材料金相組織課件

金屬材料學(xué)基礎(chǔ)1精選課件ppt4目錄51234

熱處理金屬的結(jié)晶金相試驗金相識別合金相圖

2精選課件ppt使用-焊接、工況引言化學(xué)成分制造工藝-熱處理組織結(jié)構(gòu)材料綜合性能3精選課件ppt引言2013年7月30日，某廠加氫裂化裝置空冷入口管線，在充氫氣升壓過程中，一處彎頭開裂，引發(fā)著火。φ609.6×36mm。S22054精選課件ppt引言熱影響區(qū)裂紋5精選課件ppt雙相不銹鋼（2205）的焊道與腐蝕介質(zhì)接觸側(cè)要先焊。引言2205雙相不銹鋼接頭先焊6精選課件ppt引言PTA甲苯蒸餾塔焊縫腐蝕形貌材質(zhì)：2205介質(zhì)：對苯二甲酸、苯甲酸工作溫度：202℃分析原因引言7精選課件ppt廣義講，金屬從一種原子排列狀態(tài)到另一種原子規(guī)則排列狀態(tài)的轉(zhuǎn)變叫金屬的結(jié)晶。一.金屬的結(jié)晶金屬從液態(tài)過渡到固體晶態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為一次結(jié)晶。而把金屬從一種固體晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N固體晶態(tài)的過程稱為二次結(jié)晶或重結(jié)晶。8精選課件ppt金屬的結(jié)晶就是原子排列狀態(tài)的改變。結(jié)構(gòu)不同，材料的性能就會存在差異。金屬晶格最常見有三種：面心立方晶格、體心立方晶格、密排六方晶格。一.金屬的結(jié)晶面心立方堆積模型和密排六方堆積模型是致密度最高的，體心立方堆積的致密度一般；致密度高，塑性高。體心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格9精選課件ppt純鐵的結(jié)晶過程一.金屬的結(jié)晶

冷卻曲線中T0為熔點,Tn為開始結(jié)晶溫度。曲線中abc段為液態(tài)金屬逐漸冷卻,bc段溫度低于理論結(jié)晶溫度,這種現(xiàn)象稱為過冷現(xiàn)象。T0與Tn之差叫做過冷度。結(jié)晶的條件：一定的過冷度。

純鐵凝固結(jié)晶時的溫度-時間曲線abc10精選課件ppt純鐵的結(jié)晶過程一.金屬的結(jié)晶純鐵冷卻曲線

純鐵凝固后，在不同的溫度下，有著不同的晶格結(jié)構(gòu)。這種在固態(tài)下由于溫度改變而發(fā)生晶格改變的現(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬結(jié)晶類似，也包含晶核的形成與長大。從曲線可知，從液相凝固得到的是體心立方晶格的鐵，稱為δ-Fe。在1394℃時發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂忻嫘牧⒎骄Ц竦蔫F，γ-Fe。當(dāng)溫度降至912℃時，繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂畜w心立方晶格的鐵，α-Fe。δ鐵(δ-Fe)

<------>γ鐵(γ-Fe)

<------>α鐵(α-Fe)1394℃912℃11精選課件ppt一.金屬的結(jié)晶純金屬結(jié)晶過程金屬的結(jié)晶包括兩個基本過程：形核與長大。12精選課件ppt一.金屬的結(jié)晶

晶體長大的形態(tài)等軸晶：晶粒在各方向上尺寸相差較小的晶粒。固液界面能夠在空間各個方向自由遷移。組織性能好，通過退火工藝可以獲得。

柱狀晶：結(jié)晶時只能在空間中的一個方向自由遷移，其他兩個方向受限制；這種組織的材料的性能有了方向性，避免產(chǎn)生這種組織。晶體在空間中的主要有兩種形態(tài)。等軸晶柱狀晶13精選課件ppt晶粒度：表示晶粒大小的尺度。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度共分8級，1-4級為粗晶粒，粗于1級為晶粒粗大，5-8級為細晶粒，8級以上為超細晶粒。同一成分的金屬，晶粒愈細，其強度、硬度愈高，而且塑性和韌性愈好。

晶粒度較大，晶界多，腐蝕敏感性大，所以要求母材雜質(zhì)含量低。

從要求高的持久強度和抗氧化性出發(fā)，希望高溫合金晶粒度略微粗大一些。(熱強性）例：ASMESA213-2007《鍋爐、過熱器和換熱器用無縫鐵素體和奧氏體合金鋼管》對347H要求有7級或更粗的晶粒度。一.金屬的結(jié)晶14精選課件ppt一.金屬的結(jié)晶晶粒粗大與細化晶粒

