Ch3 機器零件用合金結構鋼-2

1、Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼第二部分第二部分低碳馬氏體型結構鋼低碳馬氏體型結構鋼低碳低合金馬氏體型結構鋼低碳低合金馬氏體型結構鋼低碳中合金馬氏體型結構鋼低碳中合金馬氏體型結構鋼低合金中碳馬氏體型超高強度結構鋼低合金中碳馬氏體型超高強度結構鋼馬氏體時效鋼馬氏體時效鋼馬馬氏氏體體型型結結構構鋼鋼的的類類型型3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼一、低碳馬氏體型結構鋼一、低碳馬氏體型結構鋼1. 低碳低碳低合金低合金馬氏體型鋼馬氏體型鋼背景：背景：中碳（合金）結構鋼經(jīng)通常的熱處

2、中碳（合金）結構鋼經(jīng)通常的熱處理后，其強度與塑性、韌性是一對互為消理后，其強度與塑性、韌性是一對互為消長的矛盾。長的矛盾。低碳馬氏體型結構鋼的組織特點：低碳馬氏體型結構鋼的組織特點：低碳低碳(合合金金)結構鋼淬火后形成位錯結構鋼淬火后形成位錯板條板條馬氏體馬氏體+板板條條相界殘余奧氏體薄膜相界殘余奧氏體薄膜+板條內部自回火板條內部自回火或低溫回火析出的或低溫回火析出的細小分散碳化物細小分散碳化物，可實，可實現(xiàn)強、韌、塑性的最佳配合?，F(xiàn)強、韌、塑性的最佳配合。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼低碳馬氏體型結構鋼的性能特點：低碳馬氏體型

3、結構鋼的性能特點：l在在靜載下具有良好的強度和塑性、韌性靜載下具有良好的強度和塑性、韌性的配合的配合（表表3-5），即使），即使C含量提高到含量提高到0.25%，這種優(yōu)良性能仍然存在；，這種優(yōu)良性能仍然存在；l低碳馬氏體型結構鋼不僅在靜載下具有低碳馬氏體型結構鋼不僅在靜載下具有低的缺口敏感性，而且低的缺口敏感性，而且還具有低的疲勞還具有低的疲勞缺口敏感性缺口敏感性。l低碳馬氏體型結構鋼與中碳調質鋼相比低碳馬氏體型結構鋼與中碳調質鋼相比較，其較，其冷脆傾向性小冷脆傾向性小。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼u如從室溫到低溫（如從室溫

4、到低溫（-60）系列沖擊）系列沖擊試驗中，若取室溫試驗中，若取室溫k值的值的40%時的溫時的溫度作為脆性轉變溫度度作為脆性轉變溫度TC，那么，那么低碳馬低碳馬氏體的冷脆轉變溫度為氏體的冷脆轉變溫度為TC-60-70；u而而40Cr鋼調質態(tài)的鋼調質態(tài)的TC為為-50。低溫下。低溫下k值（值（表表3-6）的對比突出地顯示了低）的對比突出地顯示了低碳馬氏體比中碳鋼正火態(tài)及調質態(tài)具碳馬氏體比中碳鋼正火態(tài)及調質態(tài)具有高得多的有高得多的k值；值；3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼低碳馬氏體表現(xiàn)出較高的韌性和塑性的低碳馬氏體表現(xiàn)出較高的韌性和塑性

5、的原因原因n板條束板條束是脆性斷裂的最小斷裂單元，板條是脆性斷裂的最小斷裂單元，板條束的束的寬度寬度愈小，鋼的脆性轉化溫度愈低；愈小，鋼的脆性轉化溫度愈低；n奧氏體晶粒愈細，淬火得到的馬氏體的板奧氏體晶粒愈細，淬火得到的馬氏體的板條束的寬度也愈窄，韌性也愈好；條束的寬度也愈窄，韌性也愈好；n板條馬氏體的板條束是平行長成的，不象板條馬氏體的板條束是平行長成的，不象針狀馬氏體非平行成長而發(fā)生相互撞擊造針狀馬氏體非平行成長而發(fā)生相互撞擊造成微裂紋，這顯然也不降低鋼的韌性。成微裂紋，這顯然也不降低鋼的韌性。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼

6、n板條馬氏體的相界還常常存在連續(xù)或板條馬氏體的相界還常常存在連續(xù)或不不連續(xù)的殘余奧氏體薄膜連續(xù)的殘余奧氏體薄膜，這種塑性的第，這種塑性的第二相的存在也促進實現(xiàn)低碳馬氏體性能二相的存在也促進實現(xiàn)低碳馬氏體性能的優(yōu)化：的優(yōu)化：n沿馬氏體板條相界呈薄膜分布的奧氏體沿馬氏體板條相界呈薄膜分布的奧氏體可以使裂紋分支，增加能量消耗；可以使裂紋分支，增加能量消耗；n也可以鈍化裂紋，導致應力集中下降也可以鈍化裂紋，導致應力集中下降；n在應力作用下誘導殘余奧氏體向馬氏體在應力作用下誘導殘余奧氏體向馬氏體轉變而釋放應力。轉變而釋放應力。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機

7、器零件用合金結構鋼典型鋼種：典型鋼種：常用的低碳合金鋼淬火獲得低常用的低碳合金鋼淬火獲得低碳馬氏體后，可以滿足機械制造工業(yè)中大碳馬氏體后，可以滿足機械制造工業(yè)中大量常用零件的淬透性和使用性能的要求。量常用零件的淬透性和使用性能的要求。但但對于一些特定的零件，在保證力學性能對于一些特定的零件，在保證力學性能的同時，還要滿足的同時，還要滿足工藝性能工藝性能的要求的要求。n我國研制成功的低碳馬氏體型高強度冷鐓我國研制成功的低碳馬氏體型高強度冷鐓螺栓用鋼螺栓用鋼15MnVB(15MnB)和石油機械用和石油機械用鋼鋼20SiMn2MoVA(25SiMn2MoVA)等。等。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型

