电厂金属材料.ppt

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1、2023/6/1,1,第四章 合金钢(Alloy Of Steel),2023/6/1,2,合金钢是以铁和碳元素为基础，为了满足某方面的性能要求，有目的加入一些其他元素冶炼而成的钢。这种有目的加入的合金元素有铬、锰、硅、钼、钨、钒、钛、铌、硼、镍、锆、稀土等。合金元素加入后，可以提高钢的机械性能，改善钢的机械性能。有些合金元素的含量达到一定时，还可以钢具有某些特殊的机械性能或特殊的物理化学性能。,第一节 合金元素对钢的影响,一、合金元素在钢中的存在形式,2023/6/1,3,（一）合金元素溶入铁素体,几乎所有的合金元素或多或少地溶入铁素体而形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径有

2、差异，故合金元素溶入铁素体后必然引起晶格畸变，从而产生固溶强化，使铁素体的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，如图4-1及图4-2所示。,由图可知，合金元素加入量愈多，铁素体的硬度就愈高，以硅、锰、镍元素为最显著。由图4-2可知，硅量在1%左右，锰量在1.5%左右，既能提高铁素体的硬度，又不降低韧性：铬元素含量在2%5%S时，不仅能提高铁素体的硬度，又能提高韧性。,2023/6/1,4,（二）形成碳化物,按照合金元素在钢中与碳的作用不同，可以将合金元素分为两大类。一 类是不与碳作用的元素，因而不能形成碳化物，只能溶入固溶体；另一类是与碳有亲和力，能形成碳化物。不与碳化合的元素有：镍、硅、钴、铝、铜

3、等。能与碳化合形成合金化物的元素，按其与碳的亲和力由若到强大致可排成下列次序：锰、铁、铬、钼、钨、钒、锆、铌、钛等。与碳亲和力较弱的元素（如锰、铬、钼、钨等）含量较少时，其中一部分以原子状态溶入固溶体，另一部分进入渗碳体而置换其中的铁原子，形成特殊的化合物，如Cr7C3或（Fe、Cr）7C3、WC或（Fe、W）6C等。,与碳的亲和力强的元素，如钒、锆、铌、钛等，只要钢中有足够的碳元素，就能形成这些元素的合金碳化物，如VC、ZrC、NbC、TiC等，只有在钢中缺少碳的情况下，这些元素才以原子状态溶入固溶体。合金元素不同，合金碳化物的形状和尺寸也不同，强碳化物的碳化物成颗粒状，比较细碎。,2023

4、/6/1,5,二、合金元素对铁碳合金相图的影响,合金元素对Fe-Fe3C相图的相区和S、E等临界点位置有影响。用合金元素Fe-Fe3C相图的影响来分析合金钢的组织变化规律。常用合金元素对Fe-Fe3C相图的影响可以分为两类。一类是扩大奥氏体组织的相区，属于这一类的合金元素有锰、镍、氮等；另一类是缩小奥氏体组织的相区，属于这一类的合金元素有铬、钨、钼、钒、钛、铝、硅等。锰类元素及铬类元素对FeFe3C相图中奥氏体相区和S、E点的影响，如图43和图44所示。,2023/6/1,6,从图43和图44中可以看出：若钢中加入大量的扩大奥氏体区域的合金元素，甚至会使相图中的奥氏体延至室温以下。在室温下能获

5、得稳定的单相奥氏体组织，这种合金钢叫奥氏体钢。若钢中加入大量的缩小奥氏体区域的合金元素，则奥氏体区域可能封闭甚至消失，铁素体区域就扩大。在固态是具有稳定的单相铁素体组织，这种合金钢称为铁素体钢。合金元素对A3及A1温度的影响，使合金钢的热处理加热温度发生变化。由于S点左移，使含碳量相同的碳钢与合金钢组织不同。,例如含碳量0.4%的碳钢为具有铁素体与珠光体的亚共析组织；但加入14%的铬以后，则变为珠光体的共析组织。,E点左移，就意味着出现莱氏体的含碳量降低，使含碳量低于2.11%的合金钢中出现莱氏体组织，这种钢就称为莱氏体钢。,例如，高速钢的含碳量只有0.8%左右，但属于莱氏体钢。,2023/6