晶粒粗大：

金屬凝固或加熱到相變溫度以上、或在奧氏體再結(jié)晶區(qū)變形時，再結(jié)晶后停留時間長、冷卻速度慢使晶粒集聚長大。

粗大奧氏體晶粒造成固態(tài)相變后鐵素體晶粒粗大。（組織遺傳）

焊接時大線能量，就可能使焊接接頭組織的晶粒粗大。

熱處理加熱溫度過高，高溫停留時間過長，如固溶處理不當(dāng)。鋼材內(nèi)部缺陷之一，表現(xiàn)為金屬晶粒比正常生產(chǎn)條件下獲得的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的晶粒尺寸粗大。鋼材由于生產(chǎn)不當(dāng)，奧氏體或室溫組織均能出現(xiàn)粗大晶粒，這種組織使強度、塑性和韌性降低、疲勞性能下降。

15精選課件ppt一.金屬的結(jié)晶晶粒粗大與細化晶粒

過燒組織過熱組織過熱組織：鋼因加熱溫度超過Ac3線很多或在高溫下停留時間很長而形成的以晶粒粗大為特征的金屬組織。16精選課件ppt一.金屬的結(jié)晶晶粒粗大與細化晶粒

細化晶粒（控制形核率+控制溫度）在原材料冶煉時，加入一些細化晶粒元素（Nb、Ti)。采用適當(dāng)?shù)淖冃纬潭群妥冃螠囟纫材苓_到細化晶粒的目的。（鍛軋）采用正火（退火）等熱處理工藝，產(chǎn)生相變重結(jié)晶的方法來細化晶粒。在結(jié)晶過程中，采用機械振動、超聲波振動、電磁攪拌，也可使晶粒細化。（破碎）17精選課件ppt

焊接過程是一個快速加熱冷卻過程，在這一過程中，焊接接頭組織將發(fā)生變化，包括熱影響區(qū)的相變、晶粒粗化和焊縫內(nèi)的凝固結(jié)晶過程。從而導(dǎo)致焊接接頭的性能與基體有較大差異，成為焊接結(jié)構(gòu)中的薄弱部位。一.金屬的結(jié)晶晶粒粗大與細化晶粒

18精選課件ppt一.金屬的結(jié)晶一次結(jié)晶（液相-固相）直接影響金屬材料組織性能，特別是焊接過程中許多缺陷，包括夾渣、氣孔、夾雜物偏析等，也都是在熔化結(jié)晶過程中產(chǎn)生的，因而了解金屬結(jié)晶過程對控制焊接質(zhì)量具有十分重要的意義。19精選課件ppt奧氏體不銹鋼由于其導(dǎo)熱系數(shù)率低，散熱慢，在加工和焊接時易出現(xiàn)受熱部位高溫停留時間過長，導(dǎo)致局部晶粒粗大。此類材料焊接應(yīng)特別注意控制返修次數(shù)。二次返修時應(yīng)將原焊口割除。知識點對成品奧氏體晶粒粗大后能否恢復(fù)？

20精選課件ppt成品奧氏體晶粒粗大后能否恢復(fù)？

奧氏體材質(zhì)的設(shè)備或管道在使用過程中如果發(fā)生晶粒粗大，將會對使用性能產(chǎn)生很大的不利影響，而且奧氏體材質(zhì)設(shè)備和管道的組織轉(zhuǎn)變是不可逆的，因為奧氏體在熱處理過程中是沒有相變，沒有重新形核長大過程，只能重熔或采用機械變形方法即鍛造和軋制變形來細化晶粒，所以奧氏體設(shè)備和管道成品如果在制作和安裝中發(fā)生晶粒長大是無法挽回的。若到廠材料經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)晶粒粗大，只能做報廢處理。知識點21精選課件ppt

金相分析—是運用放大鏡和顯微鏡，根據(jù)對金屬材料的宏觀及微觀組織進行觀察研究的方法，生產(chǎn)實際中常常稱為金相檢驗。

金相是檢測試樣的內(nèi)部組織形貌、析出物。二.金相試驗22精選課件ppt金相腐蝕：有2種方法，化學(xué)腐蝕法和電解腐蝕法?；瘜W(xué)腐蝕是將拋光好的樣品磨光面在化學(xué)腐蝕劑中腐蝕一定時間，從而顯示出其試樣的組織形貌。純金屬及單相合金的腐蝕是一個化學(xué)溶解的過程。由于晶界上原子排列不規(guī)則，具有較高自由能，所以晶界易受腐蝕而呈凹溝，使組織顯示出來，在顯微鏡下可以看到多邊形的晶粒。二.金相試驗23精選課件ppt電解腐蝕：

