材料與熱處理(項目十一)

1、項目十一項目十一 其他性能鋼其他性能鋼11.1 不銹鋼不銹鋼11.2 耐熱鋼耐熱鋼11.3 耐磨鋼耐磨鋼11.1 不銹鋼不銹鋼不銹鋼指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)不銹鋼指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)侵蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼，又稱不銹耐酸鋼。實際應(yīng)用中，常將耐侵蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼，又稱不銹耐酸鋼。實際應(yīng)用中，常將耐弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼稱弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。為耐酸鋼。下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼11.1.1金屬腐蝕的概念金屬腐蝕的概念 腐蝕是指金屬腐蝕是指金屬(或合金或合金)跟周圍接觸到的氣

2、體跟周圍接觸到的氣體(或液體或液體)反應(yīng)反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。鋼而腐蝕損耗的過程。腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種。鋼在高溫下的氧化屬于典型的化學(xué)腐蝕，而鋼在常溫下的氧化主在高溫下的氧化屬于典型的化學(xué)腐蝕，而鋼在常溫下的氧化主要是屬于電化學(xué)腐蝕。金屬抵抗高溫氧化性氣氛腐蝕的能力稱要是屬于電化學(xué)腐蝕。金屬抵抗高溫氧化性氣氛腐蝕的能力稱為抗氧化性，含有鋁、鉻、硅等元素的合金鋼在高溫時能形成為抗氧化性，含有鋁、鉻、硅等元素的合金鋼在高溫時能形成比較致密的氧化鋁、氧化鉻、氧化硅等氧化膜，能阻擋外界氧比較致密的氧化鋁、氧化鉻、氧化硅等氧化膜，能阻擋外界氧原子的進(jìn)一步擴(kuò)散

3、，提高了鋼的抗氧化性。有時利用滲鋁、滲原子的進(jìn)一步擴(kuò)散，提高了鋼的抗氧化性。有時利用滲鋁、滲鉻等表面化學(xué)熱處理方法，可使碳鋼獲得良好的抗氧化性。鉻等表面化學(xué)熱處理方法，可使碳鋼獲得良好的抗氧化性。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼1.化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬與介質(zhì)金屬與介質(zhì)(干燥氣體和非電解質(zhì)溶液干燥氣體和非電解質(zhì)溶液)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。例如的腐蝕。例如:高溫氧化、脫碳等。高溫氧化、脫碳等。2.電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕金屬在電解質(zhì)溶液金屬在電解質(zhì)溶液(即酸、堿、鹽溶液即酸、堿、鹽溶液)中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成了原電池或微電池，使金屬遭到腐蝕形成了原電池

4、或微電池，使金屬遭到腐蝕(如如圖圖11-1)。 例如，珠光體組織在硝酸酒精溶液中的腐蝕主要就是一種電例如，珠光體組織在硝酸酒精溶液中的腐蝕主要就是一種電化學(xué)腐蝕的結(jié)果。珠光體中的兩個相一鐵素體及滲碳體的電極化學(xué)腐蝕的結(jié)果。珠光體中的兩個相一鐵素體及滲碳體的電極電位不同。若將它置于硝酸酒精溶液中，鐵素體相的電極電位電位不同。若將它置于硝酸酒精溶液中，鐵素體相的電極電位較低，成為陽極而被腐蝕較低，成為陽極而被腐蝕;滲碳體相的電極電位較高，成為陰滲碳體相的電極電位較高，成為陰極而不被腐蝕。極而不被腐蝕。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼這樣就使原來已經(jīng)被拋光的磨面變得凹凸不平，如圖這樣就使原來

5、已經(jīng)被拋光的磨面變得凹凸不平，如圖11-1所所示，圖中凸出部分為滲碳體，凹陷部分為鐵素體，二者相比，示，圖中凸出部分為滲碳體，凹陷部分為鐵素體，二者相比，電極電位較高的滲碳體具有較好的耐蝕性。由兩相組成的組織電極電位較高的滲碳體具有較好的耐蝕性。由兩相組成的組織越細(xì)，所能形成的原電池數(shù)目就越多，在相同條件發(fā)生電化學(xué)越細(xì)，所能形成的原電池數(shù)目就越多，在相同條件發(fā)生電化學(xué)腐蝕時就越容易被腐蝕，即它的耐蝕性越差腐蝕時就越容易被腐蝕，即它的耐蝕性越差;反之，則耐蝕性反之，則耐蝕性越好。越好。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼11.1.2金屬的防腐措施金屬的防腐措施 電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的主要形式

6、，要提高金屬的耐蝕性，電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的主要形式，要提高金屬的耐蝕性，一方面要盡量使合金在室溫下呈單一均勻的組織一方面要盡量使合金在室溫下呈單一均勻的組織;另一方面要另一方面要提高材料本身的電極電位。通常采取以下具體措施提高材料本身的電極電位。通常采取以下具體措施:(1)覆蓋層保護(hù)，涂漆、電鍍等工藝。覆蓋層保護(hù)，涂漆、電鍍等工藝。(2)加入合金元素加入合金元素Cr, Al, Si等形成等形成Cr2O3 , SiO2,Al2O3 等等氧化膜，把金屬與介質(zhì)分開，防止進(jìn)一步腐蝕。氧化膜，把金屬與介質(zhì)分開，防止進(jìn)一步腐蝕。(3)加入合金元素加入合金元素Cr, Ni, Si等，提高金屬基體的電極電位