8、結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼l15MnVB鋼是一種以冷鐓法制造鋼是一種以冷鐓法制造M20以以下的高強度螺栓用的低碳馬氏體型鋼。下的高強度螺栓用的低碳馬氏體型鋼。由于中小直徑的螺栓通常采用冷鐓成型六由于中小直徑的螺栓通常采用冷鐓成型六角螺栓頭，采用搓絲或滾絲工藝加工螺紋，角螺栓頭，采用搓絲或滾絲工藝加工螺紋，這就要求螺栓用鋼具有良好的冷鐓、搓絲這就要求螺栓用鋼具有良好的冷鐓、搓絲等加工工藝性能。等加工工藝性能。u采用采用15MnVB鋼還可使螺栓的鋼還可使螺栓的工藝性能獲工藝性能獲得顯著改善得顯著改善。如冷拔、冷鐓不易開裂，冷。如冷拔、冷鐓不易開裂，冷拔模具、

9、冷鐓模具、搓絲板、滾絲輪等不拔模具、冷鐓模具、搓絲板、滾絲輪等不易損壞，使工模具壽命提高易損壞，使工模具壽命提高20%30%。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n同時低碳馬氏體螺栓用鋼的同時低碳馬氏體螺栓用鋼的回火溫度低回火溫度低，也節(jié)省了電力和爐用耐熱材料，并縮短也節(jié)省了電力和爐用耐熱材料，并縮短了熱處理的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。了熱處理的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。n汽車用重要螺栓（連桿螺栓、缸蓋螺栓、汽車用重要螺栓（連桿螺栓、缸蓋螺栓、半軸螺栓等）過去一般采用中碳調質鋼半軸螺栓等）過去一般采用中碳調質鋼38Cr（或（或40Cr

10、）制造，但是其）制造，但是其冷鐓性能冷鐓性能較差。較差。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n15MnVB鋼經(jīng)鋼經(jīng)880淬火加淬火加200回火回火后后具有比具有比40Cr鋼調質處理優(yōu)良的綜合力學鋼調質處理優(yōu)良的綜合力學性能，即既具有較高的強度又具有良好性能，即既具有較高的強度又具有良好的韌性和低的冷脆轉化溫度。的韌性和低的冷脆轉化溫度。n這種鋼制造的螺栓的靜強度比這種鋼制造的螺栓的靜強度比40Cr螺栓螺栓提高了三分之一以上，從而使螺栓承載提高了三分之一以上，從而使螺栓承載能力提高了能力提高了45%70%，這不僅顯著改，這不僅顯著改進了

11、汽車螺栓的質量，而且還能滿足大進了汽車螺栓的質量，而且還能滿足大功率新型車型的設計要求。功率新型車型的設計要求。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼u15MnVB鋼的設計還鋼的設計還簡化了生產(chǎn)流程簡化了生產(chǎn)流程，提高了冶金工藝質量。提高了冶金工藝質量。n38Cr（或（或40Cr）鑄錠后，鋼錠冷卻速）鑄錠后，鋼錠冷卻速度快，易產(chǎn)生裂紋，因而要求度快，易產(chǎn)生裂紋，因而要求“紅送紅送” 或在熱態(tài)裝爐退火?；蛟跓釕B(tài)裝爐退火。n而而15MnVB鋼的裂紋敏感性小，鋼錠不鋼的裂紋敏感性小，鋼錠不需要紅送或退火需要紅送或退火，這給生產(chǎn)帶來了很大，這

12、給生產(chǎn)帶來了很大的方便。的方便。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼u為了保證頂鍛合格率，為了保證頂鍛合格率，38Cr（或（或40Cr）鋼）鋼坯必須經(jīng)過酸洗、研磨、消除表面缺陷；坯必須經(jīng)過酸洗、研磨、消除表面缺陷；n而而15MnVB鋼可以取消酸洗、研磨工序鋼可以取消酸洗、研磨工序，這也為提高生產(chǎn)率創(chuàng)造了條件；由于低碳這也為提高生產(chǎn)率創(chuàng)造了條件；由于低碳馬氏體型鋼塑性好，脫碳傾向小，因而鋼馬氏體型鋼塑性好，脫碳傾向小，因而鋼材的合格率也大大提高。材的合格率也大大提高。u為了節(jié)約成本，不用微量元素為了節(jié)約成本，不用微量元素V，制成，制成1

13、5MnB鋼鋼，其過熱敏感性小，晶粒度和低，其過熱敏感性小，晶粒度和低溫韌性也都表現(xiàn)良好，已用于代替溫韌性也都表現(xiàn)良好，已用于代替35CrMo鋼制造高強度螺栓。鋼制造高強度螺栓。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼l20SiMn2MoVA和和25SiMn2MoVA鋼。鋼。u加入加入Si、Mn、Mo，既能強化馬氏體，又，既能強化馬氏體，又能保證較高的淬透性；能保證較高的淬透性；uSi、Mn可以保證板條相界殘余奧氏體的數(shù)可以保證板條相界殘余奧氏體的數(shù)量及其穩(wěn)定性，量及其穩(wěn)定性，Si還可以阻止還可以阻止Fe3C的形核的形核與長大，并推遲回火馬

14、氏體脆性的發(fā)生；與長大，并推遲回火馬氏體脆性的發(fā)生；u少量少量V可以細化奧氏體晶粒，改善韌性?？梢约毣瘖W氏體晶粒，改善韌性。n合金元素的綜合作用使得合金元素的綜合作用使得20SiMn2MoVA和和25SiMn2MoVA鋼具有較高的淬透性。鋼具有較高的淬透性。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n20SiMn2MoVA鋼的鋼的預先熱處理預先熱處理為為920940 正火，正火，690720高溫回火（空冷），硬高溫回火（空冷），硬度小于度小于269HB，其切削性能稍差。，其切削性能稍差。最終熱處最終熱處理理為為900淬油，淬油，250回火。