6、/1,7,三、合金元素对钢热处理的影响,（一）合金元素对奥氏体化的影响,合金元素加入钢中后，改变了碳在钢中的扩散速度。除镍、钴元素外，大多数合金元素使奥氏体化过程减慢。由于合金元素造成碳在奥氏体中扩散的困难，再加上合金碳化物稳定性较高，较难溶入奥氏体，致使奥氏体被推延到较高的温度范围内进行。合金钢在奥氏体化过程中，不仅要进行碳的均匀化，而且还要进行合金元素的均匀化，因此合金钢的奥氏体的保温时间也比碳钢长。合金元素中除锰外，几乎都能阻止奥氏体晶粒长大；尤其是与碳亲和力强的元素作用更为显著。,因为强碳化物形成元素，在钢中能形成稳定的碳化物，且以弥散质点的形式分布在奥氏体的晶界上，对奥氏体晶粒的长大

7、起机械阻碍作用。这有利于在粗火时获得细马氏体，使钢具有较好的机械性能。,2023/6/1,8,（二）合金元素对过冷奥氏体转变的影响,合金元素中除钴外，几乎都能使C曲线右移，降低钢的临界冷却速度，提高钢的粗透性。常用合金元素对奥氏体转变的影响，如图4-5所示。锰及非碳化物形成元素加入后仅使C曲线右移；与碳的亲和力比铁强的碳化物元素加入后，C曲线不仅右移；并改变了形状，分为上、下两个C曲线。其中上C曲线是珠光体转变区，下C曲线是贝氏体转变区，在两区之间过冷奥氏体具有较大的稳定性。,使C曲线右移最强烈的合金元素是铬、钼、锰。如果钢中同时具有两种以上的这些元素，C曲线右移则更明显，使钢具有极其良好的淬

8、透性。合金钢淬透性显著增加。合金钢淬火回火后的强度和硬度也就能显著地提高。由于合金钢的淬透性好，有些合金钢可在油甚至空气中进行淬火冷却，从而减少了内应力。这样，合金钢经过热处理后，强度与硬度比碳钢高；而脆性也比碳钢小得多，因此，可以具有更高一些的综合力学性能。,2023/6/1,9,大多数合金元素使Ms与Mf温度点下降，如图46所示。Ms点愈低，淬火后钢中的参与奥氏体数量就愈多，因而会使钢淬火后的硬度和耐磨性下降，尺寸稳定性降低。,2023/6/1,10,（三）合金元素对回火转变的影响,回火时钢的组织转变。主要是马氏体的分解及碳化物的析出与聚集长大的过程。合金元素加入钢中便推迟和阻碍这一过程的

9、进行，如果需要完成上述的转变，则需要更高的温度和更长的保温时间。合金钢回火后，所得到的碳化物更加细碎，分散度也更大，强度和硬度值也就更高。图4-7是含碳量为0.35%的碳钢，及含碳量相同而含钼不同的合金钢，在不同温度下回火后的硬度变化曲线。,2023/6/1,11,第二节 合金钢的分类及编号方法,一、合金钢的分类,合金钢的种类繁多，通常按钢的成分和用途来进行分类。,（一）按化学成分分类,1按合金元素总含量的多少分为低合金钢（合金元素含量小于5%）、中合金钢（合金元素含量为5%10%）及高合金钢（合金元素大于10%）。2按加入的合金元素品种分为锰钢、铬钢、铬钼等。,（二）按用途分类,1合金结构钢

10、合金结构钢又分为两类：一类为建筑及工程结构用钢，即普通低合金钢；另一类为机器制造用钢，分为渗透钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢等。2合金工具钢合金工具钢又分为三类：刃具钢（包括低合金刃具钢及高速钢）、模具钢（包括热模具钢和冷模具钢）、量具钢。3特殊性能钢特殊性能钢又按所具有的特殊物理、化学和机械能分为磁钢、不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。,2023/6/1,12,二、合金钢的编号方法,我国合金钢的牌号，由冶金部统一规定，是按照合金钢的用途和化学成分，用数字和元素的化学符号相结合的方法来表示的。,（一）合金结构钢,编号是：两位数字+元素符号+数字。,前面的两位数字表示钢中平均含碳量的万分数；元素符号是指