7、等，提高金屬基體的電極電位以保護(hù)鋼基體不被腐蝕。以保護(hù)鋼基體不被腐蝕。(4)加入合金元素加入合金元素Mn, Ni, C。等能擴(kuò)大。等能擴(kuò)大 區(qū)，可在室溫獲區(qū)，可在室溫獲得奧氏體鋼得奧氏體鋼;加入合金元素加入合金元素Cr, Mo, W, V, Ti, Si等能擴(kuò)大。等能擴(kuò)大。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼 區(qū)可在室溫獲得鐵素體鋼，這樣保持單相組織以減少形成區(qū)可在室溫獲得鐵素體鋼，這樣保持單相組織以減少形成微電池的可能性。微電池的可能性。(5)減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象:偏析、應(yīng)力、組織等。偏析、應(yīng)力、組織等。(6)鑲嵌一些比金屬或合金基體電極電位更低的

8、金屬塊，這樣鑲嵌一些比金屬或合金基體電極電位更低的金屬塊，這樣犧牲陽極保護(hù)陰極。犧牲陽極保護(hù)陰極。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼11.1.3常用不銹鋼常用不銹鋼1.鉻不銹鋼鉻不銹鋼鉻不銹鋼要有鉻不銹鋼要有1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, 1Cr17等，等，其化學(xué)成分、熱處理、力學(xué)性能如其化學(xué)成分、熱處理、力學(xué)性能如表表11-1所示。所示。Cr13型不銹鋼中得平均含鉻量為型不銹鋼中得平均含鉻量為13%，主要作用是提高鋼，主要作用是提高鋼的耐蝕性?；w中含鉻量不小于的耐蝕性。基體中含鉻量不小于11. 7%的含鉻不銹鋼能在的含鉻不銹鋼能在陽極陽極(負(fù)極負(fù)極)區(qū)域基體表

9、面上形成一層富鉻的氧化物保護(hù)膜，區(qū)域基體表面上形成一層富鉻的氧化物保護(hù)膜，用于阻礙陽極區(qū)域的反應(yīng)，并提高電極電位，減緩基體的電化用于阻礙陽極區(qū)域的反應(yīng)，并提高電極電位，減緩基體的電化學(xué)腐蝕過程，使含鉻不銹鋼獲得一定的耐蝕性。這種使金屬中學(xué)腐蝕過程，使含鉻不銹鋼獲得一定的耐蝕性。這種使金屬中陽極區(qū)域的反應(yīng)受到阻礙而使金屬耐蝕性陽極區(qū)域的反應(yīng)受到阻礙而使金屬耐蝕性(抗電化學(xué)腐蝕抗電化學(xué)腐蝕)提提高的現(xiàn)象稱為高的現(xiàn)象稱為“鈍化鈍化”。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼不銹鋼主要是在氧化性介質(zhì)中才有耐蝕作用。例如不銹鋼主要是在氧化性介質(zhì)中才有耐蝕作用。例如1Cr13, 2Cr13鋼在大氣、水蒸氣

10、中具有良好的耐蝕性，在淡水、海鋼在大氣、水蒸氣中具有良好的耐蝕性，在淡水、海水、溫度不超過水、溫度不超過30的鹽水溶、液硝酸、食品介質(zhì)以及濃度的鹽水溶、液硝酸、食品介質(zhì)以及濃度不高的有機(jī)酸中，也具有足夠的耐蝕性，但在酸性介質(zhì)中耐蝕不高的有機(jī)酸中，也具有足夠的耐蝕性，但在酸性介質(zhì)中耐蝕性卻是很低的。隨著鋼中碳含量的增加，其耐蝕性將下降，其性卻是很低的。隨著鋼中碳含量的增加，其耐蝕性將下降，其原因是原因是:鉻的碳化物鉻的碳化物(Cr, Fe)23C6。增多，基體中鉻含量減少。增多，基體中鉻含量減少;鉻碳化物與基體具有不同的電極電位，它們彼此間形成原電池，鉻碳化物與基體具有不同的電極電位，它們彼此間

11、形成原電池，隨鋼中含碳量的增加，所形成的原電池數(shù)目相應(yīng)增多。隨鋼中含碳量的增加，所形成的原電池數(shù)目相應(yīng)增多。1Cr13, 2Cr13鋼常用來制造汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、結(jié)構(gòu)鋼常用來制造汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥、結(jié)構(gòu)架、螺栓、螺帽等零件，但架、螺栓、螺帽等零件，但2Cr13鋼的強(qiáng)度稍高，而耐蝕性鋼的強(qiáng)度稍高，而耐蝕性差些。差些。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼1 C r13和和2Cr13鋼都是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用的，回火索氏體鋼都是在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用的，回火索氏體組織具有良好的綜合力學(xué)性能，其基體組織具有良好的綜合力學(xué)性能，其基體(鐵素體鐵素體)含鉻在含鉻在11. 7%以上，具有良好的耐蝕性。以上，

12、具有良好的耐蝕性。3Cr13鋼常用于制造要求彈鋼常用于制造要求彈性較好的夾持器械，如各種手術(shù)鉗及醫(yī)用鑷子等性較好的夾持器械，如各種手術(shù)鉗及醫(yī)用鑷子等;而而4Cr13鋼鋼由于其含碳量稍高，適合于制造要求較高硬度和耐磨性的外科由于其含碳量稍高，適合于制造要求較高硬度和耐磨性的外科刃具，如手術(shù)剪、手術(shù)刀等。刃具，如手術(shù)剪、手術(shù)刀等。2.鎳鉻不銹鋼鎳鉻不銹鋼 18 -8型鎳鉻不銹鋼相當(dāng)于我國標(biāo)準(zhǔn)鋼號中的型鎳鉻不銹鋼相當(dāng)于我國標(biāo)準(zhǔn)鋼號中的18 -9型鉻鎳型鉻鎳不銹鋼，在國標(biāo)中共有不銹鋼，在國標(biāo)中共有5個鋼號個鋼號:OCr18Ni9, 1Cr18Ni9, 2Cr18Ni9, OCr18Ni9Ti和和1 C