兩相合金的腐蝕主要是一個電化學(xué)腐蝕過程。在腐蝕劑中，形成極多微小的局部電池。陽極相被腐蝕而逐漸凹下去；陰極相保持原樣。因而在顯微鏡下可清楚地顯示出合金的兩相。另一種方法是薄膜染色法。此法是利用腐蝕劑與磨面上各相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層厚薄不均的膜(或反應(yīng)沉淀物)，在白光的照射下，由于光的干涉使各相呈現(xiàn)不同的色彩，從而達到辨認各相的目的。二.金相試驗24精選課件ppt二.金相試驗常用腐蝕劑舉例25精選課件ppt相：成份、結(jié)構(gòu)相同的組織統(tǒng)稱為相。體系內(nèi)部物理和化學(xué)性質(zhì)完全均勻的部分稱為相。無論這種液體是純物質(zhì)還是（真）溶液，也總是一個相。若系統(tǒng)中有兩種液體，如乙醚與水，即為兩相組織。

鐵素體相奧氏體相固溶體：是指溶質(zhì)原子溶入溶劑晶格中而仍保持溶劑類型的合金相。三.金相的識別26精選課件ppt相變：物質(zhì)從一種相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N相的過程。三.金相的識別27精選課件ppt

鐵碳合金在平衡狀態(tài)下的五個基體組織：鐵素體、奧氏體和滲碳體是鐵碳合金的三個基本相；珠光體和萊氏體則為基本相組成的機械混合物；三.金相的識別28精選課件ppt鐵碳合金的基本相

碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的體心立方間隙固溶體，用α、δ或F表示,由于δ－Fe是高溫相，因此也稱為高溫鐵素體。

鐵素體的含碳量非常低（727℃時，α－Fe最大溶碳量僅為0.0218％，室溫下含碳僅為0.0008%），其性能與純鐵相似，塑性、韌性很好,硬度低HB80。

α鐵素體是從高溫奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，根據(jù)其形態(tài)，分為網(wǎng)狀鐵素體、塊狀鐵素體、彌散點狀及針狀鐵素體。

鐵素體Ferrite三.金相的識別29精選課件ppt鐵素體Ferrite多邊形晶粒,亞共析鋼中的慢冷鐵素體呈塊狀，晶界比較圓滑30精選課件ppt碳溶解于γ－Fe中形成的具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)間隙固溶體，可以溶解較多的碳。用γ或A表示。1148℃時最多可以溶解2.11%的碳，到727℃時含碳量降到0.77%。奧氏體塑性很好，強度和硬度也比鐵素體高。鋼鐵熱加工都在γ區(qū)。鋼中奧氏體晶粒的大小直接影響到冷卻后鋼的組織和性能。奧氏體晶粒越小，則其轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物的晶粒也較細小。奧氏體沒有磁性。碳鋼在室溫下無奧氏體。奧氏體奧氏體晶胞示意圖三.金相的識別31精選課件ppt奧氏體Austenite晶界比較直，呈規(guī)則多邊形32精選課件ppt鐵碳合金的基本相

滲碳體是鐵和碳形成的金屬化合物，含碳量為6.69%，熔點為1227℃。具有復(fù)雜的斜方晶體結(jié)構(gòu)。硬度極高HB800，塑性幾乎等于0，是硬脆相。在鋼中，滲碳體以不同形態(tài)和大小的晶體出現(xiàn)在組織中，對鋼的力學(xué)性能影響很大。在一定條件下（如高溫長期停留或緩慢冷卻），滲碳體可以分解而形成石墨狀的自由碳。滲碳體Fe3C滲碳體的晶胞示意圖三.金相的識別33精選課件ppt鐵碳合金的基本相滲碳體Fe3C三.金相的識別

一次滲碳體（從液體相中析出）、二次滲碳體（從奧氏體中析出）和三次滲碳體（從鐵素體中析出）。一次滲碳體二次滲碳體三次滲碳體34精選課件ppt過共析鋼的顯微組織二次滲碳體珠光體35精選課件ppt珠光體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的機械混合物。珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強度較高,硬度適中,塑性和韌性較好。

其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀物，也稱片狀珠光體。用符號P表示。在珠光體中鐵素體占88%,滲碳體占12%,c=0.77%。三.金相的識別珠光體36精選課件ppt珠光體一個奧氏體晶粒內(nèi)存在多個珠光體團。37精選課件ppt

萊氏體是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc=4.3%的鐵碳合金冷卻到1148℃時共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物。存在于1148℃~727℃之間的萊氏體稱為高溫萊氏體，用符號“Ld”表示，組織由奧氏體和滲碳體組成；