15、回火。 n20SiMn2MoVA和和25SiMn2MoVA鋼都具有較鋼都具有較高的綜合力學性能，已用于制造某些石油機高的綜合力學性能，已用于制造某些石油機械產(chǎn)品的重要零件，并為制造有效截面在械產(chǎn)品的重要零件，并為制造有效截面在100mm左右的機器零件提供了合適的低碳左右的機器零件提供了合適的低碳馬氏體型鋼種。馬氏體型鋼種。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼綜上所述，綜上所述，低碳低合金馬氏體型結構低碳低合金馬氏體型結構鋼鋼的設計與開發(fā)為機械制造工業(yè)增添的設計與開發(fā)為機械制造工業(yè)增添了一類新型鋼種，用于代替了一類新型鋼種，用于代替中碳

16、調質中碳調質鋼鋼可以大幅度減輕結構重量，延長使可以大幅度減輕結構重量，延長使用壽命，改善工藝性能和提高產(chǎn)品質用壽命，改善工藝性能和提高產(chǎn)品質量。因而是機械制造用鋼的一個重要量。因而是機械制造用鋼的一個重要分支。分支。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼 2. 低碳低碳中合金中合金馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼低碳低合金馬氏體型結構鋼的在強、韌性低碳低合金馬氏體型結構鋼的在強、韌性結合方面取得了很大的成功。但對于強度結合方面取得了很大的成功。但對于強度和韌性的不同配合要求，還可以通過增加和韌性的不同配合要求，還可以通過增加合金元素來適當增

17、加強度或韌性：合金元素來適當增加強度或韌性：n增加合金元素的含量以增加合金元素的含量以增加鋼的韌性增加鋼的韌性，如，如18Cr2Ni4WA鋼。由于此鋼中含有鋼。由于此鋼中含有4%的的Ni，因而改善了室溫和低溫韌性和斷裂韌，因而改善了室溫和低溫韌性和斷裂韌性，可用于性，可用于大馬力高速柴油機曲軸大馬力高速柴油機曲軸等。等。n提高合金元素的含量還可提高合金元素的含量還可增加強度增加強度，以獲，以獲得更高的強度要求。得更高的強度要求。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏

18、體型結構鋼馬氏體型結構鋼25Si2Mn2CrNiMoV低碳中合金馬氏體低碳中合金馬氏體型超高強度鋼的設計思路為：型超高強度鋼的設計思路為：l第一第一是保證韌性，是保證韌性，強化低碳馬氏體強化低碳馬氏體：有：有效利用碳的強化；充分發(fā)揮效利用碳的強化；充分發(fā)揮Si、Mn、Ni和和Mo的固溶強化；的固溶強化；l第二第二是發(fā)揮低碳馬氏體韌性高的優(yōu)越性，是發(fā)揮低碳馬氏體韌性高的優(yōu)越性，并探索進一步并探索進一步改善韌性改善韌性的途徑。的途徑。 具體在具體在以下四個方面：以下四個方面： 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼（1）在合金化強化馬氏體的

19、同時，）在合金化強化馬氏體的同時，使其使其亞結構基本上保持位錯型亞結構基本上保持位錯型。合金元素影。合金元素影響馬氏體亞結構的一般規(guī)律為：縮小響馬氏體亞結構的一般規(guī)律為：縮小A相區(qū)的元素（如相區(qū)的元素（如Cr、Mo、W、V等）只等）只形成位錯馬氏體，而擴大形成位錯馬氏體，而擴大A相區(qū)的元素相區(qū)的元素（如（如C、Mn、Ni）在含量低時也只形成）在含量低時也只形成位錯馬氏體，只有加入量較高時，才能位錯馬氏體，只有加入量較高時，才能形成孿晶馬氏體。形成孿晶馬氏體。因此，這類鋼通常采因此，這類鋼通常采用多組元、少含量的合金化原則，以優(yōu)用多組元、少含量的合金化原則，以優(yōu)化馬氏體的亞結構。化馬氏體的亞結構

20、。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼（2）在馬氏體板條相界形成穩(wěn)定的殘余在馬氏體板條相界形成穩(wěn)定的殘余奧氏體薄膜奧氏體薄膜。通常，擴大通常，擴大A相區(qū)的合金元相區(qū)的合金元素均有利于在板條相界產(chǎn)生殘余奧氏體薄素均有利于在板條相界產(chǎn)生殘余奧氏體薄膜，其中以膜，其中以Mn、Ni為典型代表，因此為典型代表，因此低碳低碳中合金馬氏體超高強度鋼的設計中，在中合金馬氏體超高強度鋼的設計中，在考慮考慮Mn、Ni的固溶強化的同時，也希望的固溶強化的同時，也希望通過的加入通過的加入Mn、Ni保證殘余奧氏體薄膜保證殘余奧氏體薄膜的出現(xiàn)。的出現(xiàn)。 3.5

21、 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼（3）在保證必要強度的情況下，盡可能在保證必要強度的情況下，盡可能提高回火溫度，以使塑性、韌性得到較提高回火溫度，以使塑性、韌性得到較大的恢復。大的恢復。要做到這一點必須防止高溫回火要做到這一點必須防止高溫回火時碳的石墨化，同時還要設法抑制回火馬氏時碳的石墨化，同時還要設法抑制回火馬氏體的脆性。體的脆性。n從防止高溫回火時碳的石墨化角度考慮，從防止高溫回火時碳的石墨化角度考慮，在進行這類鋼的成分設計時，應加入石墨化在進行這類鋼的成分設計時，應加入石墨化元素，如元素，如Si、Ni、Al等能有效地阻止等能有效

22、地阻止Fe3C的的形核與長大，并穩(wěn)定殘余奧氏體；形核與長大，并穩(wěn)定殘余奧氏體；n從抑制回火脆性的角度考慮，從抑制回火脆性的角度考慮，應應加入加入Mo，既可引起固溶強化，也可以抑制回火脆性。既可引起固溶強化，也可以抑制回火脆性。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼（4）采用精選原料、真空熔煉和細化晶采用精選原料、真空熔煉和細化晶粒粒（添加（添加0.2V%），以減少雜質元素的），以減少雜質元素的含量或改變其分布，也有利于改善鋼的含量或改變其分布，也有利于改善鋼的韌性。韌性。綜上所述，綜上所述，l從強化、韌化和保證所需要的組織結構從強化、韌