13、r18 Ni9Ti。其化學(xué)成分、。其化學(xué)成分、熱處理，力學(xué)性能及用途如熱處理，力學(xué)性能及用途如表表11-2所示。所示。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼鉻鎳不銹鋼屬于奧氏體型不銹鋼，其強(qiáng)度、硬度均很低，無磁鉻鎳不銹鋼屬于奧氏體型不銹鋼，其強(qiáng)度、硬度均很低，無磁性，塑性、韌性及耐蝕性均較性，塑性、韌性及耐蝕性均較Cr13型不銹鋼為好型不銹鋼為好;適合于冷適合于冷作成型，焊接性較好，一般采取冷加工變形強(qiáng)化措施來提高其作成型，焊接性較好，一般采取冷加工變形強(qiáng)化措施來提高其強(qiáng)度強(qiáng)度;與與C r13型鋼比較，切削加工性較差，在一定條件下會型鋼比較，切削加工性較差，在一定條件下會產(chǎn)生晶間腐蝕，應(yīng)力腐

14、蝕傾向較大。產(chǎn)生晶間腐蝕，應(yīng)力腐蝕傾向較大。 18 -8型不銹鋼中碳含量都很低，屬于超低碳范圍，耐蝕型不銹鋼中碳含量都很低，屬于超低碳范圍，耐蝕性良好。鋼中含鉻約性良好。鋼中含鉻約18%，主要作用是產(chǎn)生鈍化，提高陽極，主要作用是產(chǎn)生鈍化，提高陽極電極電位，增加耐蝕性電極電位，增加耐蝕性;含鎳約含鎳約9% ,主要作用是擴(kuò)大奧氏體主要作用是擴(kuò)大奧氏體區(qū)，降低鋼的區(qū)，降低鋼的Ms點點(降低至室溫以下降低至室溫以下)，使鋼在室溫下具有單，使鋼在室溫下具有單相的奧氏體組織相的奧氏體組織;鉻和鎳在奧氏體中的共同作用，更進(jìn)一步改鉻和鎳在奧氏體中的共同作用，更進(jìn)一步改善了鋼的耐蝕性善了鋼的耐蝕性;上一頁 下一

15、頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼 Tl的主要作用是抑制在晶界上析出的主要作用是抑制在晶界上析出(Cr, Fe)23C6 ，消除鋼的，消除鋼的晶間腐蝕傾向，鈦含量一般不大于晶間腐蝕傾向，鈦含量一般不大于0. 8%，過多時會使鋼出，過多時會使鋼出現(xiàn)鐵素體和產(chǎn)生現(xiàn)鐵素體和產(chǎn)生TiN夾雜，會降低鋼的耐蝕性。夾雜，會降低鋼的耐蝕性。為了提高為了提高18 -8型不銹鋼的性能，常用的熱處理工藝有固溶處型不銹鋼的性能，常用的熱處理工藝有固溶處理、穩(wěn)定化處理及去應(yīng)力處理等。理、穩(wěn)定化處理及去應(yīng)力處理等。(1)固溶處理固溶處理:18-8型不銹鋼在緩冷時，將在奧氏體中析出型不銹鋼在緩冷時，將在奧氏體中析出(Cr, Fe

16、)23C6 碳化物，并發(fā)生奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變，緩冷至碳化物，并發(fā)生奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變，緩冷至室溫將獲得室溫將獲得A+F (Cr, Fe)23C6,而并非單相的奧氏體組織。而并非單相的奧氏體組織。為了保證為了保證18 -8型不銹鋼具有最為良好的耐蝕性，必須設(shè)法使型不銹鋼具有最為良好的耐蝕性，必須設(shè)法使它獲得單相奧氏體組織。在生產(chǎn)上經(jīng)常對它獲得單相奧氏體組織。在生產(chǎn)上經(jīng)常對18 -8型不銹鋼進(jìn)行型不銹鋼進(jìn)行所謂的固溶處理，即將其加熱至所謂的固溶處理，即將其加熱至1 0501 150，上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼讓所有碳化物全部溶于奧氏體，然后采取水淬快冷的方法，使讓所有碳化物全部溶于奧

17、氏體，然后采取水淬快冷的方法，使奧氏體在冷卻過程中不發(fā)生析出或相變，在室溫狀態(tài)下獲得單奧氏體在冷卻過程中不發(fā)生析出或相變，在室溫狀態(tài)下獲得單相的奧氏體組織。相的奧氏體組織。(2)穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理:在固溶處理后再進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理，其目在固溶處理后再進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理，其目的就在于徹底消除晶間腐蝕傾向。穩(wěn)定化處理的加熱溫度應(yīng)該的就在于徹底消除晶間腐蝕傾向。穩(wěn)定化處理的加熱溫度應(yīng)該高于高于(Cr, Fe)23C6 。完全溶解的溫度，低于碳化鈦完全溶解。完全溶解的溫度，低于碳化鈦完全溶解的溫度，以使的溫度，以使(Cr, Fe)23C6 。完全溶解而碳化鈦部分保留。完全溶解而碳化鈦部分保留。隨后的