存在于727℃以下的萊氏體稱為變態(tài)萊氏體或稱低溫萊氏體，用符號“Ldˊ”表示，組織由滲碳體和珠光體組成。

低溫萊氏體的顯微組織硬度高，塑性差。三.金相的識別萊氏體38精選課件ppt三.金相的識別萊氏體顯微組織滲碳體珠光體39精選課件ppt鐵碳合金的基本相

三.金相的識別珠光體-過冷組織由于過冷度的影響，根據(jù)片狀珠光體片間距不同，可以分成珠光體P、索氏體S、屈氏體T三種。40精選課件ppt如果將共析鋼過冷到550℃~230℃之間并沒有產(chǎn)生片間距更細的珠光體，而是產(chǎn)生了另一種新組織稱為貝氏體。它也是由鐵素體加碳化物組成，但碳化物是非層片狀分布的。

由于形成的溫度不同使貝氏體的形貌有所不同，又將貝氏體分成上貝氏體、下貝氏體、粒狀貝氏體、條狀貝氏體。三.金相的識別貝氏體41精選課件ppt

上貝氏體在500℃~350℃形成，鐵素體條比較粗大，呈羽毛狀，滲碳體斷斷續(xù)續(xù)分布在鐵素體條之間。強度硬度低，而且比較脆，韌性差。下貝氏體在350℃~230℃形成，從圖可見在光學(xué)顯微鏡呈黑色針狀，針的基體是鐵素體，內(nèi)部分布著細小的碳化物。

優(yōu)良的強韌性，硬度和耐磨性很高，是一種理想的淬火組織，具有很高的實用價值。

上貝氏體貝氏體三.金相的識別

下貝氏體42精選課件ppt三.金相的識別馬氏體

當(dāng)高溫的奧氏體獲得極大的過冷造成碳無法擴散，碳化物無法從奧氏體中析出，就形成一種非平衡的新組織。

鋼中形成的這種碳在α—Fe中過飽和的固溶體就被稱為馬氏體。兩種典型的組織：板條馬氏體（低碳）與片狀馬氏體（高碳）。

一般當(dāng)Wc<0.3%時，鋼在馬氏體形態(tài)幾乎全為板條馬氏體;當(dāng)Wc>1.0%時，則幾乎全為片狀馬氏體；當(dāng)Wc=0.3%-1.0%時，為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合物。43精選課件ppt板條狀馬氏體

板條狀馬氏體光學(xué)顯微鏡下的特征是：束狀組織。強度、韌性高。四.金相的識別馬氏體

片層狀馬氏體片層狀馬氏體光學(xué)顯微鏡下的特征是：細針狀或竹葉狀。特點硬而脆。44精選課件ppt三.金相的識別

馬氏體不銹鋼：強度高，但塑性和可焊性較差。馬氏體不銹鋼的常用牌號有1Cr13、3Cr13等，因含碳較高，故具有較高的強度、硬度和耐磨性，但耐蝕性稍差，用于力學(xué)性能要求較高、耐蝕性能要求一般的一些零件上，如汽輪機葉片、水壓機閥、手術(shù)刀（應(yīng)力?。┑?。這類鋼是在淬火、回火處理后使用的。鍛造、沖壓后需退火。對于中、高碳鋼、Cr-Mo耐熱鋼焊接時，要特別注意因冷卻速度過快，以致在拘束應(yīng)力、淬硬組織、和氫的共同作用，使接頭開裂產(chǎn)生冷裂紋。