23、化和保證所需要的組織結構三個方面綜合考慮，三個方面綜合考慮，Si、Mn、Ni和和Mo是這類鋼成分設計時是這類鋼成分設計時主要考慮的元素主要考慮的元素。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼l次要考慮的合金元素次要考慮的合金元素還有：還有：n從改善淬透性和提高耐蝕性來考慮，從改善淬透性和提高耐蝕性來考慮，加入加入1%左右的左右的Cr也是必要的。也是必要的。n從細化晶粒的角度來考慮，從細化晶粒的角度來考慮，加入加入V可可以細化晶粒，改善強韌性。以細化晶粒，改善強韌性。u因此因此25Si2Mn2CrNiMoV鋼的合金設鋼的合金設計思路是合金化

24、與強韌性機理綜合運計思路是合金化與強韌性機理綜合運用的典型例子之一。用的典型例子之一。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼二、低合金中碳馬氏體型超高強度結構鋼二、低合金中碳馬氏體型超高強度結構鋼背景背景l(fā)飛行器提速的需要飛行器提速的需要u當飛行器的馬赫數(shù)（當飛行器的馬赫數(shù)（Mach number）M=2時，飛行器表面溫度達到時，飛行器表面溫度達到100200；u當當M=3時，飛行器表面溫度達到時，飛行器表面溫度達到200300；u當當M=4時，飛行器表面溫度達到時，飛行器表面溫度達到540。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Cha

25、pter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼 航航天天飛飛機機外外蒙蒙皮皮的的承承受受溫溫度度 Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼l高強鋼與高強度鋁合金、鈦合金的競爭高強鋼與高強度鋁合金、鈦合金的競爭u由于鋁合金在低于由于鋁合金在低于150時具有最高的比時具有最高的比強度，且成形性好，因此鋁合金是馬赫數(shù)強度，且成形性好，因此鋁合金是馬赫數(shù)小于小于2的飛行器（飛機）的主要結構材料。的飛行器（飛機）的主要結構材料。 u鈦合金在馬赫數(shù)鈦合金在馬赫數(shù)M=2.53.5范圍內（即溫范圍內（即溫度在度在250450）具有最高的比強度，）

26、具有最高的比強度，但鈦合金的價格昂貴，且工藝性能較差。但鈦合金的價格昂貴，且工藝性能較差。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼超高強度鋼主要用于航空航天器上的高超高強度鋼主要用于航空航天器上的高比強度的結構如：比強度的結構如：l制造飛機起落架制造飛機起落架l飛機機身大梁或骨架飛機機身大梁或骨架l火箭發(fā)動機外殼火箭發(fā)動機外殼l高壓容器及常規(guī)武器的某些零件等。高壓容器及常規(guī)武器的某些零件等。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金

27、結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼美軍研發(fā)超聲速斜置機翼高速遠程飛機美軍研發(fā)超聲速斜置機翼高速遠程飛機 Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼飛機大梁飛機大梁 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼渦輪風扇噴氣發(fā)動機渦輪風扇噴氣發(fā)動機 加力式渦扇發(fā)動機加力式渦扇發(fā)動機 不加力式渦扇發(fā)動機不加力式渦扇發(fā)動機 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼

28、渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機 渦噴發(fā)動機剖視示意圖渦噴發(fā)動機剖視示意圖 國產(chǎn)渦噴國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動機及剖視圖渦輪噴氣發(fā)動機及剖視圖 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼日本海上自衛(wèi)隊日本海上自衛(wèi)隊“渦潮渦潮”級常規(guī)潛艇級常規(guī)潛艇 日本海上自衛(wèi)隊日本海上自衛(wèi)隊“夕潮夕潮”級常規(guī)潛艇級常規(guī)潛艇 海上自衛(wèi)隊水下殺手：海上自衛(wèi)隊水下殺手：“親潮親潮”級潛艇級潛艇 低合金中碳馬氏體型超高強度結構鋼是低合金中碳馬氏體型超高強度結構鋼是在調質鋼的基礎上發(fā)展起來的。在調質鋼的基礎上發(fā)展起來的。l我們知道，調質鋼經(jīng)調質處理（淬火我們知道，調質鋼經(jīng)調質處理（淬火+高高溫回火溫回火）得到的回火索氏體組織）得到

29、的回火索氏體組織不能充不能充分發(fā)揮碳在提高鋼的強度方面的潛力。分發(fā)揮碳在提高鋼的強度方面的潛力。l淬火后如采用淬火后如采用低溫回火低溫回火則得到中、低碳則得到中、低碳馬氏體，馬氏體，可以發(fā)揮可以發(fā)揮碳在過飽和相的固溶碳在過飽和相的固溶強化、強化、-Fe2.4C與基體共格產(chǎn)生的沉淀強與基體共格產(chǎn)生的沉淀強化以及馬氏體相變引起的冷作硬化?；约榜R氏體相變引起的冷作硬化。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼類型：類型：超高強度鋼按成分和使用性能的超高強度鋼按成分和使用性能的不同主要分為：不同主要分為：3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Ch

30、apter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼沉淀硬化超高強度不銹鋼沉淀硬化超高強度不銹鋼中碳中合金二次硬化型中碳中合金二次硬化型高合金超低碳馬氏體時效型高合金超低碳馬氏體時效型低合金中碳馬氏體型低合金中碳馬氏體型中合金低碳馬氏體型中合金低碳馬氏體型合金化：合金化：l碳：碳：u當鋼中當鋼中碳碳含量每增加含量每增加0.10%時，鋼的強時，鋼的強度約增加度約增加300MPa：n如鋼中碳含量為如鋼中碳含量為0.30%時，鋼的強度可時，鋼的強度可獲得獲得1700MPa左右；左右；n當碳含量提高到當碳含量提高到0.40%時，鋼的強度增時，鋼的強度增加到加到2000MPa左右；左右；n當碳含量提

