合金钢耐热钢有色金属课件.ppt

1、QSaturday,January 21,2023合金钢合金钢合金元素对钢的影响合金元素对钢的影响 n合金元素在钢中的存在形式合金元素在钢中的存在形式 溶入铁素体中形成固溶体QSaturday,January 21,2023 合金渗碳体，如(Fe,Mn)3C；特殊碳化物，如 Cr7C3、MoC、WC、VC、TiC。稳定性，熔点、硬度比Fe3C高得多，显著提高钢的强、硬度弥散强化 形成非金属夹杂、形成化合物、自由存在 形成碳化物形成碳化物QSaturday,January 21,2023合金元素对铁碳合金相图的影响合金元素对铁碳合金相图的影响 铁碳锰相图QSaturday,January 21,

2、2023铁碳铬相图 QSaturday,January 21,2023合金元素对钢热处理的影响合金元素对钢热处理的影响对奥氏体形成过程的影响对奥氏体形成过程的影响 对奥氏体化的影响对奥氏体化的影响 对对A晶粒度的影响晶粒度的影响对过冷奥氏体转变的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响对回火转变的影响 回火抗力回火抗力 产生二次硬化产生二次硬化 影响高温回火脆性影响高温回火脆性QSaturday,January 21,2023 合金钢的分类合金钢的分类 合金钢的编号方法合金钢的编号方法QSaturday,January 21,2023合金结构钢合金结构钢普通低合金钢普通低合金钢 渗碳钢渗碳钢

3、 调质钢调质钢 弹簧钢弹簧钢 滚动轴承钢滚动轴承钢 QSaturday,January 21,2023合金工具钢合金工具钢双头钻双头钻铣刀铣刀高速钢刀具高速钢刀具刃具钢刃具钢 低合金刃具钢低合金刃具钢 高速钢高速钢 量具钢量具钢 模具钢模具钢QSaturday,January 21,2023量具钢量具钢QSaturday,January 21,2023特殊性能钢特殊性能钢 n磁钢磁钢 硬磁材料硬磁材料磁滞损失大、磁滞损失大、HcHc大大难难磁化、难退磁磁化、难退磁永久磁铁永久磁铁 软磁材料软磁材料磁滞损失小、磁滞损失小、HcHc小小易易磁化、易退磁磁化、易退磁 n不锈钢不锈钢 金属的金属的腐蚀

4、腐蚀与反腐蚀与反腐蚀 化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀，如金属化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀，如金属高温时的氧化，钢的脱碳高温时的氧化，钢的脱碳电化学腐蚀：金属在电解质中的腐蚀，如金属电化学腐蚀：金属在电解质中的腐蚀，如金属在常温下的氧化在常温下的氧化 QSaturday,January 21,2023QSaturday,January 21,2023阴极保护法防腐效果很好，且简单易行阴极保护法防腐效果很好，且简单易行 很多电厂中对各类储罐、循环水系统管道、消很多电厂中对各类储罐、循环水系统管道、消防水箱、燃油箱、凝结水箱等设备采用了阴极防水箱、燃油箱、凝结水箱等设备采用了阴极保护法（牺牲阳

5、极）防腐保护法（牺牲阳极）防腐阳极用单芯电缆与被保护结构连接，电缆和阳极之间采用环氧树脂绝缘QSaturday,January 21,2023常用不锈钢常用不锈钢 n铬不锈钢铬不锈钢 F F不锈钢：如不锈钢：如 1Cr171Cr17，化工设备、食品工业，化工设备、食品工业 耐氯化物应力腐蚀耐氯化物应力腐蚀破裂破裂 M M不锈钢：如不锈钢：如 1Cr13 1Cr13 用于汽轮机叶片；用于汽轮机叶片；3Cr13 3Cr13 做手术器具及刀具做手术器具及刀具 M M不锈钢不锈钢主要用于要求主要用于要求高硬度部件高硬度部件(耐磨零件、弹性耐磨零件、弹性元件、切削工具元件、切削工具),),以及在以及在弱