焊接時選用低氫性焊材、控制道間溫度、多層多道焊、避免應(yīng)力集中,焊后消氫、消應(yīng)力熱處理。45精選課件ppt為什么管線坡口宜采用機械加工？為什么管線坡口宜采用機械加工，若采用氣割后應(yīng)將硬化層磨去，由于氣割溫度較高，氣割后鋼材迅速冷卻，在坡口位置易產(chǎn)生淬硬組織，在焊接后易產(chǎn)生冷裂紋，尤其是高強鋼、Cr-Mo耐熱鋼P5-P9。知識點46精選課件ppt鉻鉬鋼焊口焊接過程中能否中斷？鉻鉬鋼由于碳當(dāng)量較高，在焊接熔池冷卻過程中易形成淬硬組織，導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋；因此鐵素體耐熱合金鋼應(yīng)進行焊前預(yù)熱、焊后保溫消氫和焊后熱處理，在焊接作業(yè)過程中整條焊縫焊接不應(yīng)中斷，若中斷，應(yīng)立即進行保溫消氫，再次焊接前應(yīng)檢查焊縫是否產(chǎn)生裂紋，并經(jīng)重新預(yù)熱后才能進行焊接作業(yè)。并且焊接過程中應(yīng)控制道間溫度不低于預(yù)熱溫度，與不銹鋼焊接管理存在較大的區(qū)別。知識點47精選課件ppt鉻鉬鋼的回火脆化現(xiàn)象：A鉻鉬鋼回火脆化：鉻鉬鋼P5、P9等為淬火處理得到貝氏體或馬氏體組織，并再次加熱經(jīng)過退火或正火+回火消除淬火產(chǎn)生的高內(nèi)應(yīng)力，得到的穩(wěn)定組織（鐵素體基體）。鉻鉬鋼在使用中若長時間在343-577℃服役，相當(dāng)于將鉻鉬鋼再次長時間回火，導(dǎo)致鉻鉬鋼韌性下降、脆性增加，尤其是含鉻2-3%的鉻鉬鋼。原因是：a.鋼中的元素在長時間高溫下產(chǎn)生了偏析，C、P、Sn、Sb、Si、Mn等元素在晶界偏析降低晶界結(jié)合力，使晶界脆性增強。知識點48精選課件ppt鉻鉬鋼的回火脆化現(xiàn)象：B.如P9，淬火+正火回火得到的穩(wěn)定板條狀馬氏體組織在長時間高溫下產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，板條狀高韌性、高強度馬氏體中的固溶C析出在局部形成高濃度碳的片狀馬氏體，片狀馬氏體強度更高但是脆性增強，使鋼材局部脆性增加。以上兩個原因造成了鉻鉬鋼的高溫回火脆性，在鉻鉬鋼管道停工→開工時易造成脆性開裂，一般焊縫部位比較常見，這種回火脆化可以經(jīng)過熱處理消除，是可逆的。知識點49精選課件ppt知識點脆化裂紋50精選課件ppt純凈鋼鋼材在冶煉過程中不可避免的會存在一些夾雜物，主要是非金屬夾渣物，夾渣物的存在會在鋼材軋制過程中沿軋制方向形成分層和破壞組織的連續(xù)性。在臨氫管道和含有濕H2S環(huán)境系統(tǒng)中應(yīng)使用抗HIC和抗H2S的純凈鋼，即對非金屬夾渣物及硫、磷含量要求較嚴(yán)格，若使用非純凈鋼，管道中或腐蝕產(chǎn)生的氫原子由于分子較小，會向金屬材料中滲透，在夾雜物和分層等組織不連續(xù)部位將聚集氫原子，再形成氫分子，在外應(yīng)力的作用下造成開裂。尤其是在未做好熱處理的焊縫部位。知識點51精選課件ppt四.合金相圖Fe-Fe3C相圖是研究各種溫度下的鐵碳合金成分-組織-性能之間的關(guān)系。

鐵碳合金平衡圖是表示在極其緩慢的加熱或冷卻條件下，組織隨溫度和成分變化的圖形。掌握它就能對碳鋼和鑄鐵的內(nèi)部組織及其變化規(guī)律有一個完整的概念。52精選課件ppt四.合金相圖20#（0.17~0.23%C，亞共析鋼）組織轉(zhuǎn)變727℃/0.77共析反應(yīng)1495℃/0.17包晶反應(yīng)室溫組織先共析鐵素體1538℃合金冷卻時,從1點起自L中結(jié)晶出δ,至2點時,L成分變?yōu)?.53%C,δ變?yōu)?.09%C,發(fā)生包晶反應(yīng)生成A0.17

。反應(yīng)結(jié)束后尚有多余的L。

2￠點以下,自L中不斷結(jié)晶出A

,至3點合金全部轉(zhuǎn)變?yōu)锳。

在3-4點間A冷卻不變,從4點起,冷卻時由A中析出F,F在A晶界處優(yōu)先生核并長大,而A和F的成分分別沿GS和GP線變化。

至5時,A的成分變?yōu)?.77%C,F的成分變?yōu)?.0218%C。此時A發(fā)生共析反應(yīng),轉(zhuǎn)變?yōu)镻組織,最終室溫組織為P+F。

例完全A化53精選課件ppt鐵碳合金的成分—組織—性能關(guān)系

四.合金相圖

在室溫下,碳含量不同時,不僅F和Fe3C的相對重量變化,而且兩相相互組合的形態(tài)即合金的組織也在變化。隨碳含量增大,組織按下列順序變化：F純鐵、F+P亞共析鋼、P共析鋼、P+Fe3CII過共析鋼、P+Fe3CII+Ld’亞白口鑄鐵、Ld’白口鑄鐵、Ld’+Fe3CI過白口鑄鐵、Fe3CII鐵碳合金基本組織的力學(xué)性能54精選課件ppt鐵碳合金的成分—組織—性能關(guān)系

四.合金相圖硬度主要決定于組織中組成相或組織組成物的硬度和質(zhì)量分?jǐn)?shù),隨碳含量的增加,由于硬度高的Fe3C增多,硬度低的F減少,合金的硬度呈直線關(guān)系增大,由全部為F的硬度約80HB增大到全部為Fe3C時的約800HB。強度是一個對組織形態(tài)很敏感的性能。隨碳含量的增加,亞共析鋼中P增多而F減少。P的強度大小與細密程度有關(guān)。鐵碳合金中Fe3C是極脆的相,沒有塑性。合金的塑性變形全部由F提供。所以隨碳含量的增大,F量不斷減少時,合金的塑性連續(xù)下降。到合金成為白口鑄鐵時,塑性就降到近于零值了。55精選課件ppt鐵碳合金的成分—組織—性能關(guān)系