11、所含的合金元素；元素符号后的数字表示该元素在钢中的平均含量小于1%或1.5%时，钢号中只表明元素符号，不标数字。如果为2或3，则表示该元素的平均含量为1.5%2.5%或2.56%3.5%。余类推。,例如40Mn2，表示钢中平均含碳量为0.4%，平均含锰量为2%；20Cr3MoWV，表示钢中平均含碳量为0.2%，平均含铬量为3%，钼、钨、钒元素的含量均小于1.5%。,合金结构钢中，滚动轴承钢的编号用“G”字起首，不标含碳量，而标所含铬的元素符号Cr及其平均含量的千分数。,如GCr15，表示含碳量0.95%1.05%，含铬量1.3%1.65%的滚动轴承钢。,2023/6/1,13,（二）合金工具钢

12、,编号：一位数字（或无数字）+元素符号+数字。,一位数字表示含碳量的千分数，合金元素及其含量的表示方法与合金结构相同。如果合金工具中的含碳等于或大于1.0%，用来表示含碳量的数字就省略。否则易与合金结构的钢号混淆。,高合金工具钢中的高速钢，其含碳量虽小于1%，但在钢号中也不标出含碳量的数字。,例如W9Cr4V2，表示钢中平均含钨量为9%，平均含铬量为4%，平均含钒量为2%，其含碳量经查表可知为0.85%0.95%。,例如9Mn2V，表示钢中平均含碳量为0.90%，平均含锰量为2%，含钒量小于1.5%。又如CrW5，表示钢中含铬量小于1.5%，平均含钨量为5%，含碳量则1%（经查表可知为1.25

13、%1.50%）。,2023/6/1,14,（一）特殊性能钢,特殊性能钢一般可分为高合金与低合金两大类。高合金的特殊性能钢的钢号表示方法与合金工具钢相似。,例如2Cr13，表示钢中平均含碳量为0.2%，平均含铬量为13%；又如1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti表示钢中平均含碳量0.1%，平均含铬量为18%，平均含镍量为9%，含钛量小于1%。,在某些情况下，高合金特殊性能钢的含碳量，在钢号中也不标出，而直接写出所含的合金元素及其含量。例如Cr25Ti，钢中平均含铬量为25%，含钛量小于1%，经查表可知含碳量0.12%。低合金特殊性能钢的钢号表示方法与合金结构钢相似。例如25Cr2Mo1V，钢中

14、平均含碳量为0.25%，平均含铬量为2%，平均含钼量为1%，含钒量小于1%。,2023/6/1,15,含硫、磷量极少的高级优质合金钢，其钢号的后面应以A，例如50CrVA。一些作专门用途的合金钢，还有专门的钢号记号，例如16Mng，钢号中的g表示锅炉用钢。,第三节 合金结构钢,概念:用于制造各种机械零件以及用于制造各种工程结构的钢，称为结构钢。合金结构钢中常用的合金元素为锰、铬、镍、钨、钼、钒、钛等。锰、铬、镍等元素对提高钢的综合力学性能起着主要作用，可称为主加元素。钨、钼、钒、钛等元素加入后能提高钢的淬透性，细化晶粒，为进一步改善钢的性能起着辅助作用，可称为辅加元素。合金结构钢按成分以及用途

15、的不同又可分为普通低合金钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。,2023/6/1,16,一、普通低合金钢,普通低合金钢是在普通碳素结构钢中加入少量的的合金元素（总含量小于3%）后冶炼成的工程材料，又称为高强度工程用钢，简称普低钢。这类钢具有良好的焊接性能和机械性能，耐蚀性也较好。,主要用于制造桥梁、车辆、船舶等工业；火电厂锅炉汽包、各种管子、炉顶主梁、风机叶片、高压油管等也广泛应用这种钢制造。,普低钢中含碳量一般控制在0.2%以下。含碳量高，回降低塑性和韧性，也影响焊接性能。普低钢中主加元素是锰、硅，常用辅加元素有钒、钛、铌或稀土等。如加如钼、硼还能提高珠光体的稳定性，增加钢的热强性。用钼、硼作辅

