《超高强度钢》PPT课件.ppt

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1、超高强度钢主要内容基本知识介绍基本知识介绍实例介绍第合金超高强度钢低碳马氏体超高强度钢二次硬化钢马氏体时效钢基本知识介绍超高强度钢：屈服强度b1500Mpa。用途飞机起落架、机身骨架火箭发动机壳体常规武器某些零件高压容器要求1、合适的塑性2、一定的冲击抗力和断裂韧性3、较高的高周和低周疲劳抗力4、较高的缺口强度和缺口塑性5、适当的可焊性充分考虑：抗拉强度：冲击韧性：ak或Ak断裂韧性：KICca1/2（a：裂纹长度的一半，c：裂纹快速失稳扩展的临界作用力：系数）b越高其缺口强度越低说明了超高强度钢对缺口和表面缺陷的敏感性。KIC由材料本质决定，并随钢基体所固溶C含量增高而降低组织设计成分设计基

2、本设计原则之组织的设计较高强度的要求：b1500MPa在超高强度的情况下需要一定的塑韧性基体必须为马氏体组织C含量不能太高基体组织：低碳位错马氏体基本设计原则 由于不同的成分的合金，其塑韧性不一样，所要改善的方向也不一样，因此其所需要改善的方向也不一样，对于超高强度钢来说总结起来可归纳为：为得到优异的强韧性配合，M的C含量1700Mpa,ak=50J/cm2第二例：低碳马氏体超高强度钢 本例是在低碳马氏体钢20SiMnMoV（，）基础上改进而来的。20SiMnMoV钢经淬火并205低温回火后，其KIC值很高，约为1960N/mm3/2,ak=160J/cm2，但b不算高，刚达到超高强度的要求，

3、因此有必要通过合理的设计增高其强度，使其跨入超高强度的范畴，以其获得强韧性组合更趋完善。基本设计思路为取得更高水平的强度，增高M固溶的C含量为。由于M条间稳定的残余奥氏体薄膜可使裂纹钝化或分叉，因此希望得到M条间的稳定A存在来改善韧性加入Ni保留Mn，提高Ar的稳定性考虑回火脆性加入Mo抑制回火脆性加入Si增加回火抗力，加Cr提高淬透性加V细化晶粒综上得出：低碳马氏体钢的理论设计成分：，选择化学成分为：，组织：300350回火，为位错M条件存在的Ar性能：1420MPa,b1765MPa,KIC3920N/mm3/2第三例：二次硬化钢 二次硬化钢主要用以制作超音速飞机中再中温下承受高应力的构件

4、和轴、螺栓等零件的钢材，其要求是具有高的强度，同时亦要求在较高的温度下仍然保持高的强度，因此其强度要求主要从二次硬化效应方面着手。设计思路提出二次硬化有效性的评定方式二次硬化作用的硬化”强度“出现最大二次硬化作用的温度二次硬化作用的过时效速度综合考虑合金元素Cr、Mo、V的二次硬化作用首先考虑元素Cr，钢中添加Cr可有以下作用：（1）提高马氏体的淬透性；（2）使钢在较高温度下具有较好的耐蚀性和抗氧化性；（3）加入6Cr可赋予钢以较高的回火抗力，不过并未构成二次硬化效应，但可以很快的产生过时效 MO是另一个值得考虑的合金元素，加入Mo产生二次硬化作用可明显的提高回火抗力。并且只要其含量在1.03

5、.0左右就可达到极值的效果（如左图），比较合理的是22.5，Mo的二次硬化“强度”和其最大的硬化“强度”温度所对应的温度皆高于Cr，但过时效速度较低。Mo含量与二次硬化作用图 V也是一个值得考虑的元素，采用0.5V即可产生二次硬化（如左图）如果V含量过高时因为要固溶V4C3 将要在奥氏体温度下保持较长的时间，容易引起奥氏体的粗化。在2Mo钢中加入0.5V尚不足以构成V4C3然V可固溶于Mo2C，提高其稳定性和形成温度，降低过时效速度。所以加入量0.5时，并不直接产生二次硬化作用，而是间接的为二次硬化服务的。V的含量和回火性能根据上述三个合金元素各自的二次硬化作用的表现可得：（1）、碳化物形成的