四.合金相圖亞共析鋼的硬度、強度和塑性可根據(jù)成分或組織作如下的估算：硬度≈80×ω（F）+180×ω（P）(HB)或硬度≈80×ω（F）+800×ω（Fe3C）(HB)強度(

σb)≈230×ω（F）+770×ω（P）(MPa)延伸率(δ

)≈50×ω（F）+20×ω（P）(%)56精選課件ppt四.合金相圖合金元素對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響

幾乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入鐵中,形成合金鐵素體或合金奧氏體,按其對α-Fe或γ-Fe的作用,可將合金元素分為擴大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類。

封閉或縮小奧氏體區(qū)形成鐵素體的元素如，Cr、Si、Ti、Nb、Mo、V、AL等例：鐵素體不銹鋼（400系）含鉻量在15%~30%,06Cr13(GB24511)封閉或縮小鐵素體區(qū)形成奧氏體的元素如，Ni、Mn、Co、C、N、Cu等例：奧氏體不銹鋼

Cr約18%、Ni8%~10%57精選課件pptFe-Ni合金相圖(擴大奧氏體相區(qū)）58精選課件pptFe-M合金相圖(縮小奧氏體相區(qū)）FenCrm金屬間化合物硬脆相59精選課件ppt鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變，即可在某一恒定溫度下進行，又可在連續(xù)冷卻過程中進行。冷卻條件的不同奧氏體發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度也不同。

由于過冷奧氏體轉(zhuǎn)變是一種非平衡相變，因此不能完全依據(jù)Fe-Fe3C合金相圖來分析判斷，為了掌握奧氏體在過冷狀態(tài)下發(fā)生轉(zhuǎn)變的行為，人們通過實驗手段建立了過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線。在A1以下存在且不穩(wěn)定的、將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體就是過冷奧氏體四.合金相圖60精選課件ppt共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線TTT共析鋼連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線CTT四.合金相圖61精選課件ppt

2205雙相不銹鋼是在其組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半,它的抗點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能明顯優(yōu)于普通的奧氏體不銹鋼。

雙相不銹鋼2205鐵素體含量的最佳值是45%。過低的鐵素體含量將導(dǎo)致材料抗應(yīng)力腐蝕開裂能力下降;過高的鐵素體含量(>75%)也會有損于耐蝕性和降低沖擊韌性。（鐵素體不銹鋼固有475℃脆化和σ相脆化問題）

對材料（包括焊材）采購時嚴(yán)格控制相比例-化學(xué)成分。對于2205鋼的焊接最主要的問題是如何保證焊接接頭鐵素體和奧氏體相組織的比例，進而保證接頭的耐蝕性和力學(xué)性能。四.合金相圖-應(yīng)用62精選課件ppt四.合金相圖-應(yīng)用1350℃63精選課件ppt不同冷卻速度對雙相鋼組織轉(zhuǎn)變影響T12/8,從1200℃到850℃冷卻時間，圖中黑色為鐵素體，白色為奧氏體，細小顆粒為析出相。隨著1200℃到800℃冷卻時間的增加,奧氏體由原來樹枝狀或羽毛狀的逐漸轉(zhuǎn)變成帶狀,兩相的比例也有較大的差異,奧氏體相明顯增加。ab四.合金相圖-應(yīng)用奧氏體鐵素體奧氏體鐵素體64精選課件ppt

因為在焊接熱循環(huán)作用下,焊縫處于快冷非平衡態(tài),冷卻后總是保留更多的鐵素體,從而增大了腐蝕傾向。

因此,通過多層多道焊，使后續(xù)焊道對前層焊道的熱處理作用,焊縫金屬中的鐵素體進一步轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,成為以奧氏體占優(yōu)勢的兩相組織,從而使整個焊接接頭的組織和性能顯著改善。

四.合金相圖-應(yīng)用2205不銹鋼接頭先焊65精選課件ppt幾種常用材質(zhì)的組織形態(tài)：20#鋼-低碳鋼410不銹鋼（06Cr13）304不銹鋼（06Cr19Ni10）321不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）347不銹鋼（06Cr18Ni11Nb)2205雙相不銹鋼（022Cr23Ni5Mo3N）討論66精選課件ppt20#鋼

管材執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB-9948石油裂化用無縫鋼管，碳含量為0.17～0.23%wt，交貨狀態(tài)為正火，熱處理溫度為880～940℃，為鐵素體加珠光體組織。常用材料的組織形態(tài)67精選課件ppt常用材料的組織形態(tài)68精選課件ppt410不銹鋼（06Cr13）

