7黑色金屬及其選用-JIANG

1、7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料黑色金屬及黑色金屬及其選用其選用* * 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料工況工況：過程裝備及構件在使用過程中存在過程裝備及構件在使用過程中存在失效現(xiàn)象失效現(xiàn)象措施措施：弄清失效的類型，從結構組織方面：弄清失效的類型，從結構組織方面提高材料的性能提高材料的性能要求要求：減少過程裝備及構件的失效，提高：減少過程裝備及構件的失效，提高材料的性能材料的性能7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料黑色金屬黑色金屬：鐵和鐵基的合金：鐵和鐵基的合金（鋼、鑄鐵和鐵合金）（鋼、鑄鐵和鐵合金）其中鋼鐵占了其中鋼鐵

2、占了95有色金屬有色金屬：除黑色金屬（鐵：除黑色金屬（鐵基合金）以外的所有金屬及基合金）以外的所有金屬及其合金。其合金。金金 屬屬7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料壓力容器壓力容器壓力容器壓力容器：化工、石油化工、能源、輕工、食：化工、石油化工、能源、輕工、食品、醫(yī)藥等生產過程以及航空、航天等部門所品、醫(yī)藥等生產過程以及航空、航天等部門所用的機器、設備用的機器、設備( (如：換熱器、反應釜、塔設備、如：換熱器、反應釜、塔設備、各種貯罐、汽缸、油缸等各種貯罐、汽缸、油缸等) )的的承壓殼體承壓殼體都是壓力都是壓力容器容器 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料

3、工程材料壓力容器圖壓力容器圖7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料壓力容器圖壓力容器圖7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料壓力容器圖壓力容器圖7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料壓力容器圖壓力容器圖7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料壓力容器圖壓力容器圖神舟外形7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料韌性斷裂：應力大于許用值，韌性斷裂：應力大于許用值，材料因材料因裂紋萌生裂紋萌生與擴展引起失效，與擴展引起失效，如：應力腐蝕、高溫氧化、磨損等如：應力腐蝕、高溫氧化、磨損等脆性斷裂：脆性破壞失效

4、，韌性高脆性斷裂：脆性破壞失效，韌性高的材料制造，的材料制造，在使用或制造過程中受環(huán)境因素及各種條件的影在使用或制造過程中受環(huán)境因素及各種條件的影響，材料性能會發(fā)生變化，材料脆化使容器使用響，材料性能會發(fā)生變化，材料脆化使容器使用過程中產生過程中產生低應力脆斷，低應力脆斷，如：氫脆、堿脆、如：氫脆、堿脆、相脆化、碳化物析出、低溫、輻射相脆化、碳化物析出、低溫、輻射等脆化等脆化疲勞斷裂疲勞斷裂：交變應力引起，交變應力引起，如：振動、周期性溫度變化等如：振動、周期性溫度變化等7.1.1 壓力容器的工況分析壓力容器的工況分析(常見常見3種失效情況種失效情況) 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用

5、 工程材料工程材料 良好的良好的綜合力學性能綜合力學性能：強度、硬度、塑性、韌性強度、硬度、塑性、韌性 較高的較高的強度與韌性強度與韌性 較低的較低的缺口敏感性缺口敏感性：屈強比小，防止脆斷屈強比小，防止脆斷 機械構件要求屈強比高，保證機械構件變形小機械構件要求屈強比高，保證機械構件變形小 良好的良好的材料組織和組織穩(wěn)定性材料組織和組織穩(wěn)定性：組織均勻、晶粒組織均勻、晶粒細化、盡可能少的組織缺陷細化、盡可能少的組織缺陷 好的好的冶金質量冶金質量：成分均勻、雜質（：成分均勻、雜質（S S、P P）含量低）含量低 良好的良好的加工工藝性能和焊接性能加工工藝性能和焊接性能：易加工成形，易加工成形，防

6、止產生裂紋和各種缺陷防止產生裂紋和各種缺陷 含碳量低含碳量低：碳當量：碳當量Ceq0.45%， C0.25%，焊接、冷焊接、冷成形、強度、塑性、沖擊韌性成形、強度、塑性、沖擊韌性 7.1.2 壓力容器對材料性能的要求壓力容器對材料性能的要求 非高溫：抗拉強度和屈服點非高溫：抗拉強度和屈服點高溫：蠕變、持久強度高溫：蠕變、持久強度7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料7.1.3 壓力容器材料焊接性能的保證壓力容器材料焊接性能的保證焊接過程特點焊接過程特點溫度高溫度高溫度梯度大溫度梯度大溶池體積小溶池體積小和冷卻速度和冷卻速度快快各個物理化各個物理化學過程分段學過程分段連續(xù)進行

7、連續(xù)進行焊接性能的保證焊接性能的保證正確設計焊接接頭的型式正確設計焊接接頭的型式選擇成熟、完善的焊接選擇成熟、完善的焊接方法與工藝方法與工藝焊接材料匹配焊接材料匹配焊接區(qū)金屬保護焊接區(qū)金屬保護焊接控制焊接控制有效的焊后熱處理有效的焊后熱處理JB/T4709-2000鋼制壓力容器焊接規(guī)程鋼制壓力容器焊接規(guī)程7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料7.1.4 壓力容器用鋼壓力容器用鋼低碳鋼低碳鋼 0.02 w(C) 0.25% 中碳鋼中碳鋼 0.25 w(C) 0.6% 高碳鋼高碳鋼 0.6 450的工作溫度）的工作溫度）碳鋼碳鋼：使用溫度：使用溫度多多 450其它高溫材料：其它

8、高溫材料：使用溫度使用溫度 800在高溫工作條件下工作的機器與設備大多使用在高溫工作條件下工作的機器與設備大多使用耐高溫的金屬材料制造，包括耐熱鋼和高溫合金耐高溫的金屬材料制造，包括耐熱鋼和高溫合金高溫高溫：未有固定界限，常指未有固定界限，常指 450的工作溫度的工作溫度耐熱耐熱：指材料在高溫下有：指材料在高溫下有耐熱穩(wěn)定性耐熱穩(wěn)定性和和熱強性熱強性熱強性熱強性：指耐熱鋼在高溫和載荷共同作用下指耐熱鋼在高溫和載荷共同作用下抵抵抗塑性變形和破壞的能力抗塑性變形和破壞的能力。7.2 高溫及低溫構件用鋼高溫及低溫構件用鋼7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的高溫用鋼的工