31、高到當碳含量提高到0.50%時，鋼的強度增時，鋼的強度增加到加到2300MPa左右。左右。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼b=288000C%+800(MPa)u必須指出的是，碳含量增加時，雖然能必須指出的是，碳含量增加時，雖然能增加鋼的強度，但是增加鋼的強度，但是鋼的塑性和韌性是鋼的塑性和韌性是下降的下降的；n同時同時工藝性能工藝性能（如加工性、焊接性）也（如加工性、焊接性）也隨之隨之惡化惡化。n因此通過增加碳含量來提高鋼的強度受因此通過增加碳含量來提高鋼的強度受對鋼的韌性和塑性要求的限制，一般在對鋼的韌性和塑性要求的限制，一般

32、在0.20%0.50%的范圍內。的范圍內。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼l合金元素：合金元素：n加入的合金元素為加入的合金元素為Si、Mn、Cr、Ni、Mo等等，以有效地提高鋼的過冷奧氏體，以有效地提高鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而提高鋼的淬透性，的穩(wěn)定性，從而提高鋼的淬透性，提高提高鋼的強度。鋼的強度。n加入加入V、Nb等合金元素等合金元素，以細化奧氏體，以細化奧氏體晶粒，從而細化淬火后的馬氏體，有效晶粒，從而細化淬火后的馬氏體，有效地地提高鋼的塑性和韌性提高鋼的塑性和韌性。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter

33、3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n加入合金元素使回火馬氏體的低溫回加入合金元素使回火馬氏體的低溫回火脆性移向高溫，即避開低溫回火脆火脆性移向高溫，即避開低溫回火脆性的溫度范圍。性的溫度范圍。由于由于硅硅Si可以增加鋼可以增加鋼的抗回火穩(wěn)定性，并能使回火馬氏體脆的抗回火穩(wěn)定性，并能使回火馬氏體脆性溫度移向高溫區(qū)。如鋼中加入性溫度移向高溫區(qū)。如鋼中加入1%2%的硅，可以使回火馬氏體脆性的硅，可以使回火馬氏體脆性溫度推高到溫度推高到350。n這樣就可以把這類鋼的回火溫度提高到這樣就可以把這類鋼的回火溫度提高到300320，從而可以在保證高強度，從而可以在保證高強度的同時，適當改善塑性和韌

34、性。的同時，適當改善塑性和韌性。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n采取提高鋼的純度，降低鋼中夾雜物、采取提高鋼的純度，降低鋼中夾雜物、氣體及有害雜質元素含量的措施。氣體及有害雜質元素含量的措施。如如采用真空冶煉、真空自耗和電渣重熔采用真空冶煉、真空自耗和電渣重熔后，雜質元素和夾雜物質量分數(shù)可顯后，雜質元素和夾雜物質量分數(shù)可顯著下降。從而進一步改善低合金中碳著下降。從而進一步改善低合金中碳超高強度鋼的韌性。超高強度鋼的韌性。n表表3-9 幾種低合金中碳馬氏體型超高強幾種低合金中碳馬氏體型超高強度結構鋼的牌號、化學成分、熱處理度結構鋼

35、的牌號、化學成分、熱處理工藝及室溫力學性能工藝及室溫力學性能3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼典型鋼種：典型鋼種：n40CrNi2Mo(4340)：鋼中的鋼中的鉻鉻和和錳錳主要是主要是提高淬透性；提高淬透性；鎳鎳和和鉻鉻的組合可有效地提高的組合可有效地提高淬透性并能很好改善回火馬氏體的韌性。淬透性并能很好改善回火馬氏體的韌性。n300M（40SiNiCrMoV）：）：在在40CrNi2Mo鋼的基礎上加入釩和硅并提高鉬含量的鋼的基礎上加入釩和硅并提高鉬含量的300M（40SiNiCrMoV）中，加入）中，加入釩釩可以可以細化奧氏體晶粒

36、，細化奧氏體晶粒，硅硅可提高鋼的回火穩(wěn)定可提高鋼的回火穩(wěn)定性，將回火溫度由性，將回火溫度由200提高到提高到300以上，以上，以改善韌性。以改善韌性。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n300M鋼有高的淬透性和強韌性，特別鋼有高的淬透性和強韌性，特別是大截面鋼材。經(jīng)過是大截面鋼材。經(jīng)過真空感應爐冶煉和真空感應爐冶煉和電渣重熔成錠電渣重熔成錠，再經(jīng)過兩次鐓粗拔長開，再經(jīng)過兩次鐓粗拔長開坯，由于鋼的純凈度大大提高，在大截坯，由于鋼的純凈度大大提高，在大截面上鋼的橫向力學性能得到改善，縱向面上鋼的橫向力學性能得到改善，縱向和橫向的斷裂韌

37、性基本一致。和橫向的斷裂韌性基本一致。300M鋼鋼可用于制造大型可用于制造大型飛機的起落架飛機的起落架等重要結等重要結構材料。構材料。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼三、馬氏體時效鋼三、馬氏體時效鋼背景背景n低合金中碳馬氏體型鋼在超高強度結構低合金中碳馬氏體型鋼在超高強度結構鋼中發(fā)展的最早，成本低廉，生產(chǎn)工藝鋼中發(fā)展的最早，成本低廉，生產(chǎn)工藝較為簡單，性能已接近較為簡單，性能已接近2000MPa的抗拉的抗拉強度，因此其產(chǎn)量仍居超高強度鋼總產(chǎn)強度，因此其產(chǎn)量仍居超高強度鋼總產(chǎn)量的首位。量的首位。隨著強度的升高，塑性、韌隨著強度的升