6、腐蚀性介质弱腐蚀性介质中使用。中使用。n铬镍不锈钢铬镍不锈钢 A A不锈钢：如不锈钢：如 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、用于化工、食品、医疗行业医疗行业 QSaturday,January 21,2023 铁素体铁素体奥氏体双相不锈钢奥氏体双相不锈钢 抗氯化物应力腐蚀性能抗氯化物应力腐蚀性能、抗孔蚀和晶间腐蚀性抗孔蚀和晶间腐蚀性能能优于奥氏体不锈钢优于奥氏体不锈钢 沉淀硬化型不锈钢沉淀硬化型不锈钢 既能既能保持奥氏体不锈钢优良的焊接性能保持奥氏体不锈钢优良的焊接性能，又，又具具有马氏体不锈钢的高强度有马氏体不锈钢的高强度。它是在最终形成马氏体后，经过时效处它是在最

7、终形成马氏体后，经过时效处理析出碳化物和金属间化合物产生沉淀硬化。理析出碳化物和金属间化合物产生沉淀硬化。具有很高强度，具有很高强度，耐蚀性和一般不锈钢相同耐蚀性和一般不锈钢相同 。QSaturday,January 21,2023耐磨耐磨 n磨损磨损两物体作相对运动时，物体表面物质不断两物体作相对运动时，物体表面物质不断损耗或产生塑性变形的现象损耗或产生塑性变形的现象 n磨损的类型磨损的类型 粘着磨损粘着磨损 磨料磨损磨料磨损 疲劳磨损疲劳磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损冲蚀冲蚀电厂中的风机叶片和输灰管道电厂中的风机叶片和输灰管道气蚀气蚀水电站中的水涡轮及火电厂的水泵水电站中的水涡轮及火电厂的水泵QS

8、aturday,January 21,2023n高锰钢高锰钢耐磨钢耐磨钢 水韧处理水韧处理 n低合金耐磨钢低合金耐磨钢冲击不大、应力较小时冲击不大、应力较小时n其他耐磨材料其他耐磨材料 QSaturday,January 21,2023耐热钢耐热钢 热强性：高温下保持足够的强度的品质热强性：高温下保持足够的强度的品质 热稳定性：高温下保持化学稳定性（耐腐热稳定性：高温下保持化学稳定性（耐腐蚀、不起皮）的品质蚀、不起皮）的品质 火电厂热力设备中很多零部件是在高温、高压和腐蚀火电厂热力设备中很多零部件是在高温、高压和腐蚀介质中长期工作的。因此，这些零部件需用耐热钢制介质中长期工作的。因此，这些零部

9、件需用耐热钢制造。此外，耐热钢还用来制造汽车和飞机发动机的排造。此外，耐热钢还用来制造汽车和飞机发动机的排气阀，化学热处理设备中的耐热构件等。气阀，化学热处理设备中的耐热构件等。QSaturday,January 21,2023耐热钢的高温性能耐热钢的高温性能n高温对钢材强度的影响高温对钢材强度的影响 兰脆：兰脆：铁及其合金在铁及其合金在200200300300时的强度比室温时时的强度比室温时高，其脆性也比室温时大的现象高，其脆性也比室温时大的现象 金属强度由晶内强度和晶界强度组成金属强度由晶内强度和晶界强度组成 QSaturday,January 21,2023蠕变蠕变 n工程材料常用工程材

10、料常用“蠕变极限蠕变极限”和和“持久强度持久强度”来来表示其蠕变强度。表示其蠕变强度。QSaturday,January 21,2023n蠕变强度通常有两种表示方法。一种方法是以一定蠕变强度通常有两种表示方法。一种方法是以一定的工作温度下引起规定的第二阶段蠕变速度的应力的工作温度下引起规定的第二阶段蠕变速度的应力值来表示值来表示n热力设备零部件用钢中规定的蠕变速度，一般是热力设备零部件用钢中规定的蠕变速度，一般是hV%1015hV%1014或或蠕变极限就相应写成蠕变极限就相应写成 或或 。有时也以。有时也以 或或 表示在温度表示在温度t时的蠕变极限，单位是时的蠕变极限，单位是MPa。t10-5

