钢铁材料学习教案

1、钢铁(gngti)材料第一页，共74页。一、不锈钢7.6 特殊(tsh)性能钢汽车(qch)零部件材料选用举例不锈钢在汽车(qch)上的应用化油器针阀、空气压缩机阀片等第1页/共73页第二页，共74页。 1. 马氏体不锈钢 wc = 0.1% 1 .0%，wCr = 12% 18% 此类钢只在氧化(ynghu)性介质中耐蚀，而在非氧化(ynghu)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(tsh)性能钢 不锈钢按

2、正火组织不同可分为(fn wi)马氏体型、铁素体型、奥氏体型、 双相型及沉淀硬化型等五类。第2页/共73页第三页，共74页。一、不锈钢7.6 特殊(tsh)性能钢不锈钢棒汽轮机叶片透平转轮医疗器械不锈钢刀第3页/共73页第四页，共74页。一、不锈钢7.6 特殊(tsh)性能钢不锈钢餐具不锈钢碗不锈钢酒瓶 不锈钢路灯第4页/共73页第五页，共74页。一、不锈钢7.6 特殊(tsh)性能钢铁素体不锈钢水加热器第5页/共73页第六页，共74页。 广泛用于硝酸(xio sun)和氮肥工业的耐蚀件合成氨厂硝酸生产装置铁素体不锈钢制品第6页/共73页第七页，共74页。 2. 铁素体不锈钢 wc 0.15%

3、， 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(qinghu)， 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(tsh)性能钢第7页/共73页第八页，共74页。一、不锈钢7.6 特殊(tsh)性能钢1Cr17削片刀第8页/共73页第九页，共74页。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(chnshng)脆化。再加热到600快冷可消除。 相脆

4、化：在600 800长期加热(ji r)时，析出硬而脆的相。第9页/共73页第十页，共74页。 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(tsh)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(qingd)低

5、 ; 晶间腐蚀倾向大。一、不锈钢7.6 特殊(tsh)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。第10页/共73页第十一页，共74页。 常用钢种(gngzhng) 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 广泛用于化工设备及管道反应釜(316L)大型化工储罐(304)热交换器(316L)第11页/共73页第十二页，共74页。硝酸生产装置合成氨生产装置管板换热器 第12页/共73页第十三页，共74页。 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(tx)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

6、状。 发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹第13页/共73页第十四页，共74页。 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(tnggu)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(tsh)性能钢第14页/共73页第十五页，共74页。 5. 沉淀(chndin)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），

7、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(chndin)硬化不锈钢（如0Cr17Ni4Nb）、 马氏体时效不锈钢、 奥氏体 - 马氏体沉淀(chndin)硬化不锈钢（如0Cr17Ni7Al）。一、不锈钢7.6 特殊(tsh)性能钢第15页/共73页第十六页，共74页。二、耐热钢7.6 特殊(tsh)性能钢耐热钢辊耐热钢料盘耐热钢铸件第16页/共73页第十七页，共74页。航空发动机二、耐热钢7.6 特殊(tsh)性能钢发动机叶片汽轮机叶片汽车阀门第17页/共73页第十八页，共74页。二、耐热钢7.6 特殊(tsh)性能钢气轮机叶片飞机发动机过热器第18页/共73页第十九

8、页，共74页。二、耐热钢（一）性能 1. 高的热化学稳定性。 2. 高的热强性（高温(gown)强度） 蠕变极限 持久强度7.6 特殊(tsh)性能钢第19页/共73页第二十页，共74页。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(yun s) 微量稀土（RE）元素(yun s)，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(yun s)Cr、Ni、W、Mo等 第二相沉淀强化元素(yun s)V、Ti、Nb、Al 微量晶界强化元素(yun s)B与稀土RE7.6 特殊(tsh)性能钢第20页/共73页第二

9、十一页，共74页。二、耐热钢（三）常用(chn yn)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 6Mn18Al15Si2Ti7.6 特殊(tsh)性能钢第21页/共73页第二十二页，共74页。二、耐热钢（三）常用(chn yn)钢 2. 热强钢 珠光体热强钢 ：12CrMo、 15CrMoV、35CrMo 马氏体热强钢：1Cr11MoV

