航空工程材料课件 20-特殊性能钢

5-3特殊性能钢课前回顾任务实施1.合金调质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢，三者的性能要求、成分特点、热处理和组织特点分别是什么？2.合金工具钢可分为哪几类？怎样编号的（9SiCr）？3.刃具钢和模具钢的性能要求和热处理组织分别是什么？知识目标1.了解不锈钢的性能特点及常用不锈钢种类；2.了解耐热钢的性能特点；3.了解超高强度钢的性能特点和在飞机上的应用。能力目标会根据零件性能要求选择合适的合金钢。教学目标素质目标1.工匠精神；2.保密意识。根据日常的生活经验，回答以下问题：

（1）什么是不锈钢？不锈钢是不是永不生锈？

（2）不锈钢在日常生活中有哪些应用？你知道几种不锈钢？新课导入：“千年不锈”的越王勾践剑特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。本节只介绍不锈钢和耐热钢。一、不锈钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。1.金属的腐蚀金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。

化工管道的腐蚀管内壁的高温腐蚀减薄不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。Fe：阳极，电极电位低，易腐蚀。C：阴极，电极电位高，不易腐蚀。防止电化学腐蚀的措施：①获得均匀的单相组织。②提高合金的电极电位。③使表面形成致密的钝化膜。一、不锈钢一、不锈钢不锈钢304和316的区别不锈钢304：06Cr19Ni10不锈钢316：在不锈钢304的基础上添加了2%的Mo元素

使其耐蚀性、和高温强度有较大的提高，耐高温可达到1200-1300度，可在苛刻的条件下（海洋环境）使用。

含有18％以上的铬和8％以上的镍；耐高温800℃，具有加工性能好，韧性高的特点，广泛使用于工业和家具装饰行业和食品医疗行业。但是需要注意的是，食品级304不锈钢跟普通的304不锈钢相比，它的含量指标更加严格。2.不锈钢中合金元素的作用（1）低碳：碳高，则降低耐蚀性。（2）Cr：是提高耐蚀性的主要元素①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜；②Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织；③提高基体电极电位。（3）Ni：获得单相奥氏体组织。（4）Mo：耐有机酸腐蚀。（5）Ti，Nb：

防止奥氏体钢晶间腐蚀。一、不锈钢3.表示方法：由“数字+合金元素符号+数字”组成。数字表示的是碳的质量分数（千分之几），合金元素的表示方法与其它合金钢的表示方法相同。当Wc≤0.03%和0.08%时，在牌号前分别冠以“00”和“0”。一、不锈钢4.不锈钢的种类：马氏体不锈钢：主要是Cr13型不锈钢：钢号为1Cr13---4Cr13，随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。如：1Cr13、2Cr13：热处理：淬火+高温回火使用状态下的组织：S回一、不锈钢4.不锈钢的种类马氏体不锈钢：1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。一、不锈钢4.不锈钢的种类马氏体不锈钢：如：3Cr13、4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织：M回。具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。不锈钢刀医疗器械一、不锈钢4.不锈钢的种类铁素体不锈钢：典型钢号如：0Cr13、1Cr17等。成分：高铬低碳