16、加元素的普低钢近几年得到了迅速发展和应用。,2023/6/1,17,常用普低钢的机械性能及用途,2023/6/1,18,二、渗碳钢,渗碳钢的含量很低，一般为0.1%0.25%，以保证渗碳零件心部有足够的韧性和塑性。合金渗碳钢中的主加元素是铬、锰、镍、硼等，以提高钢的淬透性，强化渗碳层和心部组织。辅加元素为钼、钨、钛、钒等，以形成稳定而硬度高的碳化物，并能有效地阻止奥氏体晶体的长大，进一步改善钢的机械性能。,三、调质钢,合金调质钢的含碳量一般为0.25%0.5%，属于中碳钢。主加元素为铬、锰、硅、镍等，这些元素可以提高淬透性，强化铁素体。辅加元素是钼、钨、钒、肽、硼、铝等，这些元素含量一般较少，

17、但能防止钢的高温回火脆性及奥氏体晶粒的粗化。这类钢热处理一般是油淬后在500650温度下回火，调质后的组织一般为索氏体。这类钢具有良好的综合力学性能，重要的机器零件，如轴类、齿轮、螺栓和连杆等多用合金调制钢制造。,2023/6/1,19,四、弹簧钢,弹簧钢是制造各种弹性零件用钢。弹簧钢的含碳量为0.5%0.7%,常加入的合金元素有提高淬透性和强化铁素体元素如Mn、Si和Cr，还有提高回火稳定性和高温强度及细化晶粒作用的元素如Mo、W、V、Nb等。65Mn、60Si2Mn是典型的弹簧钢牌号。弹簧常见的失效方式为弯曲疲劳或扭转疲劳破坏，也可能由于弹性极限较低引起弹簧的过量变形或永久变形而失去弹性。

18、弹簧必须具有高的弹性极限与屈服点，高的屈强比，高的疲劳极限及足够的冲击韧性和塑性。弹簧钢常见的热处理工艺是采用热轧成形后淬火+中温回火（450550），获得回火屈氏体组织，处理后具有高的弹性极限和疲劳极限。广泛用于制造各种类型的弹簧零件。,2023/6/1,20,五、滚动轴承钢,滚动轴承钢含碳量较高以保证高硬度、高耐磨性，一般为 0.95%1.10%。主要加入的合金元素为Cr，最具代表性的是GCr15钢。失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨损而丧失精度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。滚动轴承钢的热处理一般为淬火+低温回火，处理后组织为回火马氏体+碳化物，具有较高的硬度和耐磨性。

19、,2023/6/1,21,第四节 合金工具钢,工具钢按用途不同又可分为刃具钢、量具钢、模具钢等。各种工具钢的性能要求有差异，刃具钢应具有高的硬度和耐磨性，一定的强度和韧性，在大负荷或高速切削时还要求具有热硬性；量具钢应具有高的硬度，高的耐磨性和尺寸稳定性；冷模具钢应具有高硬度、高耐磨性，以及较高的强度和一定的韧性；热模具钢应具有高的韧性和抗热疲劳性能。合金工具钢的含碳量一般较高，约为0.651.5，主要加入的元素有铬、钨、钼、钒等。铬是最基本的加入元素，能有效地提高钢的淬透性，从而增加钢的硬度和耐磨性。钨、钼、钒都是碳化物形成元素，加入后通过弥散硬化可以显著地提高钢的热硬性和耐磨性。,一、刃具

20、刚,刃具刚主要是指制造车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等切削刀具的钢种。刃具在工作中受到很大的切削力、震动、摩擦及切削热的作用。因此，刃具刚应具有高硬度和耐磨性，并能在高温状态下维持其高硬度，即有热硬性。此外，刃具刚还应有足够的强度和韧性，以免在切削过程中发生断裂或崩刀。刃具钢按合金元素的含量一般可分为低合金刃具钢和高速钢。,2023/6/1,22,（一）低合金刃具刚,低合金刃具钢的合金元素总含量为35，加入铬、锰、硅等合金元素来提高淬透性和回火稳定性；加入钨、钒等强碳化物元素以提高钢的硬度和耐磨性。低合金刃具钢的预备热处理为球化退火，最终热处理为淬火+低温回火，其组织为回火马氏体+未溶碳化物+残