10、、4Cr9Si2 奥氏体热强钢：1Cr18Ni12Ti、4Cr14Ni14W2Mo7.6 特殊(tsh)性能钢第22页/共73页第二十三页，共74页。晶界和晶内的强度随温度(wnd)的变化二、耐热钢7.6 特殊(tsh)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(ciyng)粗晶金属。第23页/共73页第二十四页，共74页。涡轮机机壳钢制法兰 （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(hu hu) 组织: F+P 用途： 600以下的锅炉零件

11、、压 力容器、热交换器等 第24页/共73页第二十五页，共74页。 烟管式锅炉锅炉管第25页/共73页第二十六页，共74页。 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(dio zh) 组织： S回汽轮机叶片第26页/共73页第二十七页，共74页。 1Cr13、1Cr11MoV用于550以下(yxi)汽轮机叶片； 4Cr9Si2是汽车阀门用钢。汽车阀门锅炉安全泄压阀(2Cr13)第27页/共73页第二十八页，共74页。过热器管排过热器集箱 3. 奥氏体耐热钢 最典型钢号是1Cr18Ni9Ti

12、 Cr 提高抗氧化性 Ni 获得(hud)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 第28页/共73页第二十九页，共74页。汽车零部件材料(cilio)选用举例耐热钢在汽车上的应用(yngyng)发动机排气门常采用4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等制造二、耐热钢7.6 特殊(tsh)性能钢第29页/共73页第三十页，共74页。三、低温(dwn)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(yuling)的焊接性能与冷塑性成形性能。7.6 特殊(tsh)性能钢第30页/共73页第三十一

13、页，共74页。三、低温(dwn)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(hnling)。 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(zhngli)与常用钢号7.6 特殊性能钢第31页/共73页第三十二页，共74页。三、低温(dwn)钢7.6 特殊(tsh)性能钢第32页/共73页第三十三页，共74页。四、耐磨钢7.6 特殊(tsh)性能钢耐磨钢衬板耐磨钢锤头稀土耐磨钢第33页/共73页第三十四页，

14、共74页。球磨机四、耐磨钢7.6 特殊(tsh)性能钢颚式破碎机挖掘机第34页/共73页第三十五页，共74页。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(nngl)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(tsh)性能钢第35页/共73页第三十六页，共74页。四、耐磨钢7.6 特殊(tsh)性能钢第36页/共73页第三十七页，共74页。钢 号钢 种合金元素的主要作用热处理特点使用状态下组织Q345低合金高强度结构钢Mn:强化F，增

15、加P量，降低冷脆转变温度热轧空冷F+P65Mn弹簧钢Mn:提高淬透性，强化F淬火+中温回火T回ZGMn13耐磨钢Mn:获得单相A组织水韧处理表:M+碳化物 心:A20Cr渗碳钢Cr:提高淬透性，强化F渗碳+淬火+低温回火表: M回+颗粒状碳化物+A心: M回+F40Cr调质钢Cr:提高淬透性，强化F调质处理S回9SiCr低合金工具钢Cr:提高淬透性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A (少量)GCr15滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蚀性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A (少量)1Cr13马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性淬火+高温回火S回5CrNiMo热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强

16、化F淬火+高温回火S回Mo:防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性淬火+低温回火M回+颗粒状碳化物+A (少量)W18Cr4V高速钢V:提高耐磨性、热硬性淬火+三次560回火M回+颗粒状碳化物+A (少量)1Cr18Ni9Ti不锈钢Ti:防止晶间腐蚀固溶处理A第37页/共73页第三十八页，共74页。7.7 铸铁(zhti)一、铸铁(zhti)的石墨化二、灰铸铁(zhti)三、球墨铸铁(zhti)四、其它铸铁(zhti)第38页/共73页第三十九页，共74页。一、铸铁(zhti)的石墨化（一）铁碳合金双重(shungchng)相图7.7 铸铁(zhti)第39页/共7

17、3页第四十页，共74页。（二）石墨(shm)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(yt)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(zhti)一、铸铁的石墨化第40页/共73页第四十一页，共74页。7.7 铸铁(zhti)一、铸铁(zhti)的石墨化片状石墨： 灰铸铁 HT球状石墨： 球墨铸铁(qim-zhti)