18、冷卻速度應(yīng)該緩慢，以便使加熱時溶于奧氏體中的那一隨后的冷卻速度應(yīng)該緩慢，以便使加熱時溶于奧氏體中的那一部分碳化鈦在冷卻時能夠充分析出。這樣，碳就幾乎全部穩(wěn)定部分碳化鈦在冷卻時能夠充分析出。這樣，碳就幾乎全部穩(wěn)定于碳化欽中于碳化欽中(穩(wěn)定化處理即由此而得名穩(wěn)定化處理即由此而得名)，而使，而使(Cr, Fe)23C6 不再析出，從而將固溶體中的含鉻量提高。不再析出，從而將固溶體中的含鉻量提高。上一頁 下一頁返回11.1 不銹鋼不銹鋼1 Cr18 Ni9Ti鋼所采用的穩(wěn)定化處理工藝一般如下鋼所采用的穩(wěn)定化處理工藝一般如下:加熱溫加熱溫度為度為850880，保溫時間為，保溫時間為6h，冷卻方式采用空冷

19、或，冷卻方式采用空冷或爐冷。爐冷。 (3)去應(yīng)力處理去應(yīng)力處理:經(jīng)過冷加工或焊接的經(jīng)過冷加工或焊接的18-8型不銹鋼都會存型不銹鋼都會存在殘余應(yīng)力，如果不設(shè)法消除，將引起應(yīng)力腐蝕，降低性能，在殘余應(yīng)力，如果不設(shè)法消除，將引起應(yīng)力腐蝕，降低性能，并導(dǎo)致早期斷裂。所以常采用去應(yīng)力處理，工藝如下并導(dǎo)致早期斷裂。所以常采用去應(yīng)力處理，工藝如下:對于消對于消除冷加工殘余應(yīng)力，經(jīng)常加熱到除冷加工殘余應(yīng)力，經(jīng)常加熱到30035 0;對于消除焊對于消除焊件殘余應(yīng)力，宜加熱至件殘余應(yīng)力，宜加熱至850以上，同時起到減輕晶間腐蝕以上，同時起到減輕晶間腐蝕傾向的作用。傾向的作用。上一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼11

20、.2.1耐熱鋼的一般概念耐熱鋼的一般概念 金屬材料的耐熱性是包含高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度的一個金屬材料的耐熱性是包含高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度的一個綜合概念。高溫抗氧化性是金屬材料在高溫下對氧化作用的抗綜合概念。高溫抗氧化性是金屬材料在高溫下對氧化作用的抗力，而高溫強(qiáng)度是金屬材料在高溫下對機(jī)械負(fù)荷作用的抗力。力，而高溫強(qiáng)度是金屬材料在高溫下對機(jī)械負(fù)荷作用的抗力。因此耐熱鋼就是在高溫下不發(fā)生氧化，并對機(jī)械負(fù)荷作用具有因此耐熱鋼就是在高溫下不發(fā)生氧化，并對機(jī)械負(fù)荷作用具有較高抗力的鋼。較高抗力的鋼。1.金屬的抗氧化金屬的抗氧化金屬的抗氧化性是保證零件長期在高溫下工作的重要條件?？菇饘俚目寡趸允潜ＷC零件

21、長期在高溫下工作的重要條件。抗氧化能力的高低主要由材料的成分決定。在鋼中加入足夠的氧化能力的高低主要由材料的成分決定。在鋼中加入足夠的Cr, Si, Al等元素，可使鋼件表面在高溫下與氧接觸時，能生等元素，可使鋼件表面在高溫下與氧接觸時，能生成致密的高熔點氧化膜，嚴(yán)密地覆蓋住鋼的表面，成致密的高熔點氧化膜，嚴(yán)密地覆蓋住鋼的表面，下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼保護(hù)鋼件免于高溫氣體的繼續(xù)腐蝕。例如鋼中含有保護(hù)鋼件免于高溫氣體的繼續(xù)腐蝕。例如鋼中含有15%的鉻的鉻時，其抗氧化溫度可高達(dá)時，其抗氧化溫度可高達(dá)900 ;若含有若含有20%25%的鉻，的鉻，則抗氧化溫度可達(dá)則抗氧化溫度可達(dá)1100。2.

22、金屬的高溫強(qiáng)度金屬的高溫強(qiáng)度金屬在高溫下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能與室溫下的力學(xué)性能有很大金屬在高溫下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能與室溫下的力學(xué)性能有很大區(qū)別。當(dāng)溫度超過再結(jié)晶溫度時，除受機(jī)械力的作用產(chǎn)生塑性區(qū)別。當(dāng)溫度超過再結(jié)晶溫度時，除受機(jī)械力的作用產(chǎn)生塑性變形和加工硬化外，同時還可發(fā)生再結(jié)晶和軟化的過程。當(dāng)工變形和加工硬化外，同時還可發(fā)生再結(jié)晶和軟化的過程。當(dāng)工作溫度高于金屬的再結(jié)晶溫度、工作應(yīng)力超過金屬在該溫度下作溫度高于金屬的再結(jié)晶溫度、工作應(yīng)力超過金屬在該溫度下的彈性極限時，隨著時間的延長，金屬將發(fā)生極其緩慢的變形，的彈性極限時，隨著時間的延長，金屬將發(fā)生極其緩慢的變形，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“蠕