21、余奥氏体。主要用于制造淬火变形小的低速切削刃具。表4-6为常用低合金刃具钢的化学成分、热处理规范及用途。,2023/6/1,23,表4-6 常用低合金刃具钢的化学成分、热处理规范及用途,2023/6/1,24,（二）高速钢,高速钢是含合金元素量较多的高合金刃具钢，可在600650保持高硬度。适宜制造较高切削速度的刃具，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、机用锯条等。高速钢中含碳量较高（0.71.4），并含有较多的碳化物形成元素钨、铬、钒等。钨在高速钢中的含量为619，钨是提高高速钢热硬性的主要元素，钨与碳能形成未定的碳化物，可有效地组织奥氏体晶粒长大。铬在高速钢中的含量为3.854.4，铬的主要作用是提

22、高钢的淬透性。钒在高速钢中的含量为14.4，钒也是提高热硬性的主要元素之一，钒的碳化物硬而且细碎，分布均匀更为稳定，使钢具有高的耐磨性。,2023/6/1,25,表4-7为常用高速钢的化学成分、热处理规范及用途。,2023/6/1,26,二、量具钢,量具钢的含碳量为0.9%1.5%，常加合金元素有Cr、W、Mn等。量具钢热处理一般采用淬火+冷处理+高温回火+人工时效的工艺，冷处理的目的是减少残余奥氏体的含量，人工时效是在100150下长时间保温，进一步稳定组织和消除内应力。量具钢主要用于制造量规、塞规、游标卡尺和千分尺等工具。,三、模具钢,模具钢分为冷模具钢和热模具钢。冷模具钢含碳量一般为1.

23、3%2.3%，主要加入元素为Cr、Mo、V。Cr12和Cr12MoV是常用的冷模具钢，广泛用于冷冲模、冷弯模和冷挤压模等。热模具钢的含碳量一般为0.3%0.6%，为保证足够的强度和韧性，常加入合金元素为Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V等，主要用于制造热锻模具、热挤压模等。,2023/6/1,27,表4-8 为常用模具钢的热处理规范及用途。,2023/6/1,28,第五节 特殊性能钢,在钢中加入一些合金元素后，可以使合金钢具有某些特殊的物理、化学或机械性能、用以制造工程上有特殊性能要求的机械雾件，这种合金钢又称为特殊用途钢。电厂常用的特殊性能钢有磁钢、不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。,(一)磁性和

24、磁化曲线,能吸引铁磁性材料的性能称为磁性，磁性材料的磁力大小可用透磁率来表示。式中 B磁感应强度(T)；H磁场强度(Am),一、磁钢,2023/6/1,29,透磁率大于1的金属称为顺磁材料，顺磁材料中 值特别大者称为铁磁材料；透磁率小于1的金属称为逆磁材料。铬、锰、铁、镍、钴等金属属于顺磁材料，其中铁、镍钴为铁磁材料，铜、铅、锌、锡等金属属于逆磁材料。磁感应强度B和磁场强度H之间的关系曲线，称为磁化曲线，如图48所示。,2023/6/1,30,不同的磁性材料所测得的磁化曲线是不相同的；不同的磁化曲线，旧有不同的磁滞损失。工程上磁滞损失的大小将词性材料分为两大类，此致损失大的称为硬磁材料，此致损

25、失小的称为软瓷材料。图49是硬磁材料的磁化曲线，该曲线的主要特征是娇顽力大，磁滞损失也大。这说明硬磁材料 磁化和退磁均要加较大的磁场强度，磁化和退磁依次消耗的能量较多。,从图中可知，磁感应强度B达到饱和值后，若将磁场强度H减到零，磁感应值并不为零而保留着一定的数值，这种保留的磁感应值B，叫做剩磁。如果要使剩磁Br部消失，必须改变磁场强度的方向，即从相反的方向加上一个磁场强度Hc，另加的磁场强度称为娇顽力。若相反方向的磁场强度继续增加，又可以得到负的饱和磁感应强度。这样循环一周，所得到的封闭曲线叫磁化曲线。磁化曲线所保卫的面积，称为磁滞损失，即表示往复磁化依次所消耗的能量。,图410是软磁材料的