38、高，塑性、韌性不斷下降，容易發(fā)生材料的早期脆性性不斷下降，容易發(fā)生材料的早期脆性破壞。破壞。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼主要問題主要問題（1）破壞的性質和缺口的性質有關：破壞的性質和缺口的性質有關：l當構件存在當構件存在鈍鈍缺口時缺口時（例如應力集中系數(shù)（例如應力集中系數(shù)K=5），抗拉強度在），抗拉強度在1900MPa2000MPa的的鋼種，其實際破壞應力尚能與設計破壞應鋼種，其實際破壞應力尚能與設計破壞應力相當；力相當；l當構件存在當構件存在尖銳尖銳缺口時缺口時（如應力集中系數(shù)（如應力集中系數(shù)K=10），低合金中碳馬氏體型鋼

39、的），低合金中碳馬氏體型鋼的抗拉強抗拉強度水平不能超過度水平不能超過1700MPa，否則就會發(fā)生，否則就會發(fā)生低強度下的早期破斷。鋼的強度愈高，這低強度下的早期破斷。鋼的強度愈高，這種早期破壞現(xiàn)象就愈嚴重。種早期破壞現(xiàn)象就愈嚴重。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼（2）低合金中碳馬氏體型鋼低合金中碳馬氏體型鋼是中碳鋼，在是中碳鋼，在熱處理過程中熱處理過程中有較大的脫碳傾向有較大的脫碳傾向，需要，需要在熱處理設備和工藝上采用保護措施。在熱處理設備和工藝上采用保護措施。必須指出的是，這類鋼的必須指出的是，這類鋼的熱處理變形較熱處理變形較

40、大大，不易校直，不易校直，焊接性較差焊接性較差。n由于用碳強化的低合金中碳馬氏體型鋼由于用碳強化的低合金中碳馬氏體型鋼具有具有碳強化的先天性弱點碳強化的先天性弱點。為此就發(fā)展。為此就發(fā)展了了無碳的馬氏體時效鋼無碳的馬氏體時效鋼，它是在，它是在Fe-Ni合合金馬氏體基礎上，利用時效析出金屬間金馬氏體基礎上，利用時效析出金屬間化合物相進一步強化?；衔锵噙M一步強化。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼馬氏體時效鋼的合金化馬氏體時效鋼的合金化l合金化原理：合金化原理：n馬氏體時效鋼的高強度來源于合金元素的馬氏體時效鋼的高強度來源于合金元素的

41、固溶強化固溶強化、馬氏體相變的、馬氏體相變的冷作硬化冷作硬化和時效和時效析出金屬間化合物的析出金屬間化合物的沉淀強化沉淀強化。n由于馬氏體時效鋼的強化效應是由于置換由于馬氏體時效鋼的強化效應是由于置換元素在馬氏體中固溶及沉淀析出所造成的，元素在馬氏體中固溶及沉淀析出所造成的，且這些且這些置換元素大都是鐵素體形成元素，置換元素大都是鐵素體形成元素，因此要能夠得到馬氏體基體，必須加入擴因此要能夠得到馬氏體基體，必須加入擴大大A相區(qū)的元素相區(qū)的元素。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼l合金化元素：合金化元素：n主加元素主加元素NiuNi的

42、加入可以的加入可以保證馬氏體的形成保證馬氏體的形成，從而增，從而增加基體的強度，并降低其它合金元素在基加基體的強度，并降低其它合金元素在基體中的溶解度；體中的溶解度；uNi的加入能降低點陣中位錯運動抗力和位的加入能降低點陣中位錯運動抗力和位錯與間隙元素之間交互作用能量，促進應錯與間隙元素之間交互作用能量，促進應力松弛，從而力松弛，從而減少脆性斷裂傾向減少脆性斷裂傾向；uNi的加入還的加入還有利于馬氏體中的沉淀相的均有利于馬氏體中的沉淀相的均勻形核與成長勻形核與成長，這種均勻沉淀將促進良好，這種均勻沉淀將促進良好的塑性變形特性和高的延性。的塑性變形特性和高的延性。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型

43、結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n加入一定量的鈷加入一定量的鈷Cou降低殘余奧氏體含量：降低殘余奧氏體含量：隨著鎳含量的增隨著鎳含量的增加，加，MS點也會下降，因此要控制鎳的加點也會下降，因此要控制鎳的加入量；加入入量；加入鈷鈷Co能升高能升高MS點；點；u增加鋼中擴大增加鋼中擴大A相區(qū)的能力，降低點陣中相區(qū)的能力，降低點陣中位錯運動抗力和位錯與間隙元素之間交位錯運動抗力和位錯與間隙元素之間交互作用能量，促進板條馬氏體的形成。互作用能量，促進板條馬氏體的形成。u這種無碳板條馬氏體的特征是具有高密這種無碳板條馬氏體的特征是具有高密度均勻分布的位錯，提供了大量潛在

44、的度均勻分布的位錯，提供了大量潛在的形核位置和保證了較高的擴散速率，從形核位置和保證了較高的擴散速率，從而而保證時效過程中獲得細小的沉淀物保證時效過程中獲得細小的沉淀物。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n加入合金元素鎳、鈦、鋁、鉬、鈮等，以加入合金元素鎳、鈦、鋁、鉬、鈮等，以形成金屬間化合物形成金屬間化合物Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo和和Fe2Mo相等的沉淀硬化相。相等的沉淀硬化相。u馬氏體時效鋼的板條馬氏體具有良好的塑馬氏體時效鋼的板條馬氏體具有良好的塑性和韌性，又有較好的低溫塑性和韌性。性和韌性，又有較好的低溫塑性和韌性