9、況和特點分析工況和特點分析 在高溫工作條件下使用的鋼有在高溫工作條件下使用的鋼有如下主要特點如下主要特點： 高溫下鋼會產生高溫下鋼會產生蠕變現(xiàn)象蠕變現(xiàn)象 高溫下鋼的高溫下鋼的組織結構常會發(fā)生轉變組織結構常會發(fā)生轉變 高溫下鋼的高溫下鋼的力學性能隨溫度及負荷持續(xù)時間力學性能隨溫度及負荷持續(xù)時間而變化而變化 高溫腐蝕高溫腐蝕 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求蠕變極限蠕變極限 n nt t 蠕變極限蠕變極限nt ：在恒溫與恒載荷作用下，：在恒溫與恒載荷作用下，在在規(guī)定的時間內，材料的蠕變變形量不超過某規(guī)定的時間內，材料的蠕變變形量不超過某

10、 一一規(guī)定值的最大應力規(guī)定值的最大應力 表示材料表示材料在長期、高溫負荷作用下抵抗塑性在長期、高溫負荷作用下抵抗塑性變形的能力變形的能力，不反映材料斷裂時的強度和塑性，不反映材料斷裂時的強度和塑性，不易正確評價材料斷裂情況不易正確評價材料斷裂情況一般規(guī)定過程裝備構件的總蠕變量為一般規(guī)定過程裝備構件的總蠕變量為1左右左右 如：如：12CrMoV鋼的蠕變極限鋼的蠕變極限n560=80MPa7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求持久強度持久強度 D Dt t 持久強度持久強度Dt：在在給定的溫度給定的溫度下，材料受載發(fā)生蠕下，材料受載發(fā)生蠕變，

11、變，當達到給定時間當達到給定時間（多為（多為105小時）小時）后，材料不發(fā)生后，材料不發(fā)生斷裂的最大應力斷裂的最大應力，也是材料產生斷裂時的最小破壞應力，也是材料產生斷裂時的最小破壞應力反映材料在反映材料在高溫下經過額定時間發(fā)生斷裂時的高溫下經過額定時間發(fā)生斷裂時的破壞能力破壞能力 同一種材料，持久強度同一種材料，持久強度Dt都高于蠕變極限都高于蠕變極限nt ，一般地，一般地，高溫塑性好的材料，高溫塑性好的材料，Dt/nt較大較大；而；而高高溫易脆斷的材料，溫易脆斷的材料，Dt/nt較小較小。 在設計時，以選用在設計時，以選用Dt/nt較大材料為好較大材料為好 如：如：12Cr1MoV鋼的持久

12、強度鋼的持久強度D560=100MPa 斷裂斷裂塑性變形塑性變形7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求松弛穩(wěn)定性松弛穩(wěn)定性 應力松弛應力松弛：裝備構件在高溫、長期應力作用裝備構件在高溫、長期應力作用下，其總變形不變，所受應力隨作用時間的增下，其總變形不變，所受應力隨作用時間的增加而自發(fā)的逐漸降低的現(xiàn)象加而自發(fā)的逐漸降低的現(xiàn)象松弛穩(wěn)定性松弛穩(wěn)定性：材料抵抗應力松弛的性能材料抵抗應力松弛的性能松弛穩(wěn)定性最常用的指標松弛穩(wěn)定性最常用的指標：以金屬在一定：以金屬在一定溫度溫度T、一定的初應力一定的初應力0作用下，作用下，經規(guī)定時間經規(guī)定時間后的剩

13、余應力后的剩余應力的大小來表示的大小來表示 在相同試驗溫度和初應力下，在相同試驗溫度和初應力下，材料的剩余應材料的剩余應力越高，則松弛穩(wěn)定性越好力越高，則松弛穩(wěn)定性越好7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求松弛穩(wěn)定性松弛穩(wěn)定性 10212T=常數(shù)常數(shù)時間時間t應應力力松弛曲線示意圖松弛曲線示意圖 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的性能要求高溫用鋼的性能要求高溫強韌性高溫強韌性 實際工作過程中，不是由于高溫持久強度不實際工作過程中，不是由于高溫持久強度不夠而使構件報廢，而是由于夠而使構件報廢，而是由于高溫脆

14、性高溫脆性使其早期使其早期斷裂斷裂要強調高溫使用材料的要強調高溫使用材料的高溫持久強韌性與強高溫持久強韌性與強度度的配合，要求高溫用鋼有高的的配合，要求高溫用鋼有高的高溫持久強度高溫持久強度和蠕變斷裂韌性和蠕變斷裂韌性 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的高溫用鋼的性能要求性能要求化學穩(wěn)定性化學穩(wěn)定性 高溫用鋼的化學穩(wěn)定性高溫用鋼的化學穩(wěn)定性， 高溫抗氧化性：高溫抗氧化性：取決于取決于氧化反應的熱力學氧化反應的熱力學與動力學條件；表面氧化膜的結構與性能與動力學條件；表面氧化膜的結構與性能 GB/T13303-91鋼的抗氧化測定方法，鋼的抗氧化測定方法，5級級 防

15、止高溫的合金反應或高溫氫脫碳防止高溫的合金反應或高溫氫脫碳7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼高溫用鋼分類分類 按合金元素含量按合金元素含量低碳鋼低碳鋼低合金耐熱鋼低合金耐熱鋼高合金耐熱鋼高合金耐熱鋼按特性按特性抗氧化不起皮鋼抗氧化不起皮鋼熱強鋼熱強鋼按鋼的組織結構按鋼的組織結構珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼鐵素體耐熱鋼鐵素體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料 高溫轉變區(qū)高溫轉變區(qū) 中溫轉變區(qū)中溫轉變區(qū) 低溫轉變區(qū)低溫轉變區(qū)共析鋼過冷共析鋼過冷A的等溫轉變曲線圖的等溫轉變曲線圖7 7 黑色金屬