23、變?nèi)渥儭?。金屬的蠕變抗力愈大，即表示金屬高。金屬的蠕變抗力愈大，即表示金屬高溫?qiáng)度愈高。溫強(qiáng)度愈高。為了提高鋼的高溫強(qiáng)度，通常采取下列措施為了提高鋼的高溫強(qiáng)度，通常采取下列措施:上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼(1)固溶強(qiáng)化。在鋼加入固溶強(qiáng)化。在鋼加入W, Mo, Nb, Ti, V等合金元素形成等合金元素形成單相固溶體，提高再結(jié)晶溫度，能進(jìn)一步提高熱強(qiáng)度。單相固溶體，提高再結(jié)晶溫度，能進(jìn)一步提高熱強(qiáng)度。(2)彌散強(qiáng)化。在鋼中加入彌散強(qiáng)化。在鋼中加入Nb , V , Ti等合金元素形成碳化等合金元素形成碳化物，在晶內(nèi)彌散析出，阻礙位錯的滑移，提高塑變抗力，提高物，在晶內(nèi)彌散析出，阻礙位

24、錯的滑移，提高塑變抗力，提高熱強(qiáng)性。熱強(qiáng)性。(3)強(qiáng)化晶界。材料在高溫下，其晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度，通強(qiáng)化晶界。材料在高溫下，其晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)強(qiáng)度，通過加入過加入Mo,Zr, V等晶界吸附元素，使晶界強(qiáng)化，從而提高等晶界吸附元素，使晶界強(qiáng)化，從而提高鋼的熱強(qiáng)性。鋼的熱強(qiáng)性。上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼11.2.2常用的耐熱鋼常用的耐熱鋼1.抗氧化鋼（不起皮鋼）抗氧化鋼（不起皮鋼） 一般鋼鐵在較高溫度下一般鋼鐵在較高溫度下(560以上以上)表面容易氧化，主要是表面容易氧化，主要是由于在高溫下生成松脆多孔的由于在高溫下生成松脆多孔的FeO，它較易剝落，最終導(dǎo)致，它較易剝落，最終導(dǎo)致零件

25、破壞。實際應(yīng)用的抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳鋼、零件破壞。實際應(yīng)用的抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅、鋁制成的。和不銹鋼一樣，含碳量增鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅、鋁制成的。和不銹鋼一樣，含碳量增多，會降低鋼的抗氧化性，故一般抗氧化鋼為低碳鋼。多用于多，會降低鋼的抗氧化性，故一般抗氧化鋼為低碳鋼。多用于制造爐用零件和熱交換器，如燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室、鍋爐吊掛、加制造爐用零件和熱交換器，如燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室、鍋爐吊掛、加熱爐底板和輥道以及爐管等。其抗氧化性取決于表面氧化層穩(wěn)熱爐底板和輥道以及爐管等。其抗氧化性取決于表面氧化層穩(wěn)定性、致密性及其與基體金屬的茹附力，其主要影響因素是化定性、致密

26、性及其與基體金屬的茹附力，其主要影響因素是化學(xué)成分。學(xué)成分。上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼(1)鉻。鉻是一種鈍化元素，含鉻鋼能在其表面形成一層致密鉻。鉻是一種鈍化元素，含鉻鋼能在其表面形成一層致密的的Cr2O3氧化膜，有效地阻擋外界氧原子的繼續(xù)擴(kuò)散。較高溫氧化膜，有效地阻擋外界氧原子的繼續(xù)擴(kuò)散。較高溫度使用的鋼材，鉻含量多大于度使用的鋼材，鉻含量多大于20%，可以形成連續(xù)而又致密，可以形成連續(xù)而又致密的氧化膜。的氧化膜。(2)硅。含硅鋼在高溫時其表面可形成一層硅。含硅鋼在高溫時其表面可形成一層SiO2薄膜，能提薄膜，能提高抗氧化性高抗氧化性;但過量的硅會惡化鋼的熱加工工藝性能。但過量

27、的硅會惡化鋼的熱加工工藝性能。(3)鋁。鋁和硅都是比較經(jīng)濟(jì)的提高抗氧化牲的元素。含鋁鋼鋁。鋁和硅都是比較經(jīng)濟(jì)的提高抗氧化牲的元素。含鋁鋼在其表面形成在其表面形成Al2O3薄膜，與薄膜，與Cr2O3相似，能起很好的保護(hù)作相似，能起很好的保護(hù)作用。含鋁用。含鋁6%可使鋼在可使鋼在980具有較好的抗氧化性具有較好的抗氧化性;含鋁含鋁5%的鐵錳鋁奧氏體鋼可在的鐵錳鋁奧氏體鋼可在800長期使用長期使用;過高的鋁量會使鋼的過高的鋁量會使鋼的沖壓性能和焊接性能變壞。沖壓性能和焊接性能變壞。上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼(4)稀土元素。斕、缽等稀土元素可進(jìn)一步提高含鉻鋼的抗氧稀土元素。斕、缽等稀土元

28、素可進(jìn)一步提高含鉻鋼的抗氧化性，因為它們會降低化性，因為它們會降低Cr2O3揮發(fā)性，改善氧化膜組成，使其揮發(fā)性，改善氧化膜組成，使其變?yōu)楦臃€(wěn)定的變?yōu)楦臃€(wěn)定的(Cr,La) 2 O3，而且可促進(jìn)鉻的擴(kuò)散，有助，而且可促進(jìn)鉻的擴(kuò)散，有助于形成于形成Cr2O3。 實際上應(yīng)用的抗氧化鋼大多是在鉻鋼、鉻鎳鋼或鉻錳氮鋼基實際上應(yīng)用的抗氧化鋼大多是在鉻鋼、鉻鎳鋼或鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅或鋁而配制成的。常用抗氧化鋼如礎(chǔ)上添加硅或鋁而配制成的。常用抗氧化鋼如表表11-3所示。所示。2.熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼所謂熱強(qiáng)鋼是指在高溫下具有一定的抗氧化能力、較高的強(qiáng)度所謂熱強(qiáng)鋼是指在高溫下具有一定的抗氧化能力、較高的強(qiáng)度以及良