11、t104-4-1015-101QSaturday,January 21,2023QSaturday,January 21,2023 过热器连接管接头处容易出现裂缝而发生漏过热器连接管接头处容易出现裂缝而发生漏气等事故。此为蠕变所致。气等事故。此为蠕变所致。泵轴热处理时要泵轴热处理时要“尺寸效应尺寸效应”。调质和固溶。调质和固溶热处理后变形允许校直，但必须进行低于回火温热处理后变形允许校直，但必须进行低于回火温度度20205050（固溶处理在（固溶处理在400400以下）保温以下）保温2 26 6小时小时高温除应力退火高温除应力退火。需要镀铬的泵轴在镀后必。需要镀铬的泵轴在镀后必须经过须经过20

12、02001010，保温，保温2 24 4小时的小时的低温除氢处低温除氢处理。理。QSaturday,January 21,2023n持久强度持久强度:是选用是选用锅炉锅炉和和汽轮机汽轮机零部件用钢的重零部件用钢的重要技术指标要技术指标n应力松弛应力松弛 剩余应力剩余应力 QSaturday,January 21,2023n在高参数大功率火力发电设备中，用于高压管在高参数大功率火力发电设备中，用于高压管法兰、阀门和汽轮机缸体结合面上的紧固螺栓，法兰、阀门和汽轮机缸体结合面上的紧固螺栓，由于承受较高的工作温度，因而在长期运行中由于承受较高的工作温度，因而在长期运行中会发生应力松弛现象。会发生应力松

13、弛现象。25Cr2MoV,25Cr2Mo1V QSaturday,January 21,2023耐热钢的化学稳定性耐热钢的化学稳定性 n耐蚀耐蚀 腐蚀损坏的形式腐蚀损坏的形式 均匀腐蚀均匀腐蚀 局部腐蚀局部腐蚀 晶间腐蚀、点腐蚀、穿晶腐蚀晶间腐蚀、点腐蚀、穿晶腐蚀 QSaturday,January 21,2023电厂常见的腐蚀损坏类型电厂常见的腐蚀损坏类型 n蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀 n烟气腐蚀烟气腐蚀硫腐蚀硫腐蚀 n垢下腐蚀垢下腐蚀 n苛性脆化苛性脆化 n应力腐蚀应力腐蚀 n腐蚀疲劳腐蚀疲劳 2432443HOFeOHFe20钢水冷壁管氢脆爆管的宏观及微观组织QSaturday,January 2

14、1,2023n对产生腐蚀疲劳的零部件进行分析时，发现其裂纹多对产生腐蚀疲劳的零部件进行分析时，发现其裂纹多为穿晶性的，端部圆钝内有灰色腐蚀产物，断口为带为穿晶性的，端部圆钝内有灰色腐蚀产物，断口为带有疲劳特征的脆性断面。有疲劳特征的脆性断面。2020号钢省煤器管子腐蚀性号钢省煤器管子腐蚀性热疲劳损坏的实物照片热疲劳损坏的实物照片2020号钢省煤器管子腐蚀性热疲号钢省煤器管子腐蚀性热疲劳损坏的显微组织劳损坏的显微组织QSaturday,January 21,2023提高钢耐腐蚀性能的方法提高钢耐腐蚀性能的方法 n表面生成致密氧化膜表面生成致密氧化膜 n钢的电极电位钢的电极电位 n钢组织形成单相固

15、溶体钢组织形成单相固溶体F F、A A QSaturday,January 21,2023耐热钢的组织稳定性耐热钢的组织稳定性 n碳化物的球化碳化物的球化 球化的概念及危害球化的概念及危害 球化的原因能量降低球化的原因能量降低 球化的监督球化的监督 n石墨化石墨化 n固溶体中合金元素的贫化固溶体中合金元素的贫化 西德的西德的10CrMo910主蒸汽管道用主蒸汽管道用 12Cr1MoV钢原始状态 700 12Cr1MoV钢运行85672h后球化 1000 QSaturday,January 21,2023耐热钢中的合金元素及其作用耐热钢中的合金元素及其作用 n耐热钢的强化原理耐热钢的强化原理 固