16、及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼高溫用鋼珠光體耐熱鋼珠光體耐熱鋼 顯微組織顯微組織：細片珠光體：細片珠光體+鐵素體鐵素體 (正火狀態(tài)下正火狀態(tài)下)成分成分： C：0.10.4，常加熱的合金元素：常加熱的合金元素：Cr、Mo、W、V等，等，合金元素主要作用合金元素主要作用：強化鐵素體強化鐵素體，防止高溫下防止高溫下片狀滲碳體的球化與石墨化片狀滲碳體的球化與石墨化，提高，提高鋼的高溫強度鋼的高溫強度性能性能：合金元素含量少，膨脹系數(shù)小，導熱性：合金元素含量少，膨脹系數(shù)小，導熱性好，有好，有良好的冷、熱加工性能、焊接性能良好的冷、熱加工性能、焊接性能常用鋼號及應用常用鋼號及應用：

17、常見鋼號常見鋼號15CrMo、12Cr1MoV等，熱處理簡單，常等，熱處理簡單，常采用正火處理采用正火處理，廣泛用于廣泛用于600的鍋爐及管道、壓力容器、汽輪的鍋爐及管道、壓力容器、汽輪機轉子機轉子等等7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼高溫用鋼馬氏體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼淬透性好淬透性好，含兩類：，含兩類： 低碳高鉻鋼（低碳高鉻鋼（葉片鋼葉片鋼）： 成分：成分：Cr13型不銹鋼型不銹鋼Mo、W、V、Ti、Nb等合金元素，強化鐵素體，形成穩(wěn)定的碳化物，等合金元素，強化鐵素體，形成穩(wěn)定的碳化物，提高鋼的高溫強度提高鋼的高溫強度 組織組織：空冷得到馬氏體：空冷得到馬氏體

18、性能性能： 500有良好的蠕變抗力和優(yōu)良的消有良好的蠕變抗力和優(yōu)良的消振性振性 常用鋼號及應用常用鋼號及應用： 1Cr11MoV、1Cr12WMoV等，制造汽輪機的葉片，又稱等，制造汽輪機的葉片，又稱葉片鋼葉片鋼7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料中碳鉻硅鋼（中碳鉻硅鋼（氣閥鋼氣閥鋼 ）： 成分成分：中碳鉻硅鋼：中碳鉻硅鋼P S 等等 組織組織：具有馬氏體形態(tài)的：具有馬氏體形態(tài)的回火索氏體回火索氏體 性能性能：抗氧化性好、蠕變抗力高，硬度和耐：抗氧化性好、蠕變抗力高，硬度和耐磨性較高磨性較高 常用鋼號及應用常用鋼號及應用： 4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等，等，制造

19、使用溫度制造使用溫度750的發(fā)動機排氣閥，又稱氣閥的發(fā)動機排氣閥，又稱氣閥鋼，常在鋼，常在淬火淬火(10001100加熱后空冷或油冷加熱后空冷或油冷)及及高溫回火高溫回火(650800空冷或油冷空冷或油冷)后獲得具有后獲得具有馬氏體形態(tài)的回火索氏體狀態(tài)下使用。馬氏體形態(tài)的回火索氏體狀態(tài)下使用。7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼高溫用鋼鐵素體耐熱鋼鐵素體耐熱鋼 成分成分：只含：只含1313或或1717鉻的簡單鐵素體鋼鉻的簡單鐵素體鋼 簡單鐵素體鋼簡單鐵素體鋼SiSi、AlAl等等組織組織：鐵素體：鐵素體( (正火處理正火處理) )性能性能：抗氧化性強，但高溫強度低

20、，焊接：抗氧化性強，但高溫強度低，焊接性能差，脆性大性能差，脆性大常用鋼號及應用常用鋼號及應用：1Cr13Si3、1Cr13SiAl、1Cr18Si2等，制造受力不大的加熱鍋爐構件，等，制造受力不大的加熱鍋爐構件，常用常用正火處理（正火處理（700800 oC加熱空冷加熱空冷）后使用）后使用 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼高溫用鋼奧氏體耐熱鋼奧氏體耐熱鋼 成分成分：鉻鎳含量：鉻鎳含量18-8及及25-20的簡單奧氏體鋼及的簡單奧氏體鋼及簡單簡單奧氏體鋼奧氏體鋼W、Mo、V、Ti、Nb、Al等，等，強強化奧氏體，形成穩(wěn)定碳化物和金屬間化合物化奧氏體，形成穩(wěn)定碳

21、化物和金屬間化合物。組織組織：單相奧氏體單相奧氏體、或、或奧氏體加彌散碳化物和奧氏體加彌散碳化物和金屬間化合物的組織金屬間化合物的組織。(固溶處理、或固溶時效固溶處理、或固溶時效)性能性能：高的熱強性和抗氧化性，高的塑性和韌：高的熱強性和抗氧化性，高的塑性和韌性、良好的可焊性和冷成形性性、良好的可焊性和冷成形性常用鋼號及應用常用鋼號及應用：0Cr19Ni9、0Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、2Cr25Ni20等，制造工作溫度等，制造工作溫度600850的高壓鍋爐過熱器、承壓反應管、汽的高壓鍋爐過熱器、承壓反應管、汽輪機葉片、葉輪、發(fā)動機氣閥等輪機葉片、葉輪、發(fā)動機氣閥等 7 7

22、黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼選材高溫用鋼選材因地制宜，具體問題具體分析因地制宜，具體問題具體分析，視具體，視具體用途和工作環(huán)境等實際情況進行選材用途和工作環(huán)境等實際情況進行選材在滿足性能的基礎上，盡可能選用價廉在滿足性能的基礎上，盡可能選用價廉且綜合性能好的材料且綜合性能好的材料 P101,102，表表7-8國內常用耐熱鋼的主要國內常用耐熱鋼的主要化學成分、熱處理、力學性能與主要用化學成分、熱處理、力學性能與主要用途途文中文中廢熱鍋爐選材廢熱鍋爐選材的例子自學的例子自學7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料7.2.2 低溫用鋼低溫用鋼（多指（多

23、指 完全淬火回火組織完全淬火回火組織 正火回火組織正火回火組織 正火組織正火組織 網狀未回火的馬氏體組織網狀未回火的馬氏體組織遞減遞減 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料低合金鋼耐濕低合金鋼耐濕H H2 2S S腐蝕開裂的機理腐蝕開裂的機理- -潔凈度潔凈度 潔凈度高的鋼材，潔凈度高的鋼材，S、P含量極少，氫在鋼含量極少，氫在鋼內聚集程度降低，則抗內聚集程度降低，則抗H2S開裂性能好開裂性能好Ni存在有不利的影響存在有不利的影響，含鎳鋼上的析氫過，含鎳鋼上的析氫過電位最低，氫離子易于在其上放電成為氫原子電位最低，氫離子易于在其上放電成為氫原子而滲入鋼中，因而強化吸氫過程