29、好的組織穩(wěn)定性的鋼。熱強(qiáng)鋼添加的合金元素，如鉻、以及良好的組織穩(wěn)定性的鋼。熱強(qiáng)鋼添加的合金元素，如鉻、鎳、鑰、鎢、硅等，除具有提高高溫強(qiáng)度的作用外，還可提高鎳、鑰、鎢、硅等，除具有提高高溫強(qiáng)度的作用外，還可提高高溫抗氧化性。汽輪機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)的轉(zhuǎn)子和葉片、鍋爐高溫抗氧化性。汽輪機(jī)、燃?xì)鈾C(jī)的轉(zhuǎn)子和葉片、鍋爐上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼過熱器、高溫工作的螺栓、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣閥等均用此類鋼制過熱器、高溫工作的螺栓、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)、排氣閥等均用此類鋼制造。常見的鋼種有珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼等。造。常見的鋼種有珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼等。(1)珠光體型鋼。這類鋼在珠光體型鋼。這類鋼在3506

30、00范圍使用，所含合范圍使用，所含合金元素最少，主要有金元素最少，主要有Cr, Mo, V等，其總量一般不超過等，其總量一般不超過3%5% o Cr主要用以提高鋼的抗氧化性，在主要用以提高鋼的抗氧化性，在15CrMo, 12Cr1MoV鋼中含鋼中含1. 0%左右的鉻還能提高鋼的再結(jié)晶溫左右的鉻還能提高鋼的再結(jié)晶溫度度;V的作用除提高鋼的再結(jié)晶溫度外，通過形成細(xì)小彌散的的作用除提高鋼的再結(jié)晶溫度外，通過形成細(xì)小彌散的碳化物來提高鋼的高溫強(qiáng)度。碳化物來提高鋼的高溫強(qiáng)度。 珠光體鋼的熱處理，一般是正火珠光體鋼的熱處理，一般是正火(Ae3 + 50)，以及隨，以及隨后的高于使用溫度后的高于使用溫度10

31、0的回火。正火所獲得的組織是鐵素的回火。正火所獲得的組織是鐵素體體+索氏體，經(jīng)過高溫回火，可增加組織的穩(wěn)定性。索氏體，經(jīng)過高溫回火，可增加組織的穩(wěn)定性。上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼使合金元素在鐵素體和碳化物之間進(jìn)行合理化分布，以充分發(fā)使合金元素在鐵素體和碳化物之間進(jìn)行合理化分布，以充分發(fā)揮合金元素的作用。實踐證明，珠光體鋼在正火高溫回火狀態(tài)揮合金元素的作用。實踐證明，珠光體鋼在正火高溫回火狀態(tài)比退火或淬火回火狀態(tài)具有較高的蠕變抗力。比退火或淬火回火狀態(tài)具有較高的蠕變抗力。 常用的珠光體鋼有常用的珠光體鋼有15CrMo, 12Cr1MoV等，廣泛用于等，廣泛用于高、中壓蒸汽鍋爐的受熱

32、管，過熱器等材料。其化學(xué)成分、熱高、中壓蒸汽鍋爐的受熱管，過熱器等材料。其化學(xué)成分、熱處理、力學(xué)性能及用途見處理、力學(xué)性能及用途見表表11-4。 (2)馬氏體型鋼這類鋼在低于馬氏體型鋼這類鋼在低于620范圍內(nèi)使用。范圍內(nèi)使用。1Cr13鋼鋼的碳含量較低，其熱強(qiáng)性比的碳含量較低，其熱強(qiáng)性比2Cr13鋼稍高，常用作汽輪機(jī)葉鋼稍高，常用作汽輪機(jī)葉片。片。1Cr13可在可在450475使用，而使用，而2Cr13只能用到只能用到400450。上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼1Cr11MoV和和1 Cr12 WMoV鋼是在鋼是在1 C r13和和2Cr13鋼鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的馬氏體鋼，這類熱強(qiáng)鋼具

33、有較好的熱強(qiáng)性、基礎(chǔ)上發(fā)展起來的馬氏體鋼，這類熱強(qiáng)鋼具有較好的熱強(qiáng)性、組織穩(wěn)定性及工藝性。組織穩(wěn)定性及工藝性。1Cr11MoV鋼適宜于制造鋼適宜于制造540以下以下汽輪機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、增壓器葉片汽輪機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、增壓器葉片;1Cr12WtnoV鋼鋼適宜于制造適宜于制造680以下汽輪機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片。以下汽輪機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片。 Cr, Mo, V在馬氏體鋼中的作用與在珠光體鋼中的作用相在馬氏體鋼中的作用與在珠光體鋼中的作用相同，而同，而W也是鐵素體形成元素，它是通過顯著提高鋼的再結(jié)也是鐵素體形成元素，它是通過顯著提高鋼的再結(jié)晶溫度，以及析出較穩(wěn)定的第二相來提高鋼的熱強(qiáng)性。由

34、于晶溫度，以及析出較穩(wěn)定的第二相來提高鋼的熱強(qiáng)性。由于Mo, W, V等元素都為鐵素體形成元素，加入過多會形成脆等元素都為鐵素體形成元素，加入過多會形成脆性相，對加工不利，還使韌性降低，有時反而損害熱強(qiáng)性，因性相，對加工不利，還使韌性降低，有時反而損害熱強(qiáng)性，因而在馬氏體鋼中所含這些元素都是少量的。而在馬氏體鋼中所含這些元素都是少量的。上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼馬氏體鋼都是經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理后在回火索氏體狀態(tài)下使用的。馬氏體鋼都是經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理后在回火索氏體狀態(tài)下使用的。1 Cr13和和2Cr13馬氏體熱強(qiáng)鋼的熱處理，與不銹鋼不同之處，馬氏體熱強(qiáng)鋼的熱處理，與不銹鋼不同之處，是淬火后