无α↔γ相变，不能进行热处理强化。组织：单相铁素体1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器一、不锈钢4.不锈钢的种类铁素体不锈钢：用途：广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。合成氨厂铁素体不锈钢制品硝酸生产装置一、不锈钢4.不锈钢的种类奥氏体不锈钢：主要是18-8（18Cr-9Ni）型不锈钢。性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性，无磁性。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。不锈钢带一、不锈钢4.不锈钢的种类奥氏体不锈钢：常用钢种：为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。广泛用于化工设备及管道。热交换器(316L)大型化工储罐(304)反应釜(316L)一、不锈钢4.不锈钢的种类不锈钢种类常见牌号用途马氏体不锈钢1Cr13、2Cr133Cr13、4Cr13汽轮机叶片；医疗器械、量具，如不锈钢刀/手术刀铁素体不锈钢0Cr13、1Cr17硝酸和氮肥工业的耐蚀件奥氏体不锈钢1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti化工设备及管道一、不锈钢回答以下问题：（1）耐热钢的高温稳定性主要是指哪方面的性能？（2）哪些领域会用到耐热钢？二、耐热钢二、耐热钢1.性能要求高的抗氧化性：指钢在高温下对氧化作用的抗力。高的热强性：热强性是指金属在高温下的强度。气轮机叶片成分特点：Wc=0.1%~0.2%，在钢中加入Cr、Mo、Nb、V、W、Ti及N等元素。2.常用耐热钢珠光体耐热钢常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高热强性(T再)；V弥散强化。飞机发动机过热器二、耐热钢2.常用耐热钢珠光体耐热钢用途：600℃以下的锅炉零件，压力容器，热交换器等。烟管式锅炉锅炉管二、耐热钢马氏体耐热钢常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性；Mo提高热强性V弥散强化。热处理：调质。组织：S回。汽轮机叶片二、耐热钢马氏体耐热钢汽轮机叶片用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃以下汽轮机叶片；4Cr9Si2是汽车阀门用钢。汽车阀门锅炉安全泄压阀(2Cr13)二、耐热钢汽轮机叶片奥氏体耐热钢最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。Cr的作用是提高抗氧化性；Ni的作用是获得单相奥氏体；Ti的作用是弥散强化。组织：单相A。用途：主要用于过热器管道等。过热器管排过热器集箱二、耐热钢汽轮机叶片耐热钢种类常见牌号用途珠光体耐热钢15CrMo、12Cr1MoV600℃以下的锅炉零件，压力容器，热交换器马氏体耐热钢1Cr13、1Cr11MoV；4Cr9Si2550℃以下汽轮机叶片；汽车阀门用钢奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti过热器管道二、耐热钢汽轮机叶片类别牌号用途举例用途特点性能特点成分特点奥氏体型4Cr14Ni14W2Mo有较高的热强性，用于内燃机重负荷排气阀。常用于制造工作温度大于600℃的内燃机排气阀、紧固件、锅炉和汽轮机钢管等。热强性、组织稳定性和抗氧化性均较好。合金元素含量很高3Cr18Mn12Si2N有较高的高温强度、一定的抗氧化性，较好的抗硫、抗增碳性，用于吊挂支架、渗碳炉构件等。铁素体型0Cr13Al因冷却硬化少，作燃气透平压缩机叶片、退火箱、淬火台架等。900℃以下工作的耐氧化零件，如散热器等。耐氧化性好主要含有合金元素铬1Cr17作900℃以下耐氧化部件、散热器、炉用部件、油喷嘴等。二、耐热钢汽轮机叶片类别牌号用途举例用途特点性能特点成分特点马氏体型4Cr9Si2有较高的热强性，作内燃机进气阀、轻负荷发动机排气阀等。用于制造在650℃以下，承受较大载荷的零件，如汽轮机叶片、内燃机排气阀等。抗氧化性和热强性均好含有较多的铬1Cr13作480℃以下汽轮机叶片、过热器管等。沉淀硬化型

0Cr17Ni4Cu4Nb作燃气透平压缩机叶片、燃气透平发动机绝缘材料等。

二、耐热钢三、超高强度钢汽轮机叶片超高强度钢是指：屈服强度>1300MPa；抗拉强度>1400MPa的钢。成分特点：Wc=0.3%~0.4%，主加合金元素是Mn、Cr、Si、Ni等性能特点：具有超高强度、高韧性、抗疲劳相结合的良好综合力学性能。热处理特点：等温淬火/淬火+低温回火用途：主要用于制造飞机大梁和起落架三、超高强度钢汽轮机叶片保密意识汽轮机叶片1.分类低合金超高强度钢调质钢成分+合金化+淬火与低温回火组织：M回火或B下中合金超高强度钢热锻模具钢成分+合金化+高温回火组织：S回火（T）或M回火高合金超高强度钢马氏体时效钢、超高强度不锈钢等。三、超高强度钢汽轮机叶片2.低合金超高强度钢凡含合金元素总量不超过5%，用M回火或B下作为其使用组织，经过热处理后抗拉强度大于1400Mpa，均可称为低合金超高强度钢。3.典型代表：

30CrMnSiNi2A（40CrMnSiMoVA）

飞机起落架

AISI4340(40CrNiMo)F-15\F-16\波音767起落架

300M钢（43CrNiSiMoV）歼-8起落架

D6AC（美国牌号）--45CrNiMoV--低合金超高强度钢发动机壳体

三、超高强度钢重点内容不锈钢种类常见牌号用途马氏体不锈钢1Cr13、2Cr133Cr13、4Cr13汽轮机叶片；医疗器械、量具，如不锈钢刀/手术刀铁素体不锈钢0Cr13、1Cr17硝酸和氮肥工业的耐蚀件奥氏体不锈钢1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti化工设备及管道重点内容耐热钢种类常见牌号用途珠光体耐热钢15CrMo、12Cr1MoV600℃以下的锅炉零件，压力容器，热交换器马氏体耐热钢1Cr13、1Cr11MoV；4Cr9Si2550℃以下汽轮机叶片；汽车阀门用钢奥氏体耐热钢1Cr18Ni9Ti过热器管道重点内容超高强度钢种类成分和热处理组织或用途低合金超高强度钢调质钢成分+合金化+淬火与低温回火回火