24、，增加氫致開而滲入鋼中，因而強化吸氫過程，增加氫致開裂敏感性裂敏感性低合金鋼低合金鋼+Nb、Ti、V、Al、Be和稀土元素和稀土元素,耐濕耐濕H2S腐蝕開裂性能改善，腐蝕開裂性能改善，Cr、Mo、同時加同時加入效果較好入效果較好 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料抗氫、氮、氨腐蝕用低合金鋼抗氫、氮、氨腐蝕用低合金鋼 原因原因：中溫的：中溫的H2、N2、NH3分子都能部分分分子都能部分分解成解成H和和N(Fe作催化劑作催化劑)，在高壓下，在高壓下，H與與N能滲能滲入鋼中入鋼中發(fā)生氫腐蝕發(fā)生氫腐蝕：H或或H2與鋼中的與鋼中的C反應生成反應生成CH4，使鋼脫使鋼脫C，塑性和強

25、度降低，直至鼓泡和開裂塑性和強度降低，直至鼓泡和開裂引起鋼的滲氮脆化引起鋼的滲氮脆化：N進入鋼與進入鋼與Fe或各種合金或各種合金元素化合生成氮化物，使鋼中的合金元素減少，元素化合生成氮化物，使鋼中的合金元素減少，在鋼材表面形成的疏松氮化層，在鋼材表面形成的疏松氮化層，N化容易往深化容易往深處發(fā)展，引起鋼的處發(fā)展，引起鋼的滲氮脆化滲氮脆化N化影響化影響：N化對氫腐蝕還有促進作用，造成化對氫腐蝕還有促進作用，造成鋼的脆化鋼的脆化 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料低合金鋼耐氫、氮、氨腐蝕機理低合金鋼耐氫、氮、氨腐蝕機理 提高鋼的抗氫腐蝕性能提高鋼的抗氫腐蝕性能主要采用兩種方

26、法主要采用兩種方法 盡量降低鋼中的盡量降低鋼中的C量量，如將碳降到，如將碳降到0.015%以下的以下的微碳純鐵在微碳純鐵在500時仍有良好的抗氫腐蝕性能；時仍有良好的抗氫腐蝕性能；加入碳化物形成元素加入碳化物形成元素(如如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等等)：與與C形成穩(wěn)定的合金碳化物形成穩(wěn)定的合金碳化物，在基體中彌，在基體中彌散分布，提高鋼的高溫強度，減緩氫腐蝕速度或氫散分布，提高鋼的高溫強度，減緩氫腐蝕速度或氫脆裂紋形成及擴展速度；脆裂紋形成及擴展速度；在鋼表面生成致密的保在鋼表面生成致密的保護膜護膜，對氫進入鋼中起阻滯作用，對氫進入鋼中起阻滯作用 提高鋼的抗氮化能力提高鋼的抗氮化能力：加

27、入：加入氮化物形成元素氮化物形成元素(如如Cr、Mo、V、Ti、Nb等等)，使鋼表面形成由穩(wěn)定氮化，使鋼表面形成由穩(wěn)定氮化物構成的薄而致密的滲氮層，阻礙氮原子向鋼內部滲物構成的薄而致密的滲氮層，阻礙氮原子向鋼內部滲透透 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料氫腐蝕選材依據(jù)圖氫腐蝕選材依據(jù)圖7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料耐蝕高合金鋼耐蝕高合金鋼 高合金鋼高合金鋼：優(yōu)質低碳鋼優(yōu)質低碳鋼10%合金元素合金元素，則成為高合金鋼則成為高合金鋼(稱為耐蝕高合金鋼稱為耐蝕高合金鋼)合金化效果合金化效果：加：加Cr量達到量達到12.5%的原子當量的原子當量濃度時

28、，鋼的電極電位向正方向突變，同時鋼濃度時，鋼的電極電位向正方向突變，同時鋼由活化狀態(tài)變到耐腐蝕的鈍化狀態(tài)，鋼表面形由活化狀態(tài)變到耐腐蝕的鈍化狀態(tài)，鋼表面形成了富集了成了富集了Cr2O3的氧化膜的氧化膜（在不少強腐蝕性介（在不少強腐蝕性介質中具有良好的穩(wěn)定性），因而提高了合金的質中具有良好的穩(wěn)定性），因而提高了合金的耐蝕性耐蝕性7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料合金元素合金元素 每增加每增加Cr1/8原子濃度，合金的耐蝕性就有原子濃度，合金的耐蝕性就有一個躍升，一個躍升，此為此為n/8定律定律(n為為1、2、3) 擴大奧氏體相區(qū)元素擴大奧氏體相區(qū)元素(Ni、Mn、C、N、

29、Cu) 縮小奧氏體相區(qū)元素縮小奧氏體相區(qū)元素(Cr、Si、Mo、Ti、Nb) Ni當量當量=%Ni+30(%C)+25(%N)+0.5(%Mn)+0.3(%Cu)Cr當量當量=%Cr+2(%Si)+1.5(%Mo)+1.75(%Nb)+1.5(%Ti) 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料不銹鋼的組織圖不銹鋼的組織圖Ni當量當量，有利，有利A；有利有利M、FCr當量當量，有利，有利F ；有利有利M7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料耐蝕高合金鋼的類型耐蝕高合金鋼的類型 組織結構組織結構分分馬氏體鋼馬氏體鋼奧氏體鋼奧氏體鋼奧氏體奧氏體- -鐵素體雙鐵素