45、。其原因在于板條馬氏體中具有大量數(shù)目的其原因在于板條馬氏體中具有大量數(shù)目的可動位錯，組織中可動位錯的利用率的增可動位錯，組織中可動位錯的利用率的增加不僅改善塑性，而且使解理縮小到最低加不僅改善塑性，而且使解理縮小到最低限度。限度。u馬氏體時效鋼的板條馬氏體的強度并不高，馬氏體時效鋼的板條馬氏體的強度并不高，但但配合金屬間化合物沉淀強化后可獲得最配合金屬間化合物沉淀強化后可獲得最佳的強韌性。佳的強韌性。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n加入合金元素鉬和加入合金元素鉬和鈷產(chǎn)生協(xié)同效應：鈷產(chǎn)生協(xié)同效應：加合金元素鉬和鈷加合金元素鉬和鈷在

46、形成沉淀強化的在形成沉淀強化的同時，還會形成一同時，還會形成一些附加的效應。如些附加的效應。如鉬鉬和和鈷鈷的復合加入，的復合加入，使沉淀強化效應進使沉淀強化效應進一步加強一步加強協(xié)同協(xié)同效應。效應。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼u產(chǎn)生協(xié)同效應的原因：產(chǎn)生協(xié)同效應的原因：鈷鈷減小含鉬強化相的溶解度，使更多的強減小含鉬強化相的溶解度，使更多的強化相在時效過程中析出；化相在時效過程中析出；鉬鉬還可以降低馬氏體時效鋼的回火脆性。還可以降低馬氏體時效鋼的回火脆性。鈦鈦除了形成沉淀相以外，還會與殘余碳或除了形成沉淀相以外，還會與殘余碳或氮形

47、成鈦的碳氮化合物而細化鋼的組織，氮形成鈦的碳氮化合物而細化鋼的組織，但它們常沉淀在奧氏體晶界引起各向異性但它們常沉淀在奧氏體晶界引起各向異性效應，并降低鋼的塑性。效應，并降低鋼的塑性。鋁鋁對馬氏體也有一定的強化效應，然而它對馬氏體也有一定的強化效應，然而它損害時效前后的延性。損害時效前后的延性。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n嚴格控制冶煉過程中鋼中雜質元素含量。嚴格控制冶煉過程中鋼中雜質元素含量。u碳碳固溶于馬氏體中的碳會形成氣團，釘扎固溶于馬氏體中的碳會形成氣團，釘扎位錯，位錯，降低馬氏體的范性降低馬氏體的范性；碳與鉬、鈦、；

48、碳與鉬、鈦、鈮能形成穩(wěn)定的碳化物，在晶界上析出時鈮能形成穩(wěn)定的碳化物，在晶界上析出時使鋼的使鋼的韌性降低，缺口敏感性增加韌性降低，缺口敏感性增加，同時，同時還還減少其有效含量，使強化效應減少減少其有效含量，使強化效應減少。u氮氮在鋼中形成在鋼中形成TiN和和NbN，會作為裂紋源會作為裂紋源。u少量少量硅硅和和錳錳有強化作用，但有強化作用，但對韌性有害對韌性有害。u硫硫形成硫化物，降低鋼的橫向性能。形成硫化物，降低鋼的橫向性能。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼馬氏體時效鋼的熱處理馬氏體時效鋼的熱處理l相變滯后相變滯后是指這類鋼在冷卻

49、過程中冷卻到是指這類鋼在冷卻過程中冷卻到260 320左右時發(fā)生馬氏體相變，形左右時發(fā)生馬氏體相變，形成馬氏體組織，但把形成的馬氏體組織再成馬氏體組織，但把形成的馬氏體組織再加熱時，則必須加熱到加熱時，則必須加熱到520左右時，馬氏左右時，馬氏體才分解，也正由于這類馬氏體組織加熱體才分解，也正由于這類馬氏體組織加熱到一定的溫度范圍仍保持不變，從而保證到一定的溫度范圍仍保持不變，從而保證了時效強化得以進行。了時效強化得以進行。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏體

50、型結構鋼馬氏體型結構鋼l馬氏體時效鋼的典型熱處理工藝為：馬氏體時效鋼的典型熱處理工藝為：n815固溶處理固溶處理，隨后空冷至室溫，合金冷卻，隨后空冷至室溫，合金冷卻時轉變?yōu)轳R氏體。由于合金中時轉變?yōu)轳R氏體。由于合金中Ni含量很高以含量很高以及幾乎不存在及幾乎不存在C，鋼的淬透性極高，因而常常，鋼的淬透性極高，因而常常在空氣中冷卻。在空氣中冷卻。固溶處理后其硬度在固溶處理后其硬度在3035 HRC之間之間，很容易進行進一步的機械加工。，很容易進行進一步的機械加工。n馬氏體時效鋼的硬化是通過馬氏體時效鋼的硬化是通過480時效時效36h來完成的。由于時效過程中來完成的。由于時效過程中形成金屬間化合形

51、成金屬間化合物物Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo和和Fe2Mo相等的沉淀相等的沉淀硬化相硬化相僅引起很小的尺寸變化，因而它可以僅引起很小的尺寸變化，因而它可以作為產(chǎn)品的最終熱處理。作為產(chǎn)品的最終熱處理。 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼馬氏體時效鋼的優(yōu)越性能馬氏體時效鋼的優(yōu)越性能l在高強度水平下還在高強度水平下還具有高的強重比以及優(yōu)具有高的強重比以及優(yōu)越的韌性越的韌性；l比許多常用合金結構鋼比許多常用合金結構鋼有較好的氫脆和應有較好的

52、氫脆和應力腐蝕抗力力腐蝕抗力；l在固溶處理和時效以后均在固溶處理和時效以后均可進行焊接而不可進行焊接而不需要預熱需要預熱。n這類鋼的這類鋼的高合金度高合金度和和生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝極其嚴格，極其嚴格，這使得鋼的生產(chǎn)成本很高。這使得鋼的生產(chǎn)成本很高。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼n應用于航空、航天的重要構件：應用于航空、航天的重要構件：如大型火箭如大型火箭發(fā)動機殼體、空間運載工具的扭力棒懸掛體、發(fā)動機殼體、空間運載工具的扭力棒懸掛體、火箭發(fā)動機零件、直升飛機的柔性轉動軸、火箭發(fā)動機零件、直升飛機的柔性轉動軸、飛機起落架部件、旋轉機翼式