16、溶体强化固溶体强化 晶界强化晶界强化 碳化物的弥散强化碳化物的弥散强化 n合金元素的作用合金元素的作用耐热钢的分类耐热钢的分类 QSaturday,January 21,2023经淬火、回火后使用，得到回火马氏体或回火索氏体主要元素是Cr、Mo、Si等。Cr13 +W、Mo(强化基体的合金元素）+V、Ti、Nb(强碳化物形成元素）4Cr9Si2 4Cr10SiMo 1Cr13 1Cr11MoV 马氏体型耐热钢马氏体型耐热钢 奥氏体型耐热钢奥氏体型耐热钢高温强度比马氏体型耐热钢要高，工作温度：650700；抗氧化性能好；良好的塑性变形性能和焊接性能，但切削加工性能不好。1Cr18Ni9Ti 4C

17、r14Ni14W2Mo300：普通结构钢；300600 ：P-M型耐热钢600800 ：A型耐热钢；8001000 ：镍基合金1000 以上：钼基合金和金属陶瓷QSaturday,January 21,2023Ch6 有色金属有色金属铝及其合金铝及其合金除黑色金属除黑色金属 (钢、铁钢、铁 )以外的所有金属。以外的所有金属。分类分类重金属重金属(密度密度3.5);Cu3.5);Cu、Ni Ni 等。等。轻金属轻金属(密度密度3.5);Al3.5);Al、Mg Mg 等。等。贵重金属贵重金属;Au;Au、AgAg、Pt Pt 等。等。稀有金属稀有金属;W;W、TiTi、RaRa、Nb Nb 等。

18、等。半金属半金属;Si;Si、TeTe、B B 等。等。QSaturday,January 21,2023一、工业纯铝一、工业纯铝特点特点:密度小；导电及导热性能好；抗大气腐蚀性好；塑性高;强度低；无磁性；无打击火花；加工工艺 性好等。牌号：牌号：旧 代 号：L1 L2 L3 四位数字牌号：1070 1060 1050铝及其合金铝及其合金QSaturday,January 21,2023加加CuCu、SiSi、MnMn、MgMg、ZnZn等等 铝合金铝合金QSaturday,January 21,2023n固溶、时效强化固溶、时效强化n退火退火 n回归回归铝合金的热处理铝合金的热处理固溶处理：

19、固溶处理：将铝合金加热至将铝合金加热至单相区恒温保持，然单相区恒温保持，然后快速冷却。后快速冷却。时效处理时效处理自然时效自然时效人工时效人工时效时效处理：时效处理：固溶处理后的铝合金强度随时间而变固溶处理后的铝合金强度随时间而变化的现象。化的现象。QSaturday,January 21,2023含4%Cu的铝合金自然时效曲线QSaturday,January 21,2023含4%Cu的铝合金的人工时效曲线*过时效：时效温度过高合金软化过时效：时效温度过高合金软化QSaturday,January 21,2023形变铝合金的退火形变铝合金的退火:*消除应力消除应力,硬度不变。硬度不变。*消除

20、加工硬化消除加工硬化,降低硬度降低硬度,便于便于冷塑性加工。冷塑性加工。铸造铝合金的退火铸造铝合金的退火:消除应力消除应力;均匀成分均匀成分;退火退火时间温度 加加热热200270水水 淬淬时效组织时效组织原淬火组织原淬火组织 回归回归：（人工）时效的铝合金再经固溶后性能恢复的现象（人工）时效的铝合金再经固溶后性能恢复的现象（塑性改善，强度下降）（塑性改善，强度下降）QSaturday,January 21,2023铝及其合金的应用铝及其合金的应用在各种航天器上也大量使用铝合金，目的自然是减轻其自重，以能携带更多的科学实验仪器。我国第一颗人造地球卫星东方红I号”的外壳，就是全东方红I号人造卫星

21、阿波罗II号宇宙飞船部用铝合金制成的,美国“阿波罗号”宇宙飞船使用的金属材料中,75%以上是铝合金。QSaturday,January 21,2023Al alloysQSaturday,January 21,2023飞机翼梁飞机翼梁(腹板腹板为硬铝合金为硬铝合金)铸铝活塞(裙部为铝硅合金)超硬铝合金超硬铝合金(LC)铸造铝铸造铝 硅合硅合金金:铸造性能铸造性能好好,是最常用是最常用的铸铝合金的铸铝合金QSaturday,January 21,2023铝硅合金变质处理铝硅合金变质处理n变质剂：变质剂：2/3NaF+1/3NaCln组织变化：组织变化：细化硅晶体细化硅晶体n性能变化：性能变化：强