30、體雙相鋼相鋼主要化學成分或特征元素主要化學成分或特征元素分分鉻鋼鉻鋼鉻鉬鋼鉻鉬鋼鉻鎳鋼鉻鎳鋼鉻鎳鉬鋼鉻鎳鉬鋼鉻錳氮鋼鉻錳氮鋼低碳級耐蝕高合金鋼低碳級耐蝕高合金鋼超低碳級耐蝕高合金鋼超低碳級耐蝕高合金鋼超純級耐蝕高合金鋼超純級耐蝕高合金鋼鐵素體鋼鐵素體鋼7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料耐蝕高合金鋼的分類方法耐蝕高合金鋼的分類方法 耐蝕性能特點耐蝕性能特點分分不銹鋼不銹鋼耐酸鋼耐酸鋼耐介質類型耐介質類型耐腐蝕類型耐腐蝕類型耐硝酸耐硝酸( (腐蝕腐蝕) )鋼鋼耐硫酸耐硫酸( (腐蝕腐蝕) )鋼鋼耐海水腐蝕不銹鋼耐海水腐蝕不銹鋼耐孔蝕不銹鋼耐孔蝕不銹鋼耐應力腐蝕不銹鋼耐應力腐

31、蝕不銹鋼7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料馬氏體鋼馬氏體鋼 n 組織組織：室溫下具有馬氏體組織的鉻不銹鋼：室溫下具有馬氏體組織的鉻不銹鋼n 性能性能：大氣中具有優(yōu)良的耐均勻腐蝕性能；：大氣中具有優(yōu)良的耐均勻腐蝕性能；在室溫下，耐弱腐蝕性介質較好在室溫下，耐弱腐蝕性介質較好n 典型鋼種典型鋼種： 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr137 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料鐵素體鋼鐵素體鋼 n組織組織：室溫下具有鐵素體組織：室溫下具有鐵素體組織 n性能性能：u含含Cr高、在氧化性介質高、在氧化性介質 (尤其硝酸溶液尤其硝酸溶液)中耐蝕性中耐蝕性很

32、高很高 對應力腐蝕敏感性低對應力腐蝕敏感性低u在較大溫度范圍在較大溫度范圍(室溫室溫1000左右左右) 均為單相鐵均為單相鐵素體組織，不發(fā)生相變素體組織，不發(fā)生相變u對晶間腐蝕比較敏感，脆化傾向大對晶間腐蝕比較敏感，脆化傾向大u含鉻量大于含鉻量大于18%，焊接困難，焊接困難n典型鋼種典型鋼種：0Cr13、1Cr17及及Cr為為2530%鋼，鋼，超純超純000Cr18Mo2, 000Cr25Mo1,000Cr28Mo2等等7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料奧氏體鋼奧氏體鋼 n組織組織：室溫下具有奧氏體組織：室溫下具有奧氏體組織n性能性能：有優(yōu)良的耐蝕性能、高低溫強度高、：

33、有優(yōu)良的耐蝕性能、高低溫強度高、韌塑性與加工工藝性能好，綜合性能最好，得韌塑性與加工工藝性能好，綜合性能最好，得到廣泛的應用到廣泛的應用n典型鋼種典型鋼種：CrNiCrNi鋼及鋼及CrMnNCrMnN鋼，主要是鋼，主要是CrNiCrNi奧氏體鋼奧氏體鋼1818Cr-8NiCr-8Ni鋼是這類鋼的基礎鋼種，如鋼是這類鋼的基礎鋼種，如1 1Cr18Ni9Cr18Ni9、0Cr18Ni90Cr18Ni9、00Cr19Ni1000Cr19Ni10等。在氧化性腐蝕介質等。在氧化性腐蝕介質中耐蝕性能好中耐蝕性能好 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料18Cr-8Nin18Cr-8Ni

34、鋼鋼Mo、Cu，耐還原性介質耐蝕性耐還原性介質耐蝕性能較好能較好 n18Cr-8Ni鋼高鋼高Mo（約約6%）、含）、含N（約約0.20%0.40%）的的Cr-Ni奧氏體不銹鋼（奧氏體不銹鋼（超級奧超級奧氏體不銹鋼）氏體不銹鋼）：耐還原性介質中有優(yōu)異，抗應：耐還原性介質中有優(yōu)異，抗應力腐蝕、抗點腐蝕、抗縫隙腐蝕的能力都好。力腐蝕、抗點腐蝕、抗縫隙腐蝕的能力都好。代表性鋼號：含碳量代表性鋼號：含碳量0.020%的的00Cr20Ni18Mo6N7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料18Cr-8Ni鋼的局限性鋼的局限性當當C0.03%時，時，C超過奧氏體的溶碳量，鋼只超過奧氏體的溶

35、碳量，鋼只有快速從溶解度以上高溫冷卻到室溫有快速從溶解度以上高溫冷卻到室溫(避免在溶避免在溶解度以下的高溫停留解度以下的高溫停留)，才能得到含過飽和碳的，才能得到含過飽和碳的單一奧氏體組織，否則會有高鉻碳化物單一奧氏體組織，否則會有高鉻碳化物(Cr23C6)在晶界沉淀析出，或有金屬間相在晶界析出，在晶界沉淀析出，或有金屬間相在晶界析出，大大降低鋼的抗大大降低鋼的抗晶間腐蝕、點腐蝕及沿晶間型晶間腐蝕、點腐蝕及沿晶間型的應力腐蝕開裂的應力腐蝕開裂，這是奧氏體不銹鋼最大的缺，這是奧氏體不銹鋼最大的缺點點 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料18Cr-8Ni的改進措施的改進措施n

36、降低降低C含量含量：可用超低碳奧氏體不銹鋼替代：可用超低碳奧氏體不銹鋼替代含穩(wěn)定元素的奧氏體不銹鋼含穩(wěn)定元素的奧氏體不銹鋼n固定碳的影響固定碳的影響：固定碳加入：固定碳加入Ti、Nb等強碳等強碳化物形成元素，需進行穩(wěn)定化處理，但穩(wěn)定化化物形成元素，需進行穩(wěn)定化處理，但穩(wěn)定化處理也不能防止奧氏體不銹鋼在某些介質中的處理也不能防止奧氏體不銹鋼在某些介質中的晶間腐蝕晶間腐蝕n固溶處理的影響固溶處理的影響：固溶處理后，使奧氏體：固溶處理后，使奧氏體成份均勻化，抑制高鉻碳化物的形成成份均勻化，抑制高鉻碳化物的形成 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料18Cr-8Ni的改進措施的改進

