精品文档工程材料基础

1、精品文档工程材料基础一、不锈钢及镍基耐蚀合金一、不锈钢及镍基耐蚀合金 在自然环境或一定工业介质中在自然环境或一定工业介质中具有耐腐蚀性能的钢称不锈钢。广具有耐腐蚀性能的钢称不锈钢。广泛应用于石油、化工等领域。泛应用于石油、化工等领域。2（一）（一）成分及性能特点成分及性能特点wC=0.030.95%，从耐蚀角度从耐蚀角度C越低越好，可以防止越低越好，可以防止Cr23C6。wMe=1238% 常加入：常加入：Cr、Ni、Si、Al、Mo、Ti、Nb主要作用主要作用1）提高电极电位，）提高电极电位，2）室温获得单相组织，）室温获得单相组织，3）在钢表面形成致密氧化膜，）在钢表面形成致密氧化膜，4）

2、形成稳定碳化物和金属间化合物。）形成稳定碳化物和金属间化合物。3Cr的影响的影响电电极极电电位位Cr含量含量12.5%失失重重4（二）常用不锈钢及其热处理（二）常用不锈钢及其热处理 M型不锈钢型不锈钢 F型不锈钢型不锈钢 A型不锈钢型不锈钢 AF型不锈钢型不锈钢 沉淀硬化沉淀硬化型不锈钢型不锈钢51. M型不锈钢型不锈钢n 淬透性好，空冷时可形成淬透性好，空冷时可形成M；n 合金元素单一，在氧化性介质中合金元素单一，在氧化性介质中（如大气、水蒸气、氧化性酸）（如大气、水蒸气、氧化性酸）有较好的耐蚀性。且耐蚀性还随有较好的耐蚀性。且耐蚀性还随着含碳量的增加而降低。着含碳量的增加而降低。61) 成

3、分及性能特点成分及性能特点 wC = 0.11.0% wCr = 1218%72) 典型牌号典型牌号1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18因为因为Cr加入，使共析点转移到加入，使共析点转移到0.3% 附附近，近，3Cr13、4Cr13分别属于共析钢和过共析分别属于共析钢和过共析钢，钢，工业上一般把工业上一般把1Cr13、2Cr13作为结作为结构钢用，构钢用，3Cr13、4Cr13、9Cr18作为工具作为工具钢用。钢用。893) 热处理热处理材材 料：料：1Cr13 2Cr13热处理热处理: 调质调质组组 织：织：S回回用用 途：汽轮机叶片途：汽轮机叶片 蒸气管附件蒸气管附件

4、材材 料：料：3Cr13 4Cr13 9Cr13热处理热处理: 淬火淬火+ 低温回火低温回火组组 织：织：M回回用用 途：医疗器械途：医疗器械 刃具刃具102. F型不锈钢型不锈钢和和M型不锈钢相比，由于含碳的降型不锈钢相比，由于含碳的降低，含铬量增加，致使钢从室温加热到低，含铬量增加，致使钢从室温加热到1000均为单相均为单相F，不发生，不发生FA。F不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接性均不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接性均优于优于M不锈钢。但其强度较低，不锈钢。但其强度较低，主要用于主要用于对力学性能要求不高，但对耐蚀性要求很对力学性能要求不高，但对耐蚀性要求很高的机器零件和结构高的机器零件和结构。11

5、wC 0.15%，wCr = 1230%，1) 成分及性能特点成分及性能特点120Cr131Cr171Cr282) 典型牌号典型牌号133) 热处理热处理材材 料：料：0Cr13 , 1Cr17 , 1Cr28热处理热处理: 退火，或者正火退火，或者正火 组组 织：织：F用用 途：对耐蚀性能要求很高的机器零件途：对耐蚀性能要求很高的机器零件 硝酸吸收塔硝酸吸收塔 热交换器热交换器 磷酸槽磷酸槽 143. A型不锈钢型不锈钢不仅仅有高的耐腐蚀性，还不仅仅有高的耐腐蚀性，还有高的塑性，低温韧性，加工硬有高的塑性，低温韧性，加工硬化能力与良好的焊接性。化能力与良好的焊接性。广泛应广泛应用于制造硝酸、