22、度提高、塑性改善强度提高、塑性改善ZL102未变质ZL102变质QSaturday,January 21,2023铸造铝铸造铝 铜合金铜合金(ZL201ZL203):有较高的强度、塑性及耐热性有较高的强度、塑性及耐热性,但铸但铸 造性能和耐蚀性较差。造性能和耐蚀性较差。铝铜合金铸造组织(化染)210汽缸头汽缸头QSaturday,January 21,2023铸造铝铸造铝 镁合金镁合金(ZL301、ZL302):有较高的强度、韧性及耐蚀性有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸但铸 造性能和耐热性较差。造性能和耐热性较差。铝镁合金铸造组织(化染)150鼓风机用密封件鼓风机用密封件(ZL102)(ZL1

23、02)及抗空架件及抗空架件(ZL301)(ZL301)QSaturday,January 21,2023铸造铝铸造铝 锌合金锌合金(ZL401、ZL402):具有良好的铸造性具有良好的铸造性,经变质处理和经变质处理和时效处理后时效处理后,强度高强度高,但耐蚀性差。但耐蚀性差。大型空压机活塞大型空压机活塞(ZL401)(ZL401)QSaturday,January 21,2023铜及其合金铜及其合金 n工业纯铜：紫铜（紫红色），具有面心立方晶格工业纯铜：紫铜（紫红色），具有面心立方晶格性能特点性能特点:密度大密度大;导电及导热性能好导电及导热性能好;抗大气腐蚀抗大气腐蚀性好性好;塑性高塑性高;

24、强度低强度低;无磁性无磁性;无打击火花无打击火花;加工工加工工艺性好艺性好纯铜组织金相图纯铜组织金相图QSaturday,January 21,2023n黄铜：黄铜：Cu-ZnCu-Zn系合金系合金 普通黄铜普通黄铜 特殊黄铜：在普通黄铜基础上，加入特殊黄铜：在普通黄铜基础上，加入AlAl、MnMn、锡、锡、SiSi、PbPb等元素的黄铜等元素的黄铜 n青铜青铜 锡青铜锡青铜耐磨、耐蚀件耐磨、耐蚀件 无锡青铜无锡青铜特殊青铜特殊青铜 铝青铜铝青铜 铍青铜铍青铜 铅青铜铅青铜 n白铜白铜 QSaturday,January 21,2023黄铜的力学性能与含锌量的关系黄铜的力学性能与含锌量的关系Q

25、Saturday,January 21,2023常用的黄铜常用的黄铜v金奖黄铜金奖黄铜-H90v弹壳黄铜弹壳黄铜-H70(H68)v日用黄铜日用黄铜-H62(H59）法兰阀法兰阀闸阀闸阀冷凝器管冷凝器管v易切削黄铜易切削黄铜-HPb59-1QSaturday,January 21,2023青铜青铜n习惯上把青铜分为习惯上把青铜分为锡青铜和无锡青铜锡青铜和无锡青铜两大类。两大类。工业上应用的锡青工业上应用的锡青铜，其含锡量一般铜，其含锡量一般在在3%14%3%14%范围内；范围内；用于压力加工的锡用于压力加工的锡青铜，其含锡量不青铜，其含锡量不超过超过6%7%6%7%；用于铸；用于铸造的锡青铜，

26、含锡造的锡青铜，含锡量一般为量一般为10%14%10%14%。QSaturday,January 21,2023无锡青铜无锡青铜n除锌锡以外，其他元素与铜的合金称无锡青铜。除锌锡以外，其他元素与铜的合金称无锡青铜。无锡青铜无锡青铜也叫做特殊青铜。也叫做特殊青铜。1 1铝青铜铝青铜n铝青铜中的含铝量约为铝青铜中的含铝量约为5 5一一l0l0，这种青铜的价格低廉，这种青铜的价格低廉，强度、硬度和韧性均比黄铜和锡青铜高，井可通过淬火和强度、硬度和韧性均比黄铜和锡青铜高，井可通过淬火和回火进行进一步强化。铝青铜的化学稳定性比纯铜、黄铜回火进行进一步强化。铝青铜的化学稳定性比纯铜、黄铜还要好。还要好。铝