53、飛機的鉸鏈結飛機起落架部件、旋轉機翼式飛機的鉸鏈結合部件、水翼艇及潛艇的零部件。也用于制合部件、水翼艇及潛艇的零部件。也用于制造高壓容器、螺栓、緊固件和機槍彈簧、槍造高壓容器、螺栓、緊固件和機槍彈簧、槍管、噴油泵零件、低溫服役零件及機加工工管、噴油泵零件、低溫服役零件及機加工工具的指度盤等。具的指度盤等。n幾種典型的馬氏體時效型超高強度結構鋼的幾種典型的馬氏體時效型超高強度結構鋼的牌號、化學成分、熱處理工藝及室溫力學性牌號、化學成分、熱處理工藝及室溫力學性能如表能如表3-10。3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼“海行者海行者”號演示

54、艦號演示艦 日本海上自衛(wèi)隊日本海上自衛(wèi)隊PG1級導彈水翼艇級導彈水翼艇 3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼3.5 馬氏體型結構鋼馬氏體型結構鋼3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼低溫用鋼（耐寒鋼）低溫用鋼（耐寒鋼）易削鋼（自動機鋼）易削鋼（自動機鋼）無磁鋼無磁鋼鋼軌鋼鋼軌鋼特特殊殊用用途途的的結結構構鋼鋼抗氫鋼抗氫鋼大鍛件用鋼大鍛件用鋼耐磨鋼耐磨鋼LNG（液化天然氣）汽化站（液化天然氣）汽化站 Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼

55、3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼低磷抗氫誘導裂紋用低磷抗氫誘導裂紋用16Mn（HIC）鍛件）鍛件 Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼一、高錳鋼一、高錳鋼高錳鋼高錳鋼是指是指含含10%14%Mn和和0

56、.9%1.4%C的合的合金鋼。金鋼。l鑄態(tài)組織：鑄態(tài)組織：奧氏奧氏體體+網(wǎng)狀碳化物網(wǎng)狀碳化物。3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼l淬火組織：淬火組織：固溶處理后可以得到固溶處理后可以得到單相單相奧氏體組織奧氏體組織，這種奧氏體組織軟且有很，這種奧氏體組織軟且有很高的韌性，并具有低的屈服強度。高的韌性，并具有低的屈服強度。n硬度硬度180HB220HB，沖擊韌性大于，沖擊韌性大于150J/cm2，n0.2=250MPa400MPa，b=800MPa1000MPa，n5=35%55%，=40%50%，KU=180J/cm2。3.6 特殊用途鋼特

57、殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼高錳鋼的性能特點及冷作硬化的本質高錳鋼的性能特點及冷作硬化的本質l性能特點：性能特點：這種這種組織組織的鋼在的鋼在受到?jīng)_擊載受到?jīng)_擊載荷及高壓力的作用下，其荷及高壓力的作用下，其表面層表面層將迅速產(chǎn)將迅速產(chǎn)生加工硬化，從而產(chǎn)生生加工硬化，從而產(chǎn)生高耐磨的表面層高耐磨的表面層，而而內層內層仍然仍然保持優(yōu)良的沖擊韌性保持優(yōu)良的沖擊韌性，因此即，因此即使零件磨損到很薄，仍能承受較大的沖擊使零件磨損到很薄，仍能承受較大的沖擊載荷而不破裂。載荷而不破裂。3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結

58、構鋼l冷作硬化的本質：冷作硬化的本質：是通過是通過大量形變在奧氏體基體中產(chǎn)大量形變在奧氏體基體中產(chǎn)生大量層錯、形變孿晶、生大量層錯、形變孿晶、-馬馬氏體和氏體和-馬氏體，成為位錯運馬氏體，成為位錯運動的障礙。動的障礙。經(jīng)強烈沖擊后，經(jīng)強烈沖擊后，鋼的表面硬度極大地提高到鋼的表面硬度極大地提高到500HB左右，而心部仍保持左右，而心部仍保持韌性的奧氏體，所以能承受韌性的奧氏體，所以能承受強有力的沖擊載荷而不破裂。強有力的沖擊載荷而不破裂。 3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼高錳鋼的成分特點：高錳鋼的成分特點：l高錳鋼中高錳鋼中碳含量碳含量自自

59、1.0%增至增至1.5%時，表面時，表面硬化后的硬度增加，耐磨性可提高硬化后的硬度增加，耐磨性可提高23倍，倍，強度亦提高，但沖擊韌性下降，增加開裂強度亦提高，但沖擊韌性下降，增加開裂傾向，故傾向，故碳含量以碳含量以1.15%1.25%范圍為最范圍為最合適合適。l錳錳可以擴大可以擴大相區(qū)，增加奧氏體的穩(wěn)定性。相區(qū)，增加奧氏體的穩(wěn)定性。通常通常Mn/C的比值應為的比值應為911，以保證獲得奧，以保證獲得奧氏體的組織。氏體的組織。3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼lMn/C比值的確定：比值的確定：n對于耐磨性要求較高、沖擊韌性要求略低、對于耐磨

60、性要求較高、沖擊韌性要求略低、形狀不太復雜或薄壁的零件，形狀不太復雜或薄壁的零件，碳含量可選碳含量可選1.2%1.3%，錳含量為，錳含量為11%14%，Mn/C比取低限比取低限；n相反，相反，對于沖擊韌性要求較高、耐磨性要對于沖擊韌性要求較高、耐磨性要求略低、形狀復雜或厚壁的零件求略低、形狀復雜或厚壁的零件，碳含量，碳含量可選可選0.9%1.1%，錳，錳10%13%，Mn/C比比可取高限可取高限。3.6 特殊用途鋼特殊用途鋼Chapter 3 機器零件用合金結構鋼機器零件用合金結構鋼l高錳鋼中高錳鋼中加入加入2.0%4.0%Cr或適量的或適量的Mo和和V，能形成細小的碳化物，提高屈服能形成細小