6、有机酸、盐、碱用于制造硝酸、有机酸、盐、碱等工业中的机械零件及构件等工业中的机械零件及构件。15wC0.12%， wCr=1725%， WNi=829%Ni扩大扩大A，Cr提高电极电位，提高电极电位，A不锈钢的耐蚀性比不锈钢的耐蚀性比M不锈钢有进不锈钢有进一步的提高一步的提高1) 成分及性能特点成分及性能特点160Cr18Ni9 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti2) 典型牌号典型牌号17183) 热处理热处理材材 料：料：0Cr18Ni9 , 1Cr18Ni9 , 1Cr18Ni9Ti热处理热处理: 固溶处理固溶处理 组组 织：织：A用用 途：广泛应用于硝酸，有机酸，盐，碱等途：广泛应用

7、于硝酸，有机酸，盐，碱等 工业中的机械零件及构件工业中的机械零件及构件 194) 晶间腐蚀晶间腐蚀20晶间腐蚀主要原因晶间腐蚀主要原因 贫铬理论晶界析出贫铬理论晶界析出Cr23C6对策对策 1. 降碳降碳 2. 添加强碳化物形成元素添加强碳化物形成元素 Ti, Nb 3. 固溶处理或者退火处理固溶处理或者退火处理 21沿晶断口沿晶断口材料：2Cr17材料：18-8钢224. A-F型不锈钢型不锈钢这是双相不锈钢，兼有这是双相不锈钢，兼有A不锈不锈钢和钢和F不锈钢的特性。不仅仅有良不锈钢的特性。不仅仅有良好的耐蚀性，还有较高的抗好的耐蚀性，还有较高的抗SCC能能力，抗晶间腐蚀能力及良好的焊接力，

8、抗晶间腐蚀能力及良好的焊接性。性。适合于制作硝酸工业与尿素、适合于制作硝酸工业与尿素、尼龙生产的零件和设备尼龙生产的零件和设备。23 在在18-8的基础上调整的基础上调整Cr、Ni的含量，并加入适量的的含量，并加入适量的Mn、Mo、W、Cu、N等而形成的双相不锈等而形成的双相不锈钢。钢。1) 成分及性能特点成分及性能特点241Cr21Ni5Ti 1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N 1Cr18Mn10Ni5Mo3N2) 典型牌号典型牌号253) 热处理热处理材材 料：料：1Cr21Ni5Ti , 1Cr17Mn9Ni3Mo3CuN 1Cr18Mn10Ni5Mo3N热处理热处理: 1000 11

9、00 淬火淬火组组 织：织：A + F用用 途：硝酸工业与尿素途：硝酸工业与尿素 尼龙生产设备及零件尼龙生产设备及零件 265. 沉淀硬化型不锈钢沉淀硬化型不锈钢对于复杂的零件，形变强化很难对于复杂的零件，形变强化很难应用，所以在应用，所以在18-8基础上降低基础上降低Ni 加入加入适量的适量的Al, Cu, Mo, Nb等以便在热处理等以便在热处理中析出金属间化合物，实现沉淀强中析出金属间化合物，实现沉淀强化化沉淀强化不锈钢。沉淀强化不锈钢。27 在在18-8的基础上降低的基础上降低Ni的含量，的含量，并加入适量的并加入适量的Al、Cu、Mo、Nb等而形成的沉淀强化不锈钢。等而形成的沉淀强化

10、不锈钢。1) 成分及性能特点成分及性能特点280Cr17Ni7Al 0Cr15Ni7Mo2Al2) 典型牌号典型牌号293) 热处理热处理材材 料：料：0Cr17Ni7Al 0Cr15Ni7Mo2Al热处理热处理: 固溶处理固溶处理(1060 空冷空冷)获得获得A 750 760 空冷空冷 获得获得 A+M 560 570 时效时效 析出金属间化合物析出金属间化合物 如：如：Ni3Al组组 织：织：A + M + 金属间化合物金属间化合物 用用 途：高强度，高硬度，耐腐蚀的途：高强度，高硬度，耐腐蚀的 化工机械设备化工机械设备 30（三）镍基耐蚀合金（三）镍基耐蚀合金在自然环境或一定工业介质在

