超高强度钢PPT课件
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超高强度钢
主要内容
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σb>1500Mpa。 用途
飞机起落架、机身骨架
火箭发动机壳体高固强溶Kσ度CICb由含越钢材量高对料增其缺要本高缺口求质而口和决降强表定低度面，越缺1234、、、、并低陷合一较较随说的适定高高钢明敏的 的 的的基了感塑冲高缺体超性性击周口所。抗和强力低度和周和断疲缺裂劳口韧抗塑性力性
严格控制P、S含量；以及变形热处理
实例介绍
第一例：低合金超高强度钢 ▪ 由于其合金元素含量低，热加工工艺简
单，成本相对低廉，因而被广泛用于航天、 航空和常规武器等领域(如飞机起落架、炮 筒和防弹钢板等）。但其韧性不高是制约 此类钢推广应用到民用产品及大规模应用 的最关键因素。
含C量确定
σb＝1500～2100Mpa
性体加、硬入到韧度合归更间性下金高化纳；降元的合为且更素温物回猛形：度。火；成。马也金氏不属
利于焊接。
为得到优异的强韧性配合，M的C含量<0.30% 为改善回火后的塑韧性，加入Si提高回火抗力
C含量较低时，主要组织为位M，需加入 合金形成金属间化合物，起弥散强化作用。
加强碳化合物形成元素，高温回火弥散析出强化 细化马氏体条，束
组织：300~350℃回火，为位错M＋条件存在的Ar
加入性N能i ：σ0.2>1420MPa ,σb>1765MPa,KIC>3920N/mm3/2
～1.50％
考虑回火脆性
加入Si增加
保留Mn，提高 加入0.30％Mo 回火抗力，加 加V细化晶粒
Ar的稳定性
抑制回火脆性 Cr提高淬透性
▪ 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
的二硬次化（首淬硬”3先透化）（（（5（作C强考性0根作r加1234用<度0虑；））））据用M℃入取“元o（、、、、上，6决<％素2碳碳产在述VM于）CCo化化生回三合r使2r化可C，物物二火个提金钢为效赋钢形长次时合出元在5应予中成大硬，金二7素较5，钢添的和化合元次出℃对高但化以加倾过的金素硬现，铁温可作较C向时温元各化最V原度r以用高（4于％可性效度素量自有体要保度大C子下采很的的如MV有：的：阻3～的效的固持，二为自具金2尚温用快作度温回o并V左以抗止CC0二性粗溶～％（较降次26扩有元也.不度0的用”度rrC火且5图0下力马次的化7<V2左如长低硬M.％C散，0较素是5M足.所产可和但4抗只）5作：氏硬～评。O％C3右左的过时速提o好％，一的以对生明其过力3要是如用体C<化6定在V就图时时将，率高的，加个二2V构应过显最时r即，其另果：位作方275可）间效；要并C的其耐M入值次％成的℃时的大效可不含一V（错用式3达，，速o在不影稳蚀M得<硬含MV温效提的速产过量个的1亚的M到比容度4o奥直o响定性考化）量度C高硬度生并在值二产o钢结表极较易。氏接3：性和2虑温提过皆回化较二然未1得C次生中构现值合引所体.产和抗的度高高<0高火“低二的次V构考硬二加消可V的理起以％温生可形氧元约马时于抗强。次过硬成4虑化次入除得效的奥加～C度二固成化素为氏因C力度硬时化二的“硬30的：果是氏入3下次r溶温性，体.为。”化效，.次5合强化0；的作速硬用度 硬化作用，而是间接的为二次硬
Wc＝0.30～0.40％
强度因素
塑性和回火稳定性
合金含量的确定
Cr被限制，但为求淬透性可用～1.0％Cr
具有300℃以上的回火稳定
加Si增加回火稳定性
30CrMnSiNi2A钢（0.26～0.33C，0.90～1.20Si，1.0～1.30Mn，
0.9～1.2Cr，1.40～1.80Ni）此钢经马氏强体碳淬化火合后物25使0℃用低M温o 回火得到
不引起Mσsb点＝过17分00降～低18，00Mpa，ak＝80～90J/cm2 否则增3加5淬Si2火M开n2裂M性oVA钢（0.32～0.38C，1.40～1.70Si，1.60～1.90Mn， 0.35～0.45Mo，0.10～0.20V）此钢经为9降20低℃缺淬口火敏和感25性0℃，回加火Ni后， σb>1700Mpa, ak =50J/cm2
高压容器
5、适当的可焊性
常规武器某些零件
基本设计原则
之
组织的设计
较高强度的要求：σb>1500MPa 基体组织：
低碳位错马氏体
基体必须为马氏体组织
在超高强度的情况下 需要一定的塑韧性
C含量不能太高
基本设计原则
由于不同的成分 的因间超合为隙低金钢固C马中，溶氏α的其-体F强e塑所度的具韧是过有最饱性的有和不 一因效可样为的动S。，螺i在但所位这如错要方果难面所改以有固善分很溶解的好的，的C方 向表易量也现发低不，生于固一交0.2溶叉样52％滑.，0时移％，因Si几所，此乎以便其 所不变溶高不可均其需强需一，03存有匀是要化.01使要样0在效分个添它0Mε％改，点的布高加，-p碳Ca阵推状塑二沉，善对所化畸迟态性次淀但引物的于ε变，相强硬固起保到方超，并化化溶的持θ的每将因相相较向高σ弥s转固第此来显多增散也强 度的一然钢C类不将来回是会说火碳得脆化总不的物到结发，合起生因适推此来的移是塑可