板材執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ASTMSA-240；碳含量小于0.08wt，鉻含量11.5～13.5%wt，鎳含量0.75%wt；交貨狀態(tài)為固溶處理（出爐后快速冷卻），鐵素體不銹鋼。

常用材料的組織形態(tài)69精選課件ppt常用材料的組織形態(tài)304不銹鋼（06Cr19Ni10）

管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ASTMA-312；碳含量0.08wt，鉻含量18～20%wt，鎳含量8～11%wt；交貨狀態(tài)為固溶處理（出爐后快速冷卻），奧氏體不銹鋼。70精選課件ppt常用材料組織形態(tài)321不銹鋼（06Cr18Ni11Ti）管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ASTMA-312；碳含量0.06wt，鉻含量17～19%wt，鎳含量9～12%wt，鈦含量不低于5倍碳含量且不高于0.7%wt；交貨狀態(tài)為固溶處理和穩(wěn)定化熱處理，奧氏體不銹鋼。71精選課件ppt常用材料的組織形態(tài)2205雙相不銹鋼（022Cr23Ni5Mo3N）

管線執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)ASTMSA790，碳含量0.03%wt，鉻含量22～23%wt，鎳含量4.5～6.5%wt，鉬含量3.0～3.5%wt，氮含量0.14～0.20%w；交貨狀態(tài)為固溶處理，鐵素體和奧氏體雙相不銹鋼。72精選課件ppt常用材料性能對比410不銹鋼與304不銹鋼對比：410鐵素體不銹鋼與304奧氏體不銹鋼相比，具有鐵素體組織，由于鉻鎳含量低的原因，耐還原酸腐蝕能力差，耐晶間腐蝕能力差，但由于屬鐵素體組織，耐氯離子應(yīng)力腐蝕能力高于304；而且具有導(dǎo)熱系數(shù)大，熱膨脹系數(shù)低的優(yōu)點。73精選課件ppt常用材料性能對比410不銹鋼與304不銹鋼對比：

由于上述兩種材料的本身特性，加上410不銹鋼價格也低于304；410不銹鋼一般在塔內(nèi)件及塔內(nèi)壁使用較廣泛，尤其在存在氯離子應(yīng)力腐蝕開裂的工況下，其耐氯離子應(yīng)力腐蝕開裂的能力優(yōu)于奧氏體不銹鋼，如常壓塔頂。74精選課件ppt常用材料性能對比為什么鐵素體耐氯離子應(yīng)力腐蝕優(yōu)于奧氏體？鐵素體奧氏體75精選課件ppt常用材料性能對比鐵素體：

呈體心立方晶格，在顯微鏡下為明亮的多邊晶粒，但晶界曲折。奧氏體：呈面心立方晶格，在顯微鏡下為多邊晶粒，但晶界較平直。76精選課件ppt常用材料性能對比

由于鐵素體晶界曲折，不容易發(fā)生晶界滑移，因此鐵素體對氯離子應(yīng)力腐蝕開裂有天生的抵抗性。而奧氏體由于晶界平直，在應(yīng)力腐蝕的作用下易產(chǎn)生晶界滑移，導(dǎo)致產(chǎn)生沿晶裂紋，甚至斷裂。由于氯離子直徑較小，容易穿透氧化鉻保護膜，因此奧氏體不銹鋼對氯離子應(yīng)力腐蝕開裂較敏感，尤其是隨著使用溫度的增加。77精選課件ppt為什么雙相不銹鋼的耐腐蝕能力更好？

以奧氏體不銹鋼316L（022Cr17Ni12Mo2）與雙相不銹鋼2205（022Cr23Ni5Mo3N）對比為例，由于鉻含量增加，增強了抗氧化性，鉬含量增加增強了抗點蝕能力，增加了N元素提高了奧氏體穩(wěn)定性，降低冷作硬化趨勢，降低了Ni含量，增加了鐵素體組織。使其具有奧氏體和鐵素體的雙相組織優(yōu)點。常用材料性能對比78精選課件ppt雙相鋼應(yīng)力腐蝕裂紋晶相照片相比例和相分布是影響雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕主要因素常用材料性能對比79精選課件ppt雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕開裂的解釋：1、雙相不銹鋼強度比奧氏體更高（約2倍），因此在應(yīng)力腐蝕環(huán)境中所承受的斷裂應(yīng)力也提高。2、鐵素體相的存在對裂紋擴展起阻礙作用，在低應(yīng)力作用下鐵素體晶界難以發(fā)生滑移，奧氏體裂紋的擴展被阻止；而在高應(yīng)力作用下，裂紋容易穿透鐵素體相，失去阻礙作用，因此應(yīng)控制加工及安裝過程的外加應(yīng)力。3、鐵素體相比奧氏體相電位較負，對奧氏體相起到電化學(xué)犧牲陽極保護作用。常用材料性能對比80精選課件ppt常用材料性能對比應(yīng)力腐蝕裂紋81精選課件ppt熱處理定義