37、措施n穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理：把鋼加熱到：把鋼加熱到850900，保溫，保溫24小時，再通過水冷快速降至室溫，因小時，再通過水冷快速降至室溫，因TiC或或NbC沉淀的最快速度是在沉淀的最快速度是在880左右，而左右，而Cr23C6在晶間最快的沉淀速度是在在晶間最快的沉淀速度是在600750，穩(wěn)定化，穩(wěn)定化處理避免了在晶間腐蝕傾向敏感溫度范圍內停處理避免了在晶間腐蝕傾向敏感溫度范圍內停留，會降低晶間腐蝕傾向留，會降低晶間腐蝕傾向n固溶處理固溶處理：把這類鋼加熱到：把這類鋼加熱到10501150，保溫保溫24小時，使碳化物溶于高溫奧氏體中，再小時，使碳化物溶于高溫奧氏體中，再通過快速水冷卻至室溫獲得

38、單一的奧氏體組織通過快速水冷卻至室溫獲得單一的奧氏體組織7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料奧氏體奧氏體+鐵素體雙相鋼鐵素體雙相鋼 n耐腐蝕性能良好，強度比奧氏體不銹鋼高得耐腐蝕性能良好，強度比奧氏體不銹鋼高得多鐵素體含多鐵素體含Cr量高，可防止晶界貧鉻量高，可防止晶界貧鉻；能阻隔；能阻隔奧氏體晶界貧鉻連續(xù)成網、抗晶間腐蝕性能奧氏體晶界貧鉻連續(xù)成網、抗晶間腐蝕性能n雙相鋼加了雙相鋼加了Mo、N等元素，與含鉻量高，使等元素，與含鉻量高，使耐點蝕性能提高耐點蝕性能提高n耐應力腐蝕性能優(yōu)良耐應力腐蝕性能優(yōu)良，因為裂紋起源于奧氏，因為裂紋起源于奧氏體，鐵素體對裂紋擴展阻力大。體，

39、鐵素體對裂紋擴展阻力大。目前較普遍使用的奧氏體鐵素體雙相不銹鋼目前較普遍使用的奧氏體鐵素體雙相不銹鋼有有Cr22Ni5MoN型與型與Cr25Ni7MoN型型7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料7.3.3 耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕、耐磨、耐熱鑄鐵和鑄鋼耐蝕鑄鐵：耐蝕鑄鐵：提高耐蝕性的措施：提高耐蝕性的措施：添加添加Si, Cr, Al等，使表面形成致密且附著等，使表面形成致密且附著力強的保護膜力強的保護膜添加添加Si, Cr, Mo, Cu, Ni等，提高基體電極等，提高基體電極電位電位改變組織，獲得奧氏體組織等改變組織，獲得奧氏體組織等7 7 黑色金屬及其選用黑色金

40、屬及其選用 工程材料工程材料高硅鑄鐵高硅鑄鐵耐蝕特點耐蝕特點：常用高硅鑄鐵：常用高硅鑄鐵Si含量含量1416%，依靠表面依靠表面SiO2膜而抗蝕膜而抗蝕以耐氧化性介質為主，對還原性介質有一定以耐氧化性介質為主，對還原性介質有一定的耐蝕性的耐蝕性不耐苛性堿、氫氟酸、溫度高的鹽酸不耐苛性堿、氫氟酸、溫度高的鹽酸特點特點：成本低，性脆，硬度大，不能進行：成本低，性脆，硬度大，不能進行切削或鉆加工等切削或鉆加工等應用應用：強腐蝕條件下的泵、閥門、管道：強腐蝕條件下的泵、閥門、管道7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料其它耐蝕鑄鐵其它耐蝕鑄鐵鋁鑄鐵：含鋁鑄鐵：含3.5-6%的的Al高

41、鉻鑄鐵：含高鉻鑄鐵：含14-36%的的Cr高鎳鑄鐵：含高鎳鑄鐵：含12-36%的的Ni7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料耐磨鑄鐵耐磨鑄鐵抗磨鑄鐵的關鍵抗磨鑄鐵的關鍵：提高鑄鐵的硬度，使其：提高鑄鐵的硬度，使其高而均勻高而均勻珠光體合金白口鑄鐵珠光體合金白口鑄鐵：普通白口鑄鐵：普通白口鑄鐵Cr, Mo, Co, V, B等等馬氏體合金白口鑄鐵馬氏體合金白口鑄鐵：普通白口鑄鐵：普通白口鑄鐵Cr, Ni, B等等減摩鑄鐵組織減摩鑄鐵組織：軟基體上牢固嵌有堅硬強軟基體上牢固嵌有堅硬強化相化相7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料耐熱鑄鐵耐熱鑄鐵耐熱鑄鐵耐熱鑄

42、鐵：高溫下能抗氧化和生長且能承受一：高溫下能抗氧化和生長且能承受一定載荷的鑄鐵定載荷的鑄鐵不同合金元素對其性能的影響：不同合金元素對其性能的影響：Cr、Al、Si：致密完整穩(wěn)定性高的氧化膜致密完整穩(wěn)定性高的氧化膜Ni, Mn, Cu：降低相變溫度，利于得到單相奧氏降低相變溫度，利于得到單相奧氏體基體體基體Cr, V, Mo：穩(wěn)定碳化物，避免發(fā)生石墨化過程穩(wěn)定碳化物，避免發(fā)生石墨化過程常用耐熱鑄鐵：常用耐熱鑄鐵：中硅球磨鑄鐵：含中硅球磨鑄鐵：含5-6%Si高鋁球磨鑄鐵：含高鋁球磨鑄鐵：含21-24%Al高鉻耐熱鑄鐵：含高鉻耐熱鑄鐵：含26-30%Cr7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程

43、材料工程材料7.4 零部件用鋼零部件用鋼回轉件用鋼回轉件用鋼軸類軸類齒輪類齒輪類支撐件用鋼及鑄鐵支撐件用鋼及鑄鐵緊固件緊固件軸承軸承彈簧彈簧支座支座7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料軸用鋼軸用鋼失效形式失效形式疲勞斷裂疲勞斷裂脆性斷裂脆性斷裂表面磨損表面磨損7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料軸的一般設計步驟軸的一般設計步驟軸的結構設計軸的結構設計初定軸的最小直徑初定軸的最小直徑軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定加工和裝配的工藝性加工和裝配的工藝性提高軸強度的結構措施提高軸強度的結構措施軸的強度計算軸的強度計算軸的剛度計算軸的剛度計算軸的穩(wěn)定