27、青铜在盐酸、磷酸、有机酸的稀溶液、乳酸、铝青铜在盐酸、磷酸、有机酸的稀溶液、乳酸、海水以及大气中能耐腐蚀；海水以及大气中能耐腐蚀；但是，由于碱会破坏铝青铜的但是，由于碱会破坏铝青铜的保护膜保护膜(A1(A12 2O O3 3)，所以不能用铝青铜制造在碱溶液中工作，所以不能用铝青铜制造在碱溶液中工作的零件。的零件。n铝青铜主要用来制造耐磨抗蚀的零件，铝青铜主要用来制造耐磨抗蚀的零件，如重要的弹簧、泵、如重要的弹簧、泵、齿轮、蜗轮、轴套等。海边的火电厂曾试用铝青铜制造冷齿轮、蜗轮、轴套等。海边的火电厂曾试用铝青铜制造冷凝器管，已获得成功。凝器管，已获得成功。QSaturday,January 21

28、,20232 2铍青钢铍青钢n铵青铜的耐磨性、耐蚀性、导电性和导热性，均比其它的铜铵青铜的耐磨性、耐蚀性、导电性和导热性，均比其它的铜合金为好。铍青铜是优良的导电弹性材料合金为好。铍青铜是优良的导电弹性材料，可用于制造各种，可用于制造各种精密仪表和仪器的弹簧及弹性元件，制造电接触器、电焊机精密仪表和仪器的弹簧及弹性元件，制造电接触器、电焊机电极、钟表和罗盘中的零件。电极、钟表和罗盘中的零件。3 3锰青铜锰青铜n含锰量为含锰量为5 5的锰青铜，能抵御碱溶液和高压力的锰青铜，能抵御碱溶液和高压力COCO和和H H2 2的混合的混合气体在气体在170170350350时的腐蚀。时的腐蚀。锰青铜还有较

29、好的耐热性，锰青铜还有较好的耐热性，可可用来制造在高温下工作的零件。锰青铜是化工及造船工业中用来制造在高温下工作的零件。锰青铜是化工及造船工业中应用较广泛的合金。应用较广泛的合金。4 4铅青铜铅青铜n铅青铜的含铅量为铅青铜的含铅量为3030左右，是一种铸造青铜。左右，是一种铸造青铜。铅青铜的显铅青铜的显微组织中有固溶体软相和化合物硬相，也是一种理想的轴承微组织中有固溶体软相和化合物硬相，也是一种理想的轴承材料，可用于制造高速高负荷的大型轴瓦和衬套。材料，可用于制造高速高负荷的大型轴瓦和衬套。QSaturday,January 21,2023n工业纯钛工业纯钛 n钛合金钛合金 型钛合金型钛合金

30、型钛合金型钛合金 +型钛合金型钛合金 钛及其合金钛及其合金 QSaturday,January 21,2023轴承合金轴承合金 n对轴承材料的要求对轴承材料的要求 良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性 足够的强度和抗腐蚀能力足够的强度和抗腐蚀能力 良好的导热性、工艺性、经济性等良好的导热性、工艺性、经济性等 n常见轴承合金常见轴承合金 锡基轴承合金锡基轴承合金 -巴氏合金巴氏合金 铅基轴承合金铅基轴承合金 铜基轴承合金铜基轴承合金 硬晶粒起抗磨作用，软基硬晶粒起抗磨作用，软基 体则增加材料的塑性体则增加材料的塑性 多孔质金属材料，工程塑料、多孔质金属材料，工程塑料、碳石墨等碳石墨等 QSaturday,January 21,2023汽轮发电机轴瓦汽轮发电机轴瓦钢-铜铅双金属轴套 青铜轴承 固体润滑轴承