11、自然环境或一定工业介质中具有耐腐蚀性能的合金称耐蚀合中具有耐腐蚀性能的合金称耐蚀合金。广泛应用于石油、化工等领域。金。广泛应用于石油、化工等领域。311) 成分及性能特点成分及性能特点 低碳高合金低碳高合金wC=0.030.2%， wMe=3048%Me: Cu、Cr、Fe、Mn、Mo、 Nb 、 TiCu、Fe、Mn溶于溶于Ni中，形成单相固溶体组中，形成单相固溶体组织，减轻电化学腐蚀；织，减轻电化学腐蚀；Cr提高电极电位，形成提高电极电位，形成Cr2O3保护层；保护层；Mo、 Nb 、 Ti形成稳定碳化物形成稳定碳化物NbC 、TiC，和金属间化合物，和金属间化合物Ni3Mo 、 Ni3T

12、i 、 Ni3Nb。322) 典型分类典型分类 锻造镍锻造镍 镍镍-铜合金铜合金 蒙乃尔蒙乃尔(Monel)合金合金 镍镍-铬铬-铁合金铁合金 因科镍因科镍(Inconel) 合金合金333) 锻造镍锻造镍A.特点特点B. 耐蚀性特强，强度较高，耐高温和低耐蚀性特强，强度较高，耐高温和低温温B.用途用途制作与强酸、强碱接触的泵壳，容器，火制作与强酸、强碱接触的泵壳，容器，火箭，导弹耐蚀零件。箭，导弹耐蚀零件。B.常用牌号常用牌号200 和和 201344) 镍镍-铜合金铜合金A.特点特点别称蒙乃尔别称蒙乃尔(Monel)合金合金, 耐蚀性特强，在耐蚀性特强，在氢氟酸中的耐蚀性居所有金属材料之首

13、。氢氟酸中的耐蚀性居所有金属材料之首。B.用途用途制作与氢氟酸接触的零构件。制作与氢氟酸接触的零构件。C.常用牌号常用牌号Ni-29.5Cu, (Monel K-500)Ni-31Cu-1.5Mn-1.4Fe , (Ni66Cu31Fe)Ni-28Cu-1.5Mn-2.5Fe, (Ni68Cu28Fe)355) 镍镍-铬铬-铁合金铁合金A.特点特点别称因科镍别称因科镍(Inconel)合金合金, 优良的耐蚀性，优良的耐蚀性，高温强度高，高温强度高， 辐照稳定性好。辐照稳定性好。B. 用途用途制作高温下要求耐腐蚀的零构件。制作高温下要求耐腐蚀的零构件。C.常用牌号常用牌号Inconel 600

14、(Ni-15.5Cr-10Fe )Inconel 706 (Ni-16Cr-27.6Fe-2.9Nb-1.8Ti )Inconel 718 (Ni-19Cr-18.5Fe-5.1Nb-3Mo-0.9Ti )36二、耐热钢和高温合金二、耐热钢和高温合金耐热钢和高温合金是指在高温下耐热钢和高温合金是指在高温下具有高热稳定性和热强性的特殊钢和具有高热稳定性和热强性的特殊钢和合金。合金。主要用于制造工业加热炉、高压主要用于制造工业加热炉、高压锅炉、汽轮机、内燃机、航空发动机、锅炉、汽轮机、内燃机、航空发动机、热交换器等在高温下工作的构件和零热交换器等在高温下工作的构件和零件。件。37性能要求：性能要求

15、：高的热稳定性，即具有高温高的热稳定性，即具有高温抗氧化能力。抗氧化能力。高的热强性，即具有高的抗蠕高的热强性，即具有高的抗蠕变抗力和持久强度。变抗力和持久强度。1) 成分及性能特点成分及性能特点（一）耐热钢（一）耐热钢38常用耐热钢分类：常用耐热钢分类：P耐热钢耐热钢 M耐热钢耐热钢F耐热钢耐热钢 A耐热钢耐热钢2) 典型分类典型分类39(1) P型耐热钢型耐热钢这类钢在正火状态下的显微这类钢在正火状态下的显微组织是组织是P+F。由于合金元素含量少，。由于合金元素含量少，因而热膨胀系数小，导热性好，并因而热膨胀系数小，导热性好，并有良好的冷、热加工性能。广泛用有良好的冷、热加工性能。广泛用于

