合金钢耐热钢有色金属

Thursday, August 22, 2013
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Ch6 有色金属——铝及其合金
除黑色金属 ( 钢、铁 ) 以外的所有金属。 重金属(密度＞3.5); Cu、Ni 等。 轻金属(密度＜3.5); Al、Mg 等。 贵重金属; Au、Ag、Pt 等。 稀有金属; W、Ti、Ra、Nb 等。 半金属; Si、Te、B 等。
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• 马氏体型耐热钢
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
经淬火、回火后使用，得到回火马氏体或回火索氏体
• 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：650~700 ℃； 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 4Cr14Ni14W2Mo <300 ℃：普通结构钢；300~600 ℃ ：P-M型耐热钢 600~800 ℃ ：A型耐热钢；800~1000 ℃ ：镍基合金 1000 ℃以上：钼基合金和金属陶瓷
冲蚀――电厂中的风机叶片和输灰管道 气蚀――水电站中的水涡轮及火电厂的水泵
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高锰钢――耐磨钢 水韧处理 低合金耐磨钢――冲击不大、应力较小时 其他耐磨材料
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耐热钢 ◆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 蚀、不起皮）的品质
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
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常用不锈钢

铬不锈钢 • F不锈钢：如 1Cr17，化工设备、食品工业 耐氯化物应力腐蚀破裂 • M不锈钢：如 1Cr13 用于汽轮机叶片； 3Cr13 做手术器具及刀具 M不锈钢主要用于要求高硬度部件(耐磨零件、弹性
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含4%Cu的铝合金自然时效曲线
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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
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退火
形变铝合金的退火: *消除应力,硬度不变。 *消除加工硬化, 降低硬度, 便于 冷塑性加工。
汽缸头
铝铜合金铸造组织 ( 化染 ) 210×
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铸造铝 – 镁合金 ( ZL301、ZL302 ) : 有较高的强度、韧性及耐蚀性,但铸 造性能和耐热性较差。
鼓风机用密封件(ZL102) 及抗空架件(ZL301)
铝镁合金铸造组织 (化染) 150×
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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。 泵轴热处理时要“尺寸效应”。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 度20－50℃（固溶处理在400℃以下）保温2－6 小时高温除应力退火。需要镀铬的泵轴在镀后必 须经过200±10℃，保温2－4小时的低温除氢处 理。
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•合金工具钢
刃具钢
• 低合金刃具钢
• 高速钢
高速钢刀具
量具钢 模具钢
铣刀
双头钻
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•量具钢
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特殊性能钢
磁钢 • 硬磁材料→磁滞损失大、Hc大→难 磁化、难退磁→永久磁铁 • 软磁材料→磁滞损失小、Hc小→易 磁化、易退磁 不锈钢 • 金属的腐蚀与反腐蚀
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铝合金 加Cu、Si、Mn、Mg、Zn等
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铝合金的热处理

固溶、时效强化
固溶处理： 将铝合金加热至α单相区恒温保持，然
后快速冷却。
自然时效 时效处理 人工时效
时效处理：固溶处理后的铝合金强度随时间而变
化的现象。
退火 回归

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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 ◆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
◆
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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 防水箱、燃油箱、凝结水箱等设备采用了阴极 保护法（牺牲阳极）防腐
元件、切削工具),以及在弱腐蚀性介质中使用。

铬镍不锈钢 • A不锈钢：如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、 医疗行业
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• 铁素体—奥氏体双相不锈钢 抗氯化物应力腐蚀性能、抗孔蚀和晶间腐蚀性 能优于奥氏体不锈钢 • 沉淀硬化型不锈钢
既能保持奥氏体不锈钢优良的焊接性能，又具
20钢水冷壁管氢脆爆管的宏观及微观组织
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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 有疲劳特征的脆性断面。
20号钢省煤器管子腐蚀性 热疲劳损坏的实物照片
20号钢省煤器管子腐蚀性热疲 劳损坏的显微组织
西德的10CrMo910 主蒸汽管道用
12Cr1MoV钢原始状态 700×
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12Cr1MoV钢运行85672h后球化 1000
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耐热钢中的合金元素及其作用