26、磁化曲线，该曲线的主样特征是娇顽力小，磁滞损失也小。这说明软磁材料既易于被磁化，也易于被退磁，磁化和退磁依次所消耗的能量较小。,2023/6/1,31,（二）软磁材料,软磁材料常用的有两种，一是FeSi合金硅钢片，另一是FeNi合金，也称坡姆合金。,1、硅钢片,硅钢片是各种电机、变压器和测量仪表的铁芯材料。这中刚含碳量很低（0。1%，而含硅量较高（1.0%4.5%）。含碳量低可减少磁滞损失；含硅量正家饱和磁感应强度B和娇顽力就降低，但含硅量会增加刚的脆性，若超过4.5%后脆性就大了，会造成加工成型的困难。在电机中一般使用含硅量较低的热轧或冷轧硅钢片，厚度伪0.5mm左右；在变压器中一般使用冷轧

27、的硅钢片和热轧高硅钢片，厚度为0.35mm左右。,2.FeNi合金,在自动化仪表、无线电通讯及电器测量技术中，常用的软磁材料是FeNi合金，也称为坡姆合金。这种软磁材料，磁滞损失和娇顽力Hc比硅钢片更小，导磁率更高。其中以含Ni量为78.5%FeNi合金性为最好，在弱磁场中他的导磁率比硅钢片高1020倍。,2023/6/1,32,（三）硬磁材料,硬磁材料的应具有高的娇顽力和高的剩余磁感应强度，而且这些参数能久不变。常有的硬刺材料可分为马氏体型磁钢和弥散型硬化型磁钢及磁合金。,2023/6/1,33,1马氏体型磁钢,含碳1%1.5%的碳钢是人类最早是使用的一种硬磁材料，因其不稳定，因而加入了钨等

28、金属。制得钨钢。这些合金钢硬磁材料均是淬火后使用，经过热处理后的组织是马氏体、残留奥氏体和弥散的碳化物，统称为马氏体型磁钢。钨使钢的稳定性有所提高，作为硬磁钢的钨钢含碳量0.7%时性能最好。钨易与碳形成弥散分布的碳化物，钨能降低碳在奥氏体中的溶解度，有利于提高钢中的Hc和Br。铬在钢中的作用与钨类似。,钴是扩大奥氏体区的合金元素，不与碳形成碳化物，但能有效的提高刚的磁感应强度。为了达到用弥散碳化物来提高娇顽力Hc，通常在钴钢中加入38的钨和35的铬，以形成碳化物,铝钢是马氏体型钢中性能较好的一种。不合铬、镍，价格低廉。铝钢一般含8Al及2C，铝不与碳形成碳化物，但能形成Fe3Al金属间化合物，

29、因而使钢的剩磁感应强度Br和矫顽力Hc均有所提高。,2023/6/1,34,2.弥散硬化型磁钢,工业上常用的弥散硬化型磁钢有Fe-Ni-Al、Fe-Co-Mo、Fe-Co-W、Fe-Co-WMo、等系列，其特点是以Fe为基体，弥散析出金属间化合物来提高金属钢的剩余磁感应强度和矫顽力。FeNi-Al系合金是指以铁、镍、铝为基本组元的弥散硬化型磁钢，以其磁性高、稳定性好著称，是目前用量最大、应用较广泛的硬磁材料。,二、不锈钢,工程上就将含铬量超过12%的钢称为不锈钢。,（一）铬不锈钢,铬不锈钢的主要钢种有1Cr13、2Cr13、3Cr13等，其化学成分、热处理、组织、力学性能及用途见表49所示。C

30、r13型不锈钢的含碳量是适应机械性能需要的。必须指出，随着含碳量的增加，钢的强度和硬度有所提高，但其耐腐蚀性将下降。1Cr17型不锈钢属于铁素体类型，它在升温时不发生相变，因而不能接受淬火强化。但是这种钢不仅耐蚀性好，而且塑性也较好，这是由于含铬量较高而且又具有单相铁素体组织。,2023/6/1,35,（二）镍铬不锈钢,最早应用的镍铬不锈钢为含铬18%、含镍8%，习惯上称18-8钢。这种钢具有很高的腐蚀性能，而且无磁性，塑性和韧性较好，有良好的焊接性能。但是有晶间腐蚀的倾向。为了进一步提高耐腐蚀性能，防止晶间腐蚀，就在18-8钢的基础上，多加了点镍，又加入了4%-0.8%的钛，做成18-9型或