16、制造工作温度于制造工作温度600的锅炉及的锅炉及管道、压力容器、汽轮机转子等。管道、压力容器、汽轮机转子等。40wC=0.10.4%加入加入Cr、Mo、W、V 等主等主要是强化要是强化F，防止高温下片状，防止高温下片状Fe3C的球化和石墨化，提高钢的的球化和石墨化，提高钢的高温强度。高温强度。成分及性能特点成分及性能特点4112CrMo、15CrMoV、25Cr2MoVA 典型牌号典型牌号42(2) (2) M型型耐热钢耐热钢这类钢淬透性好，这类钢淬透性好，空冷就能得到空冷就能得到M。43低低C高高Cr钢：钢：在在C r13的基础上加的基础上加入入Mo、W、V 、Ti、Nb等以便强化等以便强化

17、F，形，形成稳定的碳化物，提高钢的强度。成稳定的碳化物，提高钢的强度。中中C铬硅钢：铬硅钢：其抗氧化性能好、其抗氧化性能好、蠕变抗力高、还有较高的硬度和耐磨蠕变抗力高、还有较高的硬度和耐磨性。性。成分及性能特点成分及性能特点441Cr11MoV、1Cr12WMoV低碳高铬钢，在低碳高铬钢，在500以下具有良好的蠕以下具有良好的蠕变抗力和优良的消震性，最宜于制造汽轮机叶变抗力和优良的消震性，最宜于制造汽轮机叶片，故又称叶片钢片，故又称叶片钢4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo主要用于制造使用温度低于主要用于制造使用温度低于750的的发动机排气阀，故称气阀钢发动机排气阀，故称气阀钢 典型牌号典型牌

18、号45(3) (3) F型耐热钢型耐热钢 这类钢抗氧化强，但高温这类钢抗氧化强，但高温强度低，焊接性差，脆性大，强度低，焊接性差，脆性大，多用于受力不大的加热炉部件。多用于受力不大的加热炉部件。46 是在是在F不锈钢的基础上加入不锈钢的基础上加入Si、Al等合金元素，提高其抗氧化性等合金元素，提高其抗氧化性能。能。成分及性能特点成分及性能特点471Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr18Si2等等 典型牌号典型牌号48(4) (4) A型型耐热钢耐热钢 这类钢有高的热强性和抗氧这类钢有高的热强性和抗氧化性，高的塑性和冲击韧性，良化性，高的塑性和冲击韧性，良好的焊接性和冷成形性。主要用好的

19、焊接性和冷成形性。主要用于制造工作温度在于制造工作温度在600850间的高压锅炉过热器、汽轮机叶间的高压锅炉过热器、汽轮机叶片、叶轮、发动机气阀等。片、叶轮、发动机气阀等。49 是在是在A不锈钢的基础上加入不锈钢的基础上加入W、Mo、V、Ti、Nb、Al等元等元素，以强化素，以强化A，形成稳定碳化合，形成稳定碳化合物和金属间化合物，提高钢的物和金属间化合物，提高钢的高温强度。高温强度。成分及性能特点成分及性能特点501Cr18Ni12Ti、1Cr15Ni36W3Ti、 4Cr14Ni14W2Mo等等 典型牌号典型牌号51(4) (4) 沉淀硬化型沉淀硬化型耐热钢耐热钢 这类钢和沉淀硬化不锈这类

20、钢和沉淀硬化不锈钢基本相同钢基本相同典型牌号：典型牌号： 0Cr17Ni4Cu4Nb 0Cr17Ni7Al52（二）高温合金（二）高温合金对于航空、航天飞机的零构件，如喷气发动对于航空、航天飞机的零构件，如喷气发动机的压气机燃烧室、涡轮、尾喷管等等，在机的压气机燃烧室、涡轮、尾喷管等等，在800以上温度长期服役，耐热钢已经不能满足以上温度长期服役，耐热钢已经不能满足抗氧化和高温强度的要求，这时候就应该选用高抗氧化和高温强度的要求，这时候就应该选用高温合金。温合金。分类：分类：铁基、镍基、钴基、铌基、钼基铁基、镍基、钴基、铌基、钼基531) 1) 铁基高温合金铁基高温合金单相单相A组织，抗氧化性

21、好，冷加组织，抗氧化性好，冷加工成形和焊接性好，用于制造形状复工成形和焊接性好，用于制造形状复杂、需经冷压和焊接成形、但受力不杂、需经冷压和焊接成形、但受力不大，主要要求在大，主要要求在800900下抗氧下抗氧化能力强的零件。如喷气发动机的燃化能力强的零件。如喷气发动机的燃烧室、火焰筒等等。烧室、火焰筒等等。54是在是在A耐热钢的基础上增加耐热钢的基础上增加Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Nb、Al等，等，以形成单相以形成单相A组织提高抗氧化性，并组织提高抗氧化性，并提高再结晶温度，以及形成弥散分提高再结晶温度，以及形成弥散分布的稳定碳化合物和金属间化合物，布的稳定碳化合物和金属间化合物，提高