6、倾向性：CrMoV；（2）、碳化物长大和过时效的抗力：Cr7C3Mo2CV4C3（3）、产生二次硬化的温度：Cr7C3的二次硬化温度约为 500，Mo2C为575，V4C3为600625（4）、在回火时，合金元素阻止马氏体位错亚结构消除的作用取决于合金元素对铁原子自扩散速率的影响：CrMoV基于上述原理，得到现在发展的钢种成分是：0.4C，0.75Si，1.5Cr，2.0Mo，1.5V。其在600回火，b1800MPa,若于650回火，b则为1560MPa第四例：马氏体时效钢 马氏体时效钢以无碳(或超低碳)铁镍马氏体为基体，400 550时效时能产生金属间化合物沉淀硬化的超高强度钢，广泛应用于

7、航空、航天以及军事等尖端领域。其是运用强韧化理论解决实际钢强韧性一个比较成功了例子。设计的构思方向以高塑性的超低碳位错马氏体和具有高时效硬化作用的共格金属间化合物的组织，以期能得到优异的强韧配合超低碳马氏体的获得；要求在空冷，甚至退火条件下也可形成马氏体能有效的产生时效硬化作用促使马氏体更加韧性具体成分设计 首先C含量的应限定在0.03以下，否则难以达到塑性要求。这种钢的一个不平凡的特点就是，强化完全抛开了C的作用。合金元素的设计 这类钢的沉淀硬化只能依靠金属间化合物的析出，有序相AB3是很有效的硬化相，因此应向钢中加入Ni，Mo，Ti和Al等元素，其中Ni的量要加入相当的高。另一个要提到的元

8、素就是Co，Co可以和Mo间产生协作效应，从而体现在于Co对Ni3Mo这个主要沉淀硬化相的形成动力学与其分布状态的改变上。个元素的具体作用 Co与Mo之间的协调作用主要表现在：（a）Co降低Mo在马氏体中的固溶度，从而促进Mo的沉淀相形成。（b）Co可改变马氏体的位错结构，为随后的沉淀相形成提供出更多的形核位置，因而可使沉淀相粒子更为细小而又分布均匀，减小沉淀相粒子间距。此外，Ni、Mo和Ti都降低Ms，而Co还能提高Ms点，这也是加入Co的又一个理由Ni 由于消除了马氏体的C、N间隙固溶，虽然使使其保持了高塑性的性质，但同样也是马氏体的承受和传递外加应力的能力下降，则需要加入某些置换固溶的合

9、金元素如Ni，此外Ni能使螺位错不易于发生分解，保证交滑移的发生，提高塑性。因此相钢中加入Ni是改善马氏体的强、塑性所需要的。MoMo 除参与构成称定硬化相外，还具有一下效应，（1）在凝固时造成偏析，从而诱生各向异性；（2）通过降低合金元素的扩散能力，减少时效时沉淀相的择优析出，因而增高钢在时效后的塑性。马氏体时效钢的热处理 马氏体时效钢热处理工艺简单，这也是其另一优点。传统工艺为850870 下固溶，随后空冷或水淬，冷却速度对组织和性能影响不大。然后再加热到480时效，强度级别高的钢种可采用510，时效时间为36 h，时效后空冷。其所含元素除Co外，皆降低Ms点，由于钢中C量非常低，Mf点仍然处于室温以上，奥氏体可全部的转化为马氏体，即使存在参与奥氏体其量也很少的三个典型的马氏体时效钢1、18Ni钢2、20Ni钢1820Ni，3、25Ni钢25Ni，或不含Nb