耐热钢的强化原理 ●固溶体强化 ●晶界强化 ●碳化物的弥散强化 合金元素的作用
耐热钢的分类
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1 10 5 % V h
-5
或
1 10 4 % V h
-4
1´10 或 110 。有时也以 t 或 t -4 •蠕变极限就相应写成 10 10
-5
表示在温度t时的蠕变极限，单位是MPa。
Thursday, August 22, 2013
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Thursday, August 22, 2013
Thursday, August 22, 2013
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合金元素对铁碳合金相图的影响
铁—碳—锰相图
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铁—碳—铬相图
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合金元素对钢热处理的影响
•对奥氏体形成过程的影响 对奥氏体化的影响 对A晶粒度的影响 •对过冷奥氏体转变的影响
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
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蠕变

工程材料常用“蠕变极限”和“持久强度”来 表示其蠕变强度。
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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 值来表示 热力设备零部件用钢中规定的蠕变速度，一般是
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铝硅合金变质处理



变质剂： 2/3NaF+1/3NaCl 组织变化： 细化硅晶体 性能变化： 强度提高、塑性改善
ZL102未变质
ZL102变质
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铸造铝 – 铜合金 ( ZL201～ZL203 ) : 有较高的强度、塑性及耐热性,但铸 造性能和耐蚀性较差。
性能特点:密度大;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
铸造铝合金的退火 : 消除应力; 均匀成分;
回归： （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） 温 度 加 热 200～270℃ 水 淬 原淬火组织 时间 Q
时效组织
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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 东方红I号人造卫星 红I号”的外壳，就是全 部用铝合金制成的,美 国 “阿波罗Ⅱ号” 宇 宙飞船使用的金属材料 中,75%以上是铝合金。 阿波罗II号宇宙飞船
合金钢――合金元素对钢的影响

合金元素在钢中的存在形式
• 溶入铁素体中形成固溶体
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• 形成碳化物
·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
•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 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。
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耐热钢的高温性能

高温对钢材强度的影响 兰脆：铁及其合金在200～300℃时的强度比室温时
•对回火转变的影响
↑回火抗力 产生二次硬化 影响高温回火脆性
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• 合金钢的分类
• 合金钢的编号方法
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合金结构钢
普通低合金钢 渗碳钢 调质钢 弹簧钢 滚动轴承钢
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Al alloys
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飞机翼梁(腹板 为硬铝合金)
铸造铝 – 硅合 金 :铸造性能 好, 是最常用 的铸铝合金
铸铝活塞(裙部
超硬铝合金 ( LC )
为铝硅合金)
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25Cr2MoV, 25Cr2Mo1V
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耐热钢的化学稳定性 耐蚀 ◆ 腐蚀损坏的形式 • 均匀腐蚀 • 局部腐蚀 晶间腐蚀、点腐蚀、穿晶腐蚀
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电厂常见的腐蚀损坏类型


3Fe 4 H 2 O Fe3O4 4 H 2 蒸汽腐蚀 烟气腐蚀――硫腐蚀 垢下腐蚀 苛性脆化 应力腐蚀 腐蚀疲劳
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铸造铝 – 锌合金 ( ZL401、ZL402 ) : 具有良好的铸造性,经变质处理和 时效处理后,强度高,但耐蚀性差。
大型空压机活塞(ZL401)
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铜及其合金

工业纯铜：紫铜（紫红色），具有面心立方晶格
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持久强度:是选用锅炉和汽轮机零部件用钢的重 要技术指标 应力松弛―― 剩余应力
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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， 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。
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提高钢耐腐蚀性能的方法


表面生成致密氧化膜 ↑钢的电极电位 钢组织形成单相固溶体――F、A
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耐热钢的组织稳定性


碳化物的球化 球化的概念及危害 球化的原因－能量降低 球化的监督 石墨化 固溶体中合金元素的贫化
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 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，耐蚀性和一般不锈钢相同 。
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耐磨


磨损―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 磨损的类型 • 粘着磨损 • 磨料磨损 • 疲劳磨损 • 腐蚀磨损
ห้องสมุดไป่ตู้
分类
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铝及其合金
一、工业纯铝
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： 旧 代 号： L1 L2 L3 ·· ·· ·· 四位数字牌号：1070 1060 1050
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