金屬材料學(xué)第7章超高強度鋼

1、ultra-high strength steel超高強度鋼最先是為了滿足飛機結(jié)構(gòu)件上需要的具有高比超高強度鋼最先是為了滿足飛機結(jié)構(gòu)件上需要的具有高比強度（強度強度（強度/密度）的材料而研究的。為了提高飛機的飛密度）的材料而研究的。為了提高飛機的飛行速度，要求飛機的結(jié)構(gòu)材料具有更高比強度，以便減輕行速度，要求飛機的結(jié)構(gòu)材料具有更高比強度，以便減輕重量。重量。Al合金的比重為鋼的合金的比重為鋼的1/3，Al合金的強度極限已達到合金的強度極限已達到500600MPa，這就要求鋼的強度提高到，這就要求鋼的強度提高到15001800MPa以以上才能與上才能與Al合金匹配。所以一般鋼的屈服強度必須達到合

2、金匹配。所以一般鋼的屈服強度必須達到1500MPa的超高強度才能在飛機獲得廣泛應(yīng)用。的超高強度才能在飛機獲得廣泛應(yīng)用。例如火箭發(fā)動機外殼，飛機的起落架、機身骨架，高壓容例如火箭發(fā)動機外殼，飛機的起落架、機身骨架，高壓容器以及常規(guī)武器等。器以及常規(guī)武器等。 按成分和使用性能不同超高強度鋼可分：按成分和使用性能不同超高強度鋼可分： 低合金超高強度鋼低合金超高強度鋼4 40CrNi0CrNi2 2MoMo、M300M300（低合金）（低合金） 二次硬化型超高強度鋼二次硬化型超高強度鋼H11H11、H13H13（中碳中鎳）（中碳中鎳） 馬氏體時效型超高強度鋼馬氏體時效型超高強度鋼18Ni18Ni（低碳

3、高鎳）（低碳高鎳） 超高強度不銹鋼超高強度不銹鋼05Cr17Ni4Cu05Cr17Ni4Cu4Nb4Nb 7.1低合金超高強度鋼 40CrNiMoA、 30CrMnSiNi2A、35Cr2Mn2MoVA、45CrNiMoVA 、等從調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展。 C0.270.45，合金元素5，回火馬氏體或者貝氏體和馬氏體混合組織。做火箭發(fā)動機外殼、火箭外殼、高壓容器。 Rm=2880w(C)+800MPa Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V提高淬透性和回火穩(wěn)定性。7.2二次硬化型超高強度鋼（中碳中合金） 從美國熱形變H11（4Cr5MoVSi）、H13（4Cr5MoV1Si）移植。30Ni9Co4C

4、rMo1V、16Ni10Co14Cr2Mo。 高溫回火產(chǎn)生M7C3、M2C、MC特殊碳化物。 400500使用時抗拉強度13001500MPa，屈服強度11001200MPa。但塑韌性差、焊接性和冷變形性差。制作發(fā)動機承受中溫強度的零部件和緊固件。 7.3馬氏體時效鋼馬氏體時效鋼 （高鎳）（高鎳） 鐵鎳超低碳高合金超高強度鋼。 18Ni（300）（Ni18Co9Mo5TiAl）、20Ni(Ni20Ti2AlNb)、 25Ni(Ni25Ti2AlNb)。 0.03以下碳，18Ni，外加Co、Ti、Al、Mo等形成有序相（簡單點陣Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo）、拉維斯相（復(fù)雜立方Fe2Mo）

5、。 Ni降低位錯運動抗力及位錯與間隙原子間相互作用，促進應(yīng)力松弛，減少脆性斷裂傾向。 熱處理工藝：820 正火處理（馬氏體）？，480時效36小時，析出金屬間化合物。 高合金、成本高，工藝嚴(yán)格，用作火箭發(fā)動機殼體、空間運載火箭工具的扭力棒懸掛體，直升機的柔性轉(zhuǎn)動軸、潛艇的零部件。820155A3480圖圖7-2 18Ni馬氏體時效鋼的熱處理工藝馬氏體時效鋼的熱處理工藝7.4沉淀硬化超高強度不銹鋼沉淀硬化超高強度不銹鋼1.以以Cr13型馬氏體不銹鋼發(fā)展而來馬氏體沉淀硬化不銹型馬氏體不銹鋼發(fā)展而來馬氏體沉淀硬化不銹鋼鋼05Cr17Ni4Cu4Nb （174PH美國）美國）2.以以Cr18Ni9鋼為

6、基礎(chǔ)發(fā)展而來的奧氏體馬氏體沉淀硬鋼為基礎(chǔ)發(fā)展而來的奧氏體馬氏體沉淀硬化不銹鋼化不銹鋼07Cr17Ni7Al（177PH美國）美國）特點：在形成馬氏體基礎(chǔ)上，經(jīng)時效處理產(chǎn)生沉淀強化，特點：在形成馬氏體基礎(chǔ)上，經(jīng)時效處理產(chǎn)生沉淀強化，而得到超高強度。所以既具有而得到超高強度。所以既具有Cr18Ni9鋼優(yōu)良的焊接性鋼優(yōu)良的焊接性能，又具有馬氏體鋼的高強度能，又具有馬氏體鋼的高強度應(yīng)用：航空，宇航領(lǐng)域應(yīng)用：航空，宇航領(lǐng)域表7-1沉淀硬化化學(xué)成分鋼種鋼號CCrNiCoMoAlTiSiMn其它奧氏體-馬氏體沉淀硬化不銹鋼07Cr17Ni7Al(與美17-7PH相當(dāng))0.0916.0-18.06.5-7.7