鋼的熱處理是指采用適當(dāng)方式對金屬材料或工件進行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。工業(yè)上常用的熱處理工藝有：退火、正火、淬火、回火以及表面化學(xué)處理，通常為“四火一化”。五.熱處理82精選課件ppt五.熱處理83精選課件ppt“四把火”的定義退火：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。

正火：鋼材或鋼件加熱到Ac3(對于亞共析鋼)或Accm(對于過共析鋼)以上30℃～50℃,保溫適當(dāng)時間后,在自由流動的空氣中均勻冷卻的熱處理工藝。

淬火：將鋼加熱到相變溫度以上（亞共析鋼為Ac3以上30℃～50℃；共析鋼和過共析鋼為Ac1以上30℃～50℃），保溫一定時間后快速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。回火：鋼件淬火后,為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的組織和性能,將其加熱到Ac1以下某一溫度,保溫一定時間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。五.熱處理84精選課件ppt“四把火”特點比較

五.熱處理85精選課件ppt“四把火”特點比較

五.熱處理86精選課件ppt應(yīng)用舉例：為使低碳鋼便于切削加工，應(yīng)采用（

C

）熱處理。

A、完全退火

B、球化退火

C、正火D、回火正火與退火相比，主要區(qū)別是由于正火冷卻速度快，所以獲得的組織（

A）比退火高些。

A、較細、強度、硬度B、較粗、強度、硬度C、較細、塑性、硬度D、較粗、塑性、硬度

五.熱處理87精選課件ppt應(yīng)用舉例：

過共析鋼因過熱而析出網(wǎng)狀滲碳體組織時，可用下列(

C

)工藝消除。A、完全退火

B、等溫退火

C、球化退火

D、正火

五.熱處理網(wǎng)狀滲碳體88精選課件ppt沖子銼刀五.熱處理89精選課件ppt

碳在奧氏體不銹鋼中的溶解度與溫度有很大影響。奧氏體不銹鋼在經(jīng)450℃～850℃的溫度范圍內(nèi)時，鋼中過飽和碳就會向晶界擴散并析出，與晶界處鉻形成Cr23C6，導(dǎo)致晶界貧鉻，當(dāng)鉻含量降至耐腐蝕性界限之下，此時在腐蝕介質(zhì)的作用下產(chǎn)生晶間腐蝕，嚴(yán)重時能變成粉末。所以有晶間腐蝕傾向的奧氏體不銹鋼應(yīng)進行固溶熱處理或穩(wěn)定化處理。固溶熱處理與穩(wěn)定化處理五.熱處理90精選課件ppt固溶熱處理：將奧氏體不銹鋼加熱到1100℃左右，使碳化物相全部或基本溶解，碳固溶于奧氏體中，然后快速冷卻至室溫，使碳達到過飽和狀態(tài)。固溶熱處理中的快速冷卻似乎象普通鋼的淬火，但此時的‘淬火’與普通鋼的淬火是不同的，前者是軟化處理，后者是淬硬。穩(wěn)定化處理：為避免碳與鉻形成高鉻碳化物，在奧氏體鋼中加入穩(wěn)定化元素(如Ti和Nb)，在加熱到875℃以上溫度時，能形成穩(wěn)定的碳化物(由于Ti和Nb能優(yōu)先與碳結(jié)合，形成TiC或NbC)，大大降低了奧氏體中固溶碳的濃度(含量)，從而起到了犧Ti和Nb保Cr的目的。

固溶熱處理與穩(wěn)定化處理五.熱處理91精選課件ppt目標(biāo)一致，方式不同：固定住碳，避免與Cr結(jié)合。鍛造之后需要固溶處理，焊接之后需要穩(wěn)定化處理。固溶處理降溫時必須急冷（水冷），穩(wěn)定化對溫度和冷卻速度控制嚴(yán)格。對象不同：穩(wěn)定化處理必須是加鈦或鈮的奧氏體不銹鋼。例347,321

五.熱處理固溶熱處理與穩(wěn)定化處理92精選課件ppt五.熱處理固溶熱處理與穩(wěn)定化處理一般347不銹鋼焊接后要求進行（B）處理，可提高材料抗晶間腐蝕能力。

A、回火

B、穩(wěn)定化

C、固溶

D、淬火+正火

93精選課件ppt五.熱處理固溶熱處理與穩(wěn)定化處理刀狀腐蝕：經(jīng)焊接后，與焊縫相鄰的高溫狹窄區(qū)域內(nèi)TiC(NbC)就會分解，鋼中碳便會溶于奧氏體基體中。在隨后的冷卻