35、采用較高的回火溫度是淬火后采用較高的回火溫度(650750)以保證在回以保證在回火溫度下組織和性能的穩(wěn)定性?；饻囟认陆M織和性能的穩(wěn)定性。1 Cr11MoV馬氏體熱強(qiáng)鋼馬氏體熱強(qiáng)鋼的調(diào)質(zhì)熱處理工藝的調(diào)質(zhì)熱處理工藝:1050油冷，油冷，720740高溫回火高溫回火(空冷或油冷空冷或油冷)。這類鋼處理后所得熱強(qiáng)性比珠光體熱強(qiáng)鋼要。這類鋼處理后所得熱強(qiáng)性比珠光體熱強(qiáng)鋼要高得多。高得多。 此外，此外，4Cr9Si2 , 4Cr10Si2M。等鉻硅鋼是另一類馬氏。等鉻硅鋼是另一類馬氏體熱強(qiáng)鋼。它們屬于中碳高合金鋼。鋼中碳含量提高到體熱強(qiáng)鋼。它們屬于中碳高合金鋼。鋼中碳含量提高到0. 40，主要是為了獲得高

36、的耐磨性主要是為了獲得高的耐磨性;鋼中加入鉻和硅，使其具有高的鋼中加入鉻和硅，使其具有高的抗氧化性和抵抗燃燒氣體腐蝕的能力抗氧化性和抵抗燃燒氣體腐蝕的能力;上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼加入少量的加入少量的Mo,有利于減小鋼的回火脆性，并提高熱強(qiáng)性。這有利于減小鋼的回火脆性，并提高熱強(qiáng)性。這兩種鋼經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)處理后，具有高的熱強(qiáng)性、組織穩(wěn)定性以兩種鋼經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)處理后，具有高的熱強(qiáng)性、組織穩(wěn)定性以及耐磨性。及耐磨性。4Cr9Si2鋼主要用來制造工作溫度在鋼主要用來制造工作溫度在650以下以下的內(nèi)燃機(jī)排氣閥，也可用來制造工作溫度在的內(nèi)燃機(jī)排氣閥，也可用來制造工作溫度在800以下，受以下

37、，受力較小的構(gòu)件，如過熱器吊架等。力較小的構(gòu)件，如過熱器吊架等。4Cr10Si2Mo鋼比鋼比4Cr9Si2鋼含有較多的鉻和鑰，其性能比較好，而且使回火鋼含有較多的鉻和鑰，其性能比較好，而且使回火脆性傾向有所減弱，常用來制造某些航空發(fā)動機(jī)的排氣閥，亦脆性傾向有所減弱，常用來制造某些航空發(fā)動機(jī)的排氣閥，亦可用來制造加熱爐構(gòu)件。常見馬氏體型熱強(qiáng)鋼的化學(xué)成分、熱可用來制造加熱爐構(gòu)件。常見馬氏體型熱強(qiáng)鋼的化學(xué)成分、熱處理及力學(xué)性能見處理及力學(xué)性能見表表11-5。上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼 (3)奧氏體型鋼。這類熱強(qiáng)鋼在奧氏體型鋼。這類熱強(qiáng)鋼在600700溫度范圍內(nèi)溫度范圍內(nèi)使用，含大量的合

38、金元素，尤其是含有較多的使用，含大量的合金元素，尤其是含有較多的Cr和和Ni元素，元素，其總量大大超過其總量大大超過10%。廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空、。廣泛應(yīng)用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空、艦艇、火箭、電爐石油及化工等工業(yè)部門中，常用的奧氏體鋼艦艇、火箭、電爐石油及化工等工業(yè)部門中，常用的奧氏體鋼有有1Cr18Ni9Ti, 4Cr14Ni14W2M。等。等。 1 Cr18Ni9Ti既是奧氏體不銹鋼，又是一種廣泛應(yīng)用的奧既是奧氏體不銹鋼，又是一種廣泛應(yīng)用的奧氏體熱強(qiáng)鋼，其抗氧化性可達(dá)氏體熱強(qiáng)鋼，其抗氧化性可達(dá)700900 0C , 600左左右有足夠的熱強(qiáng)性，在鍋爐及汽輪機(jī)制造方面常用來生產(chǎn)

39、右有足夠的熱強(qiáng)性，在鍋爐及汽輪機(jī)制造方面常用來生產(chǎn)610以下的過熱器管道及構(gòu)件等。鋼中約含以下的過熱器管道及構(gòu)件等。鋼中約含18%的鉻，主的鉻，主要用于提高鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性要用于提高鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性;約含約含9%的鎳，主要用以的鎳，主要用以形成穩(wěn)定的奧氏體組織。鉻鎳奧氏體鋼組織穩(wěn)定，高溫下形成穩(wěn)定的奧氏體組織。鉻鎳奧氏體鋼組織穩(wěn)定，高溫下上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼長期使用也不會脆化。欽形成碳化物的能力很強(qiáng)烈，與釩有類似長期使用也不會脆化。欽形成碳化物的能力很強(qiáng)烈，與釩有類似的作用，通過形成細(xì)小彌散的碳化物來提高鋼的高溫強(qiáng)度。的作用，通過形成細(xì)小彌散的碳化物來提高鋼的高溫強(qiáng)

