁,四、其它铸铁,蠕墨铸铁甘蔗压榨辊,7.7 铸铁,（二）蠕墨铸铁 石墨是一种形似蠕虫状的过渡型石墨。,蠕墨铸铁较球墨铸铁在性能上的优越性在于具有良好的抗热疲劳性能以及优良的导热性能；铸造性能、减振能力也优于球铁。广泛用来制造缸盖、气缸套、电机壳、机床床身、液压阀等。牌号用“蠕墨”二字的汉语拼音字母“RuT”加数字表示，数字代表最小抗拉强度值。如RuT420。表7-27、表7-28 蠕墨铸铁的牌号、性能及应用,7.7 铸铁,四、其它铸铁,蠕墨铸铁,7.7 铸铁,四、其它铸铁,汽车零部件材料选用举例,蠕墨铸铁在汽车上的应用柴油机气缸盖、进排气管、制动盘和制动鼓等,7.7 铸铁,四、其它铸铁,（三）特殊性能铸铁,1.抗磨铸铁 如KmTBMn5W3、KmTBCr26、MQTMn62.耐热铸铁 如RTCr2、RQTSi4、RQTAl4Si4、RQAl223.耐蚀铸铁 如STSi15R、STSi15Cr4R,7.7 铸铁,四、其它铸铁,汽车零部件材料选用举例,耐热铸铁在汽车上的应用高温下工作的发动机进、排气门及排气管密封环等,7.7 铸铁,四、其它铸铁,耐磨铸铁在汽车上的应用汽缸盖、活塞环等,耐蚀铸铁在汽车上的应用汽车中的各种在腐蚀介质环境下工作的零件,