7、50.75-1.501.01.0P0.035S0.0307Cr15Ni7Mo2Al(與美PH15-7Mo相當(dāng))0.0914.0-16.06.5-7.502.0-3.00.75-1.501.01.0P0.035 S0.03PH14-8Mo（美）0.02-0.0513.5-15.57.5-9.52.0-3.00.75-1.501.01.0P0.015 S0.01AM355（美）0.10-0.1715.0-16.04.0-5.02.5-3.250.50.5-1.25N0.07-0.13FV-520（英）0.0714.0-18.04.0-7.01.0-3.00.51.02.0Cu1.0-3.0馬氏體沉

8、淀硬化不銹鋼05Cr17Ni4Cu4Nb(與美17-4PH相當(dāng))0.0715.50-17.503.0-5.01.01.0P0.035 S0.03Cu3.0-5.0Nb0.15-0.45AFC-77（美）14Cr14Co13Mo5V0.1514.50.213.55V0.50.150.20NAS MA164（日）0.02512.54.512.550.150.10Pyrometx-15（美）0.03150.2202.90.10.1S0.01AM367(美)0.03143.515.52.00.50.10P0.01 S0.01一一. 馬氏體沉淀硬化超高強度不銹鋼馬氏體沉淀硬化超高強度不銹鋼組織特點：室溫

9、下是組織特點：室溫下是F+M在在Cr13馬氏體不銹鋼中添加馬氏體不銹鋼中添加Mo，W，Ti，Nb在固溶處理后在固溶處理后時效過程中沉淀析出一系列金屬間化合物（時效過程中沉淀析出一系列金屬間化合物（Fe2Mo，F(xiàn)e2Ti，F(xiàn)e2Nb等）而強化的。等）而強化的。Cr控制在控制在10-20，代表鋼種：美，代表鋼種：美174PH（05Cr17Ni4Cu4Nb）特點：耐腐蝕性和焊接性比馬氏體不銹鋼好，對氫脆不敏特點：耐腐蝕性和焊接性比馬氏體不銹鋼好，對氫脆不敏感，沖擊韌性高，但高溫強度低，在感，沖擊韌性高，但高溫強度低，在300-400具有脆性傾具有脆性傾向。向。應(yīng)用：飛機高強度結(jié)構(gòu)件和壓力容器等。應(yīng)用

10、：飛機高強度結(jié)構(gòu)件和壓力容器等。代表鋼種：代表鋼種：07Cr17Ni7Al（美（美177PH），）， 07Cr15Ni7Mo2Al組織特點：組織特點：室溫下是室溫下是A15-30M，在在18-8奧氏體基礎(chǔ)奧氏體基礎(chǔ)上發(fā)展而來。含碳量低。上發(fā)展而來。含碳量低。性能特點：較好的塑性和加工性能，焊接性能。性能特點：較好的塑性和加工性能，焊接性能。熱處理：含碳量低，成分設(shè)計上使熱處理：含碳量低，成分設(shè)計上使Ms點略低于室溫，以點略低于室溫，以便通過各種處理使不穩(wěn)定的便通過各種處理使不穩(wěn)定的A轉(zhuǎn)變成低碳馬氏體，然后再轉(zhuǎn)變成低碳馬氏體，然后再通過時效沉淀析出金屬間化合物提高強度。通過時效沉淀析出金屬間化合

11、物提高強度。沉淀元素：沉淀元素：Al，Mob可達可達1400-1850MPa。硬度。硬度HRC43-50。使用注意事項：使用溫度低于使用注意事項：使用溫度低于315 ，否則金屬間化合物，否則金屬間化合物繼續(xù)析出使鋼材變脆繼續(xù)析出使鋼材變脆二二. 奧氏體奧氏體-馬氏體沉淀硬化不銹鋼馬氏體沉淀硬化不銹鋼低合金低合金超高強度鋼超高強度鋼二次硬化二次硬化超高強度鋼超高強度鋼馬氏體馬氏體時效鋼時效鋼沉淀硬化沉淀硬化超高強度鋼超高強度鋼在調(diào)質(zhì)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來，在調(diào)質(zhì)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來，MeMe總質(zhì)量總質(zhì)量5%1500MPa1500MPa的中的中C C低合金鋼。低合金鋼。組織：回火馬氏體或下貝氏體組織：回火馬

12、氏體或下貝氏體+ +馬氏體，馬氏體，應(yīng)用于飛機起落架、火箭殼體等。應(yīng)用于飛機起落架、火箭殼體等。 在熱變形模具鋼基礎(chǔ)上移植發(fā)展起來，在熱變形模具鋼基礎(chǔ)上移植發(fā)展起來，彌散析出彌散析出MC、M2C、M7C3等等K，具有，具有二次硬化效應(yīng)。應(yīng)用于中溫條件下零件。二次硬化效應(yīng)。應(yīng)用于中溫條件下零件。Fe-Ni基合金，主要利用時效沉淀金屬間基合金，主要利用時效沉淀金屬間化合物強化，在強韌化微觀理論上取得了化合物強化，在強韌化微觀理論上取得了突破性進展，應(yīng)用于航空航天和國防工業(yè)。突破性進展，應(yīng)用于航空航天和國防工業(yè)。由不銹鋼發(fā)展起來，析出金屬間化合物由不銹鋼發(fā)展起來，析出金屬間化合物而產(chǎn)生沉淀強化，控制工藝調(diào)節(jié)微觀組織而產(chǎn)生沉淀強化，控制工藝調(diào)節(jié)微觀組織達到強韌化合理配合，應(yīng)用于高強度達到強韌化合理配合，應(yīng)用于高強度結(jié)構(gòu)件、壓力容器等。