31、含钛的18-9型镍铬不锈钢。铬镍不锈钢中的含碳量都很低，含碳量提高不利于耐腐蚀性能。钢中约含18%的铬，主要是为了提高钢的耐腐蚀性能；约含9%的镍，主要是扩大区域，降低钢的Ms点温度（降低至室温以下），使钢在室温时具有单相的奥氏体组织。单相奥氏体钢能进一步改善耐腐蚀性能，这种钢又成为奥氏体不锈钢。,钢中加钛的目的，是因为钛与碳的亲和力大，可以防止晶界上的铬析出，避免产生晶间腐蚀。镍铬不锈钢淬火后并不能提高其硬度和强度，只是通过淬火使镍铬不锈钢成为单相的奥氏体组织，从而有高的耐腐蚀性能，所以这种热处理又叫做固溶处理。镍铬不锈钢有明显的加工硬化现象，所以通过冷变形加工可提高钢的强度，这是镍铬不锈钢

32、提高强度的唯一途径。进十几年来，研制用锰元素代替镍做奥氏体不锈钢，锰也能有效的扩大区域并降低Ms温度。新研制的以锰代镍奥氏体不锈钢有Cr17Mn11Mo2N、Cr18Mn11Si2N及Mn18Cr10MoVB等，这些钢种已在化工及动力设备上开始应用。,2023/6/1,36,三、耐磨钢,磨损是机器零部件在工作中难以避免的一种损坏现象，也是机器零部件失效的主要原因之一。所谓磨损是指两物质不断的损耗或产生塑性变形的现象。,（一）磨损的类型,为了分析磨机原理，采取响应的防磨措施，所以工程上须将磨损进行分类。目前，比较统一的看法是按磨屑形成的过程及其特点来区分的，通常分为四种不同的类型。1粘着磨损两个

33、接触表面在相对运动过程中，如果表面实际接触点所受的应力很大，这些实际接触点发生了粘和（即显微焊和），继而被剪切分离，并以磨屑的形式而脱离本体，这种磨损成为粘着磨损。粘着磨损也成为咬和磨损。,2023/6/1,37,2磨料磨损由于硬颗粒或硬突出点沿着金属表面运动，使金属表面的物质不断损耗，这种磨损称为磨料磨损。也可称为磨损损坏中这种磨损约50%。磨料磨损的磨屑产生有以下三种假设。（1）显微切削假设。这种假设认为磨料不断从金属的表面切下显微切屑。磨料磨损的磨屑与切削加工的切屑一样，是螺旋形的。（2）疲劳假设。这种假设认为磨料在金属表面反复作用，最后导致疲劳裂纹的产生与扩展从而引起磨损损坏。（3）压

34、痕假设。这种假设认为磨料颗粒在压力的作用下，压入金属表面而产生压痕，从表面层上挤压出剥落物。,2023/6/1,38,3疲劳磨损疲劳磨损是交变应力在金属表面作用的结果。滚动轴承中的滚珠与滚道之间的接触点，其作用力便属于交变应力。交变应力使金属表面产生疲劳裂纹，疲劳裂纹有在交变应力的作用下，不断扩展引起表面开裂，以至剥落。疲劳剥落的部分是磨屑，这种摸屑属于疲劳磨损，也可称为表面接触疲劳磨损。4腐蚀磨损腐蚀磨损是金属在腐蚀介质中发生的，金属表面的损坏既有因摩擦过程中产生的磨损，又因腐蚀介质所引起的腐蚀磨失，这种现象称为腐蚀磨损。腐蚀磨损还包括冲蚀和气蚀。,2023/6/1,39,腐蚀性液体或气体中

35、细小磨粒以高的相对速度，并以某种投射角射向工作表面，使工作表面与颗粒接触处产生磨损损坏，介质又引起腐蚀，这种腐蚀称为冲蚀。,液体介质中高速运动的零件，由于其表面的产生局部的负压，迅速形成气泡。气泡在正压区会突然爆炸，使零件表面受到了一种显微冲击波，从而产生点状塑性变形和点状疲劳，加之介质化学和电化学腐蚀作用引起损坏，会使金属表面出现蜂窝状的孔洞，这种腐蚀磨损称为气蚀。,电厂中的风机叶片及输灰管道就是这种类型的磨损损坏。,水电站中的水涡轮及或电厂的水泵均有气蚀损坏现象。,至今，磨损的分类还存在着许多争论，其原因是因为在每一个实际的磨损中，往往包含着许多磨损过程，而且工作条件（如外力的大小，速度快