40、度。 奧氏體鋼的熱處理主要是固溶處理，即加熱至奧氏體鋼的熱處理主要是固溶處理，即加熱至1 000以上，以上，保溫一定時間，隨后水冷或空冷。隨著合金元素含量的提高，固保溫一定時間，隨后水冷或空冷。隨著合金元素含量的提高，固溶處理的加熱溫度也須適當(dāng)提高。作為耐熱鋼使用時，固溶處理溶處理的加熱溫度也須適當(dāng)提高。作為耐熱鋼使用時，固溶處理后，還要進(jìn)行高于使用溫度約后，還要進(jìn)行高于使用溫度約60100的時效處理，以進(jìn)的時效處理，以進(jìn)一步穩(wěn)定組織一步穩(wěn)定組織;有時還通過強(qiáng)化相的沉淀析出，提高鋼的強(qiáng)度。有時還通過強(qiáng)化相的沉淀析出，提高鋼的強(qiáng)度。 4Cr14Ni14W2Mo是是14-14-2型奧氏體鋼，其化學(xué)

41、成分型奧氏體鋼，其化學(xué)成分為為: wc = 0. 40%0. 50%， wCr =13. 0%15.0%， wNi =13. 0%15.0%， wW =2. 0%2. 75%， wMo = 0. 25%0. 40%。由于鋼中合金元素的影響，使其熱強(qiáng)。由于鋼中合金元素的影響，使其熱強(qiáng)性、性、上一頁 下一頁返回11.2 耐熱鋼耐熱鋼 組織穩(wěn)定性及抗氧化性均比組織穩(wěn)定性及抗氧化性均比4Cr9Si2和和4 Cr10 Sit Mo等馬氏體熱強(qiáng)鋼要高，主要用于制造工作溫度高于等馬氏體熱強(qiáng)鋼要高，主要用于制造工作溫度高于650的的航空、船舶、載重汽車的內(nèi)燃機(jī)排氣閥。常見奧氏體型熱強(qiáng)鋼航空、船舶、載重汽車的內(nèi)

42、燃機(jī)排氣閥。常見奧氏體型熱強(qiáng)鋼的化學(xué)成分、熱處理及力學(xué)性能見的化學(xué)成分、熱處理及力學(xué)性能見表表11-6。 以上介紹的耐熱鋼僅適用于以上介紹的耐熱鋼僅適用于650700以下的工作溫度。以下的工作溫度。如果零件的工作溫度超過如果零件的工作溫度超過700 ，則應(yīng)考慮選用鎳基、鉆基，則應(yīng)考慮選用鎳基、鉆基等耐熱合金等耐熱合金;工作溫度超過工作溫度超過900可考慮選用妮基、鑰基、陶可考慮選用妮基、鑰基、陶瓷合金等。瓷合金等。上一頁返回11.3 耐磨鋼耐磨鋼耐磨鋼主要指在沖擊載荷和摩擦條件下產(chǎn)生沖擊硬化而具有高耐磨鋼主要指在沖擊載荷和摩擦條件下產(chǎn)生沖擊硬化而具有高耐磨性的高錳鋼。耐磨性的高錳鋼。下一頁返回

43、11.3 耐磨鋼耐磨鋼13.3.1耐磨鋼的化學(xué)成分耐磨鋼的化學(xué)成分其主要化學(xué)成分是其主要化學(xué)成分是 wc =1. 0%1. 3%， wMn =11% 14%， wS 0.05 %， wD 0. 12%，常見的牌號為常見的牌號為ZGMn13。由于高錳鋼鑄件的鑄態(tài)組織中存在。由于高錳鋼鑄件的鑄態(tài)組織中存在著大量的碳化物，因而表現(xiàn)出硬而脆、耐磨性差的特性，只能著大量的碳化物，因而表現(xiàn)出硬而脆、耐磨性差的特性，只能鑄造成型后使用。鑄造成型后使用。上一頁 下一頁返回11.3 耐磨鋼耐磨鋼11.3.2 耐磨鋼的熱處理特點耐磨鋼的熱處理特點 實踐證明，高錳鋼只有在全部獲得奧氏體組織時才呈現(xiàn)出實踐證明，高錳鋼

44、只有在全部獲得奧氏體組織時才呈現(xiàn)出最為良好的韌性和耐磨性。為了使高錳鋼全部獲得奧氏體組織，最為良好的韌性和耐磨性。為了使高錳鋼全部獲得奧氏體組織，經(jīng)常對高錳鋼進(jìn)行經(jīng)常對高錳鋼進(jìn)行“水韌處理水韌處理”，其方法是把鋼加熱至臨界點，其方法是把鋼加熱至臨界點溫度以上溫度以上(在在1 0501 100 )，保溫一定的時間，使鋼，保溫一定的時間，使鋼中碳化物全部溶入奧氏體，然后迅速地把鋼浸淬于水中進(jìn)行冷中碳化物全部溶入奧氏體，然后迅速地把鋼浸淬于水中進(jìn)行冷卻。由于冷卻速度非?？?，碳化物來不及從奧氏體中析出，因卻。由于冷卻速度非常快，碳化物來不及從奧氏體中析出，因而保持了均勻的奧氏體狀態(tài)。水韌處理后，高錳鋼的組織為單而保持了均勻的奧氏體狀態(tài)。水韌處理后，高錳鋼的組織為單一的奧氏體，其硬度并不高，為一的奧氏體，其硬度并不高，為180 HBS 220HBS左右。左右。當(dāng)它在受到劇烈的沖擊或較大壓力作用時，表面層的奧氏體將當(dāng)