44、性計算軸的穩(wěn)定性計算有特殊要求時有特殊要求時7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料軸對材料的軸對材料的要求要求高的強度，足夠的剛度和良好的韌性高的強度，足夠的剛度和良好的韌性高的疲勞強度高的疲勞強度較高的硬度和耐磨性較高的硬度和耐磨性淬透性淬透性7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料軸常用材料軸常用材料碳素鋼碳素鋼碳素鋼碳素鋼l優(yōu)質碳素鋼：優(yōu)質碳素鋼：35、45、50等，等，45鋼使用最鋼使用最廣泛廣泛l普通碳素鋼：普通碳素鋼：Q235A等等特點特點u強度、硬度、塑性和韌性等綜合機械性能強度、硬度、塑性和韌性等綜合機械性能好好u應力集中敏感性小應力集中敏

45、感性小u熱處理后提高耐磨性、疲勞強度熱處理后提高耐磨性、疲勞強度7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料軸常用材料軸常用材料合金鋼合金鋼合金鋼合金鋼l用于高速、重載、較重要的軸用于高速、重載、較重要的軸l常用常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等等特點特點u強度和淬火性比碳素鋼好強度和淬火性比碳素鋼好u對應力集中敏感性較大對應力集中敏感性較大u價格比碳素鋼貴價格比碳素鋼貴7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料軸常用材料軸常用材料球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵球墨鑄鐵以鐵代鋼以鐵代鋼特點特點u吸振性、耐磨性好吸振性、耐磨性好u對應力集中敏感性較小對應力集中敏

46、感性較小u可以做成復雜形狀可以做成復雜形狀u價廉沖擊韌性低、質量不易控制價廉沖擊韌性低、質量不易控制7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料齒輪齒輪7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料輪齒折斷輪齒折斷l(xiāng)疲勞折斷疲勞折斷l(xiāng)過載折斷過載折斷 ( (靜強度問題靜強度問題) )齒面點蝕齒面點蝕 齒面膠合齒面膠合 齒面磨料磨損齒面磨料磨損齒面塑性變形齒面塑性變形齒輪齒輪失效形式失效形式7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料輪齒折斷輪齒折斷7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料齒面齒面點蝕點蝕7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及

47、其選用 工程材料工程材料齒面膠合齒面膠合7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料磨損、塑性變形磨損、塑性變形7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料齒輪對材料的要求齒輪對材料的要求高的接觸疲勞強度高的接觸疲勞強度高的抗彎強度高的抗彎強度良好的切削性能和淬火性能良好的切削性能和淬火性能7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料鍛鋼鍛鋼l優(yōu)質碳素鋼：優(yōu)質碳素鋼： 45、l合金鋼：合金鋼： 35SiMn、40Cr、20CrMnTi、熱處理熱處理u軟齒面軟齒面 (大輪或大小輪硬度大輪或大小輪硬度 350HB)u正火正火u調質調質u硬齒面硬齒面 (硬度

48、硬度 350HB )u滲碳淬火滲碳淬火u氮化氮化齒輪常用材料齒輪常用材料鍛鋼鍛鋼7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料其它齒輪常用材料其它齒輪常用材料鑄鋼鑄鋼：常用于常用于da400600不不宜鍛造的場合宜鍛造的場合鑄鐵：鑄鐵：常用于不太重要、不常用于不太重要、不受尺寸限制的場合受尺寸限制的場合非金屬：非金屬：常用于小功率、精度常用于小功率、精度不高、噪聲低的場合不高、噪聲低的場合ZG310-570、屈服極限屈服極限強度極限強度極限灰口鑄鐵灰口鑄鐵 HT300、抗拉強度抗拉強度球墨鑄鐵球墨鑄鐵 QT500-7 、抗拉強度抗拉強度延伸率延伸率7%夾布膠木、尼龍、夾布膠木、尼龍

49、、表示方法表示方法7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料7.5 管道用鋼及鑄鐵管道用鋼及鑄鐵壓力管道對材料性能的要求：壓力管道對材料性能的要求：足夠的強度，良好的塑性和韌性；足夠的強度，良好的塑性和韌性；良好的冷熱加工性能；良好的冷熱加工性能；適應環(huán)境條件，耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性等適應環(huán)境條件，耐熱性、耐腐蝕性和耐磨性等綜合性能好綜合性能好管道用鋼及鑄鐵：管道用鋼及鑄鐵：低壓、低溫；低壓、低溫；腐蝕性不強；腐蝕性不強；高壓、低溫或高溫抗氫；高壓、低溫或高溫抗氫；耐腐蝕和高溫抗氧化耐腐蝕和高溫抗氧化7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料謝 謝！7 7 黑

50、色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的工況高溫用鋼的工況高溫蠕變高溫蠕變 蠕變蠕變：金屬在恒溫、恒應力、長期作用下，：金屬在恒溫、恒應力、長期作用下，發(fā)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象發(fā)生緩慢的塑性變形的現(xiàn)象 引起蠕變原因引起蠕變原因：高溫下金屬材料的：高溫下金屬材料的原子原子活動能力增加；活動能力增加；在外力作用下在外力作用下抵抗變形的能力抵抗變形的能力減弱減弱 蠕變對材料性能的影響蠕變對材料性能的影響：造成材料：造成材料變脆變脆；使使材料力學性能下降材料力學性能下降，以致斷裂；，以致斷裂；溫度越高，溫度越高，蠕變變形愈快蠕變變形愈快7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材

51、料工程材料高溫用鋼的工況高溫用鋼的工況 高溫蠕變高溫蠕變 蠕變溫度蠕變溫度：當：當T高于金屬材料的高于金屬材料的0.3Tm(以絕以絕對溫度表示的熔點對溫度表示的熔點)時蠕變顯著。時蠕變顯著。 碳鋼和普通低合金鋼碳鋼和普通低合金鋼，T350400，低合金鉻鉬鋼低合金鉻鉬鋼T 450，高合金鋼高合金鋼T 550，必須考慮蠕變現(xiàn)象，對蠕變變形進行計算。必須考慮蠕變現(xiàn)象，對蠕變變形進行計算。 產生蠕變的應力產生蠕變的應力：單一應力單一應力(拉力或扭力拉力或扭力)，復合應力復合應力。實際零部件承受的是復合應力，如。實際零部件承受的是復合應力，如蠕蠕變疲勞，蠕變扭轉變疲勞，蠕變扭轉等等等等 7 7 黑色金

