金属材料学第7章超高强度钢.ppt

第7章超高强度钢ultra highstrengthsteel 超高强度钢最先是为了满足飞机结构件上需要的具有高比强度 强度 密度 的材料而研究的 为了提高飞机的飞行速度 要求飞机的结构材料具有更高比强度 以便减轻重量 Al合金的比重为钢的1 3 Al合金的强度极限已达到500 600MPa 这就要求钢的强度提高到1500 1800MPa以上才能与Al合金匹配 所以一般钢的屈服强度必须达到1500MPa的超高强度才能在飞机获得广泛应用 例如火箭发动机外壳 飞机的起落架 机身骨架 高压容器以及常规武器等 按成分和使用性能不同超高强度钢可分 低合金超高强度钢40CrNi2Mo M300 低合金 二次硬化型超高强度钢H11 H13 中碳中镍 马氏体时效型超高强度钢18Ni 低碳高镍 超高强度不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb 7 1低合金超高强度钢 40CrNiMoA 30CrMnSiNi2A 35Cr2Mn2MoVA 45CrNiMoVA 40CrNi2Si2MoVA 美300M 等从调质钢基础上发展 C0 27 0 45 合金元素5 回火马氏体或者贝氏体和马氏体混合组织 做火箭发动机外壳 火箭外壳 高压容器 Rm 2880w C 800MPaCr Mn Si Ni Mo V提高淬透性和回火稳定性 7 2二次硬化型超高强度钢 中碳中合金 从美国热形变模具钢H11 4Cr5MoVSi H13 4Cr5MoV1Si 移植 30Ni9Co4CrMo1V 16Ni10Co14Cr2Mo 高温回火产生M7C3 M2C MC特殊碳化物 400 500 使用时抗拉强度1300 1500MPa 屈服强度1100 1200MPa 但塑韧性差 焊接性和冷变形性差 制作发动机承受中温强度的零部件和紧固件 7 3马氏体时效钢 高镍 铁镍超低碳高合金超高强度钢 18Ni 300 Ni18Co9Mo5TiAl 20Ni Ni20Ti2AlNb 25Ni Ni25Ti2AlNb 0 03 以下碳 18 Ni 外加Co Ti Al Mo等形成有序相 简单点阵Ni3Al Ni3Ti Ni3Mo 拉维斯相 复杂立方Fe2Mo Ni降低位错运动抗力及位错与间隙原子间相互作用 促进应力松弛 减少脆性断裂倾向 图7 1钴和钼元素对时效硬度的影响 热处理工艺 820 正火处理 马氏体 480 时效3 6小时 析出金属间化合物 高合金 成本高 工艺严格 用作火箭发动机壳体 空间运载火箭工具的扭力棒悬挂体 直升机的柔性转动轴 潜艇的零部件 820 155 A3 480 图7 218Ni马氏体时效钢的热处理工艺 7 4沉淀硬化超高强度不锈钢 1 以Cr13型马氏体不锈钢发展而来马氏体沉淀硬化不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb 17 4PH美国 2 以Cr18Ni9钢为基础发展而来的奥氏体 马氏体沉淀硬化不锈钢07Cr17Ni7Al 17 7PH美国 特点 在形成马氏体基础上 经时效处理产生沉淀强化 而得到超高强度 所以既具有Cr18Ni9钢优良的焊接性能 又具有马氏体钢的高强度应用 航空 宇航领域 表7 1沉淀硬化化学成分 一 马氏体沉淀硬化超高强度不锈钢 组织特点 室温下是F M在Cr13马氏体不锈钢中添加Mo W Ti Nb在固溶处理后时效过程中沉淀析出一系列金属间化合物 Fe2Mo Fe2Ti Fe2Nb等 而强化的 Cr控制在10 20 代表钢种 美17 4PH 05Cr17Ni4Cu4Nb 特点 耐腐蚀性和焊接性比马氏体不锈钢好 对氢脆不敏感 冲击韧性高 但高温强度低 在300 400 具有脆性倾向 应用 飞机高强度结构件和压力容器等 代表钢种 07Cr17Ni7Al 美17 7PH 07Cr15Ni7Mo2Al组织特点 室温下是A 15 30 M 在18 8奥氏体基础上发展而来 含碳量低 性能特点 较好的塑性和加工性能 焊接性能 热处理 含碳量低 成分设计上使Ms点略低于室温 以便通过各种处理使不稳定的A转变成低碳马氏体 然后再通过时效沉淀析出金属间化合物提高强度 沉淀元素 Al Mo b可达1400 1850MPa 硬度HRC43 50 使用注意事项 使用温度低于315 否则金属间化合物继续析出使钢材变脆 二 奥氏体 马氏体沉淀硬化不锈钢 低合金超高强度钢 二次硬化超高强度钢 马氏体时效钢 沉淀硬化超高强度钢 在调质钢基础上发展起来 Me总质量1500MPa的中C低合金钢 组织 回火马氏体或下贝氏体 马氏体 应用于飞机起落架 火箭壳体等 在热变形模具钢基础上移植发展起来 弥散析出MC M2C M7C3等K 具有二次硬化效应 应用于中温条件下零件 Fe Ni基合金 主要利用时效沉淀金属间化合物强化 在强韧化微观理论上取得了突破性进展 应用于航空航天和国防工业 由不锈钢发展起来 析出金属间化合物而产生沉淀强化 控制工艺调节微观组织达到强韧化合理配合 应用于高强度结构件 压力容器等 300M40CrNiMo35Si2Mn2MoV H11 4Cr5MoVSi H13 4Cr5Mo