36、慢，温度的高低，介质的性质，金属和磨料的硬度等）不同，引起损坏的主要的磨损类型便有所不同，况且各种磨料也还能相互影响。,磨损的类型不同，对金属材料的性能要求也就不同。例如，气蚀磨损，除要求金属材料具有良好的硬度和韧性外，还要求具有耐腐蚀性能。又如磨料磨损，是与磨料的硬度和金属材料表面的硬度有很大的关系的，提高了金属表面的硬度，就能减少磨料的磨损量。,2023/6/1,40,（二）高锰钢,习惯上总是将高锰钢称之为耐磨钢。它的主要成分是含碳量为1.0%1.3%，含锰量为11%-14%（Mn/C=1012）。其钢号是Mn13，由于该钢种是铸造成型的常写成ZGMn13。,实践证明，高锰钢只有在全部获得

37、奥氏体组织时才呈现出最为良好的韧性和耐磨性。,为了使高锰钢变成单相的奥氏体组织，铸态的高锰钢须进行水韧处理。其方法是：钢加热至临界点温度以上(1000一1100)，保温一段时间，然后迅速地把钢浸淬于水中冷却。加热到高温，使钢中的碳化物能全部溶解到奥氏体中去；快速冷却，碳化物来不及析出因而得到了均匀的单相奥氏体组织。,在使用高锰钢制件中，如果其受的冲击力不大或压力不大时，其耐磨性并不比硬度相同的其他钢种好。,例如喷砂机的喷嘴，选用高锰钢或碳钢来制造，其使用寿命几乎是相同的。这是因为喷砂机的喷嘴所通过的小沙粒不能引起高锰钢的加工硬化。因此，喷砂机喷嘴的才就用不着选择高锰钢。,为提高高锰钢的耐磨性，

38、在高锰钢中添加了铬、钼、钒、钛等元素；还有用降低一些含锰量，做成中锰加铬、铜、钒、钛等元素的耐磨钢。加了合金元素后，既可以强化奥氏体基体，还能得到弥散分布的碳化物硬质点，这样就能提高钢的强度和硬度，提高钢的加工硬化能力及抗疲劳破坏的能力，增加了钢的耐磨性。,2023/6/1,41,(三)低合金耐磨钢,在冲击不大、应力较小的工作条件下，高锰钢的优越性得不到发挥，耐磨性并不高，可用低合金耐磨钢替代高锰钢做易磨损的零部件。所加入的合金元素其作用为增加淬透性、强化基体、细化晶粒，有些则是形成弥散的碳化物。常用的元素有铬、锰、硅、铜、钻、硼及稀土等。,电力系统的修造厂这几年在研制低合金耐磨钢方面做了大量

39、的工作，研制出了45Mn245Mn2B、40CrMnSiMoRe、60Cr2MnSiRe等钢种，用以制造煤粉制备系统中的易磨损件。国内外均很重视对低合金耐磨钢的研究，这是一种很有前途的耐磨钢。,2023/6/1,42,(四)其它耐磨材料,受冲击力不大的易磨损件，广泛地采用了耐磨合金铸铁。常用的有镍硬铸铁、含少量铬、锰、铜的合金白口铸铁、高铬白口铸铁等。某些易磨损零件的表面可采用堆焊防磨层来解决防磨问题。堆悍材料随着磨损类型的不同而不同，如为抵御磨料磨损，可采用高铬白口铸铁电焊条；为减少和避免气蚀，可采用2Cr13或比1Cr18Ni9Ti等不锈钢电焊条。如堆焊工作量很大，则可用焊丝进行自动堆焊。,近几年来，热喷涂技术在防磨工作中也得到了重视和应用。它是将合金粉末喷涂或喷熔到金属表面，既可作预防性的防磨覆盖也可对已磨损的零件尺寸和形状进行修复。热喷涂工艺简单，合金粉末种类多，有很大的实用价值。,