52、屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的工況高溫用鋼的工況 典型高溫蠕變圖典型高溫蠕變圖 蠕蠕變變變變形形量量時間時間t tabcdo7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的工況高溫用鋼的工況 高溫蠕變圖高溫蠕變圖 oa為為開始加載后，開始加載后，引起的瞬時變形引起的瞬時變形，如果，如果應力超過金屬在該溫度下的彈性極限，則應力超過金屬在該溫度下的彈性極限，則oa由由彈性變形加塑性變形組成彈性變形加塑性變形組成 ab為第為第I階段階段，蠕變的速度隨時間的延長而，蠕變的速度隨時間的延長而逐漸減少，趨于穩(wěn)定逐漸減少，趨于穩(wěn)定bc為第為第階段，是蠕變的穩(wěn)定階段

53、階段，是蠕變的穩(wěn)定階段，蠕變，蠕變的速度基本不變。這一階段曲線的速度基本不變。這一階段曲線傾角傾角的正切值的正切值tg用來表示材料的蠕變速度用來表示材料的蠕變速度cd為第為第階段，蠕變加速進行階段，蠕變加速進行，直到，直到d點斷點斷裂為止裂為止7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的工況高溫用鋼的工況 高溫蠕變圖高溫蠕變圖不同材料在不同條件下可以得到不同的蠕變曲線；同一種不同材料在不同條件下可以得到不同的蠕變曲線；同一種材料應力和溫度不同也可以得到不同的蠕變曲線；盡管蠕材料應力和溫度不同也可以得到不同的蠕變曲線；盡管蠕變曲線形狀不同，變曲線形狀不同，但都具有蠕變的三

54、個階段的特點，但都具有蠕變的三個階段的特點，不同不同之處是之處是各個階段的持續(xù)時間有很大的改變；各個階段的持續(xù)時間有很大的改變；理想材料的蠕變特征：小的起始蠕變（理想材料的蠕變特征：小的起始蠕變（I I階段）和低的蠕階段）和低的蠕變速率（變速率（IIII階段）階段）溫度恒定，應力改變溫度恒定，應力改變 應力恒定，溫度改變應力恒定，溫度改變7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫組織結構變化高溫組織結構變化滲碳體的石墨化滲碳體的石墨化石墨化石墨化：鋼材在高溫作用下滲碳體自行分解：鋼材在高溫作用下滲碳體自行分解的一種現(xiàn)象，也稱為的一種現(xiàn)象，也稱為析墨現(xiàn)象，析墨現(xiàn)象，F(xiàn)e3C3

55、Fe + C(石墨石墨)，開始時石墨以微細的點狀出現(xiàn)，隨后，開始時石墨以微細的點狀出現(xiàn)，隨后逐漸聚集；逐漸聚集；石墨化的危害石墨化的危害：石墨的強度極低，實際上相：石墨的強度極低，實際上相當于金屬內部產生了空穴，空穴周圍出現(xiàn)應力當于金屬內部產生了空穴，空穴周圍出現(xiàn)應力集中，使集中，使材料脆化材料脆化，使，使材料強度與塑性降低材料強度與塑性降低，如石墨顆粒驟集成鏈狀出現(xiàn)，則會導致材料斷如石墨顆粒驟集成鏈狀出現(xiàn)，則會導致材料斷裂裂 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫組織結構變化高溫組織結構變化珠光體的球化珠光體的球化球化球化：低合金珠光體耐熱鋼在高溫長期作用下，：低合金

56、珠光體耐熱鋼在高溫長期作用下，珠光體組織中珠光體組織中片狀滲碳體逐漸轉變?yōu)榍驙顫B碳片狀滲碳體逐漸轉變?yōu)榍驙顫B碳體體、并逐漸聚集長大的現(xiàn)象、并逐漸聚集長大的現(xiàn)象球化危害球化危害：球化主要是：球化主要是降低鋼材的強度降低鋼材的強度，尤其，尤其是高溫強度是高溫強度如：如：中等球化會使低碳鋼和低碳鉬鋼常溫強度中等球化會使低碳鋼和低碳鉬鋼常溫強度指標下降指標下降10%15%；嚴重球化下降；嚴重球化下降20%30%，但嚴重球化會使低碳鋼和鉬鋼的高溫強，但嚴重球化會使低碳鋼和鉬鋼的高溫強度下降到度下降到50%，甚至更低，甚至更低 7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫組織結構變化高溫

57、組織結構變化合金元素的再分配合金元素的再分配合金元素的再分配及其危害合金元素的再分配及其危害：在高溫下長時在高溫下長時間工作，鋼還會發(fā)生合金元素在固溶體和碳化間工作，鋼還會發(fā)生合金元素在固溶體和碳化物之間的重新分配，強化性能的合金元素的原物之間的重新分配，強化性能的合金元素的原子子(Cr、Mo、V等等)會由會由固溶體向碳化物轉移固溶體向碳化物轉移，其中其中Mo最活躍最活躍。顯著降低固溶強化作用，使耐顯著降低固溶強化作用，使耐熱鋼的高溫強度下降熱鋼的高溫強度下降 碳化物結構類型、數(shù)量和分布也在變化，變碳化物結構類型、數(shù)量和分布也在變化，變化的結果形成化的結果形成穩(wěn)定狀態(tài)的碳化物穩(wěn)定狀態(tài)的碳化物，

58、這些變化同，這些變化同樣明顯樣明顯影響耐熱鋼的高溫強度。影響耐熱鋼的高溫強度。7 7 黑色金屬及其選用黑色金屬及其選用 工程材料工程材料高溫用鋼的工況高溫用鋼的工況高溫力學性能變化高溫力學性能變化 在高溫下，負載作用時間對鋼材力學性能影響在高溫下，負載作用時間對鋼材力學性能影響很大很大；例：常溫例：常溫b=420MPa的的20號鋼，在號鋼，在450時，時，20號鋼的屈服點大約是號鋼的屈服點大約是147 MPa：短時間，拉伸：短時間，拉伸強度是強度是330MPa，承受承受230MPa應力時，持續(xù)了應力時，持續(xù)了300小時左右就發(fā)生斷裂；承受小時左右就發(fā)生斷裂；承受120MPa應力，則應力，則持續(xù)持續(xù)10000