22、合金的高温强度。提高合金的高温强度。(1) 成分及性能特点成分及性能特点55GH1035、GH2036、GH1130、GH2132等等(高合高合GH）(2) 典型牌号典型牌号562) 2) 镍基高温合金镍基高温合金单相单相A组织，抗氧化性好，组织，抗氧化性好，高 温 强 度 高 ， 用 于 制 造 在高 温 强 度 高 ， 用 于 制 造 在800900以下受力的零件。以下受力的零件。如涡轮机叶片等。如涡轮机叶片等。57这类合金是以这类合金是以Ni 为基。加入为基。加入Cr、W、Mo、Co、V、Ti、Nb、Al等，等，以形成以形成Ni为基的固溶体。产生固溶为基的固溶体。产生固溶强化并提高再结晶

23、温度，以及形成强化并提高再结晶温度，以及形成弥散分布的稳定碳化合物和金属间弥散分布的稳定碳化合物和金属间化合物，提高合金的高温强度。化合物，提高合金的高温强度。(1) 成分及性能特点成分及性能特点58GH3030、GH4033、GH4037、GH3039、GH3044等等(2) 典型牌号典型牌号59三、低温钢三、低温钢 低温钢是指工作温度在低温钢是指工作温度在0以下的零件和结构件钢以下的零件和结构件钢种。种。60广泛用于低温下工作的设备，如广泛用于低温下工作的设备，如冷冻设备、制氧设备、石油液化设备、冷冻设备、制氧设备、石油液化设备、航天工业用的高能推进剂液氢、液氮航天工业用的高能推进剂液氢、

24、液氮等液体燃料的制造、贮运装置、寒冷等液体燃料的制造、贮运装置、寒冷地区（如北极、南极）开发所用的机地区（如北极、南极）开发所用的机械设施等等。械设施等等。1)用途用途61性能要求：冲击韧性性能要求：冲击韧性FATT Fracture Appearance Transition Temperature. 断口形貌转化温度。断口形貌转化温度。2) FATT6263试验温度试验温度剪剪切切面面积积比比例例FATT剪剪切切面面积积比比例例FATT5064 C、S、P会会FATT， Mn、Ni会会FATT, BCC随随T韧性显著降低，韧性显著降低， FCC随随T影响不大。影响不大。3)成分及性能特点成

25、分及性能特点65常用低温钢常用低温钢低碳锰钢低碳锰钢镍钢镍钢A不锈钢不锈钢4)典型低温钢典型低温钢66四、耐磨钢四、耐磨钢广义地讲，耐磨钢是指用于广义地讲，耐磨钢是指用于制造高耐磨零件及构件的一些钢制造高耐磨零件及构件的一些钢种。有高碳铸钢、硅锰结构钢、种。有高碳铸钢、硅锰结构钢、高碳工具钢以及滚动轴承钢等，高碳工具钢以及滚动轴承钢等，但通常指高锰钢。但通常指高锰钢。67高锰钢的成分高锰钢的成分 高的高的C 0.91.5% 适量适量Si 0.30.8% 低低S 0.05% 低低P 0.10%68高锰钢经热处理后能得到单一的高锰钢经热处理后能得到单一的A，韧性好，韧性好，但硬度低，但硬度低，20

26、0HBS，但当其受到剧烈冲击及高压，但当其受到剧烈冲击及高压力作用时，其表层的力作用时，其表层的A将迅速产生将迅速产生加工硬化加工硬化，同，同时伴有时伴有AM，导致表层的硬度提高到，导致表层的硬度提高到450500HBS，从而形成硬而耐磨的表面，但其内部仍然保持原有的低从而形成硬而耐磨的表面，但其内部仍然保持原有的低硬度状态。硬度状态。当表面一层磨损以后，新的表面将继续产生当表面一层磨损以后，新的表面将继续产生加工加工硬化硬化并获得高的硬度。并获得高的硬度。高锰钢的性能高锰钢的性能69由于高锰钢具有很高的加工由于高锰钢具有很高的加工硬化能力，切削加工十分困难，硬化能力，切削加工十分困难，所以基