18、QT团絮状石墨：可锻铸铁 KT蠕虫状石墨：蠕墨铸铁 RuT第41页/共73页第四十二页，共74页。（四）铸铁(zhti)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(zhjin)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(zhti)的石墨化7.7 铸铁（三）影响石墨化的因素1. 化学成分2. 温度及冷却速度第42页/共73页第四十三页，共74页。一、铸铁(zhti)的石墨化7.7 铸铁(zhti)第43页/共73页第四十四页，共74页。7.7 铸铁(zhti)二、灰铸铁灰铸铁件第44页/共73页第四十五页，共7

19、4页。二、灰铸铁（一）灰铸铁的成分(chng fn)、组织、性能特点与应用7.7 铸铁(zhti)图7-8 铸件壁厚和碳含量(hnling)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。第45页/共73页第四十六页，共74页。二、灰铸铁（一）灰铸铁的成分、组织(zzh)、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

20、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(zhjin)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(zhti)第46页/共73页第四十七页，共74页。二、灰铸铁7.7 铸铁(zhti)第47页/共73页第四十八页，共74页。二、灰铸铁7.7 铸铁(zhti)第48页/共73页第四十九页，共74页。汽车(qch)零部件材料选用举例二、灰铸铁7.7 铸铁(zhti)第49页/共73页第五十页，共74页。二、灰铸铁7.7 铸铁(zhti)

21、第50页/共73页第五十一页，共74页。第51页/共73页第五十二页，共74页。7.7 铸铁(zhti)二、灰铸铁（二）灰铸铁的热处理 灰铸铁可进行热处理，但不会(b hu)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(ji gng)性能的退火3. 表面淬火第52页/共73页第五十三页，共74页。三、球墨铸铁(qim-zhti)7.7 铸铁(zhti)球墨铸铁管件球墨铸铁零件球墨铸铁井盖第53页/共73页第五十四页，共74页。三、球墨铸铁(qim-zhti)（一）球墨铸

22、铁(qim-zhti)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(bx)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 铸铁第54页/共73页第五十五页，共74页。三、球墨铸铁(qim-zhti)7.7 铸铁(zhti)3. 球铁组织可看

23、成(kn chn)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 回火马氏体基体第55页/共73页第五十六页，共74页。4. 球铁的性能(xngnng)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(xngnng)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(xngnng)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

24、磨、耐热、耐蚀等特殊性能(xngnng)。三、球墨铸铁(qim-zhti)7.7 铸铁(zhti)第56页/共73页第五十七页，共74页。三、球墨铸铁(qim-zhti)7.7 铸铁(zhti)（二）球墨铸铁的牌号(piho)、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第57页/共73页第五十八页，共74页。三、球墨铸铁(qim-zhti)7.7 铸铁(zhti)第58页/共73页第五十九页，共74页。三、球墨铸铁(qim-zhti)7.7 铸铁(zhti)汽车(qch)零部件材料选用举例第5

25、9页/共73页第六十页，共74页。（三）球墨铸铁(qim-zhti)的热处理 1. 退火 使球墨铸铁得到F，获得(hud)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(d do)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、球墨铸铁第60页/共73页第六十一页，共74页。（三）球墨铸铁(qim-zhti)的热处理 3. 淬火+回火 得到 M回 或 S回，以提高强度、硬度和

26、耐磨性。 将铸件 加热(ji r)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(zngh)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、球墨铸铁第61页/共73页第六十二页，共74页。四、其它(qt)铸铁7.7 铸铁(zhti)第62页/共73页第六十三页，共74页。四、其它(qt)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(rn xn)较灰铸铁都有明显提高。 可锻铸铁并不可锻造。 7.7 铸铁(zhti)第63页/共73页第六十四页，共74页。四、其它(qt)铸铁 牌号中“KT”表示(biosh)“可锻”二字的汉语拼音的字头， “KTH”表示(biosh)黑心可锻铸铁， “KTZ”表示(biosh)珠光体可锻铸铁， 后面的两组数字表示(biosh)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(zhti)第64页/共73页第六十五页，共74页。四、其