获得恰当的M淬透性
尽量约Βιβλιοθήκη BaiduS、P、O、H和N等的含量
经济考虑，立足国内资源
▪ 第二例：低碳马氏体超高强度钢
本例是在低碳马氏体钢20SiMnMoV（0.20C， 1.25Si，2.48Mn，0.34Mo，0.11V）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σb不算高，刚达到超 高强度的要求，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0.25％。由于M条间
稳定的残余奥氏体薄膜可使综裂上纹得钝出化：或分叉，因此希望得到M条间
低碳马的氏稳体定钢A的存理在论来设改计善成韧分性：
0.25C，2.0Mn，1.80Si，1.0Cr，1.5Ni，0.8Mo，0.12V
选择化学成分为：
0.23C，1.76Si，2.0Mn，1.5Cr，1.54Ni，0.79Mo，0.13V，S<0.01,P<0.01
主要内容
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σb>1500Mpa。 用途
飞机起落架、机身骨架
火箭发动机壳体高固强溶Kσ度CICb由含越钢材量高对料增其缺要本高缺口求质而口和决降强表定低度面，越缺1234、、、、并低陷合一较较随说的适定高高钢明敏的 的 的的基了感塑冲高缺体超性性击周口所。抗和强力低度和周和断疲缺裂劳口韧抗塑性力性
严格控制P、S含量；以及变形热处理
实例介绍
第一例：低合金超高强度钢 ▪ 由于其合金元素含量低，热加工工艺简
单，成本相对低廉，因而被广泛用于航天、 航空和常规武器等领域(如飞机起落架、炮 筒和防弹钢板等）。但其韧性不高是制约 此类钢推广应用到民用产品及大规模应用 的最关键因素。
含C量确定
σb＝1500～2100Mpa
性体加、硬入到韧度合归更间性下金高化纳；降元的合为且更素温物回猛形：度。火；成。马也金氏不属
利于焊接。
为得到优异的强韧性配合，M的C含量<0.30% 为改善回火后的塑韧性，加入Si提高回火抗力
C含量较低时，主要组织为位M，需加入 合金形成金属间化合物，起弥散强化作用。
加强碳化合物形成元素，高温回火弥散析出强化 细化马氏体条，束
组织：300~350℃回火，为位错M＋条件存在的Ar
加入性N能i ：σ0.2>1420MPa ,σb>1765MPa,KIC>3920N/mm3/2
～1.50％
考虑回火脆性
加入Si增加
保留Mn，提高 加入0.30％Mo 回火抗力，加 加V细化晶粒
Ar的稳定性
抑制回火脆性 Cr提高淬透性
▪ 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
的二硬次化（首淬硬”3先透化）（（（5（作C强考性0根作r加1234用<度0虑；））））据用M℃入取“元o（、、、、上，6决<％素2碳碳产在述VM于）CCo化化生回三合r使2r化可C，物物二火个提金钢为效赋钢形长次时合出元在5应予中成大硬，金二7素较5，钢添的和化合元次出℃对高但化以加倾过的金素硬现，铁温可作较C向时温元各化最V原度r以用高（4于％可性效度素量自有体要保度大C子下采很的的如MV有：的：阻3～的效的固持，二为自具金2尚温用快作度温回o并V左以抗止CC0二性粗溶～％（较降次26扩有元也.不度0的用”度rrC火且5图0下力马次的化7<V2左如长低硬M.％C散，0较素是5M足.所产可和但4抗只）5作：氏硬～评。O％C3右左的过时速提o好％，一的以对生明其过力3要是如用体C<化6定在V就图时时将，率高的，加个二2V构应过显最时r即，其另果：位作方275可）间效；要并C的其耐M入值次％成的℃时的大效可不含一V（错用式3达，，速o在不影稳蚀M得<硬含MV温效提的速产过量个的1亚的M到比容度4o奥直o响定性考化）量度C高硬度生并在值二产o钢结表极较易。氏接3：性和2虑温提过皆回化较二然未1得C次生中构现值合引所体.产和抗的度高高<0高火“低二的次V构考硬二加消可V的理起以％温生可形氧元约马时于抗强。次过硬成4虑化次入除得效的奥加～C度二固成化素为氏因C力度硬时化二的“硬30的：果是氏入3下次r溶温性，体.为。”化效，.次5合强化0；的作速硬用度 硬化作用，而是间接的为二次硬
Wc＝0.30～0.40％
强度因素
塑性和回火稳定性
合金含量的确定
Cr被限制，但为求淬透性可用～1.0％Cr
具有300℃以上的回火稳定
加Si增加回火稳定性
30CrMnSiNi2A钢（0.26～0.33C，0.90～1.20Si，1.0～1.30Mn，
0.9～1.2Cr，1.40～1.80Ni）此钢经马氏强体碳淬化火合后物25使0℃用低M温o 回火得到
不引起Mσsb点＝过17分00降～低18，00Mpa，ak＝80～90J/cm2 否则增3加5淬Si2火M开n2裂M性oVA钢（0.32～0.38C，1.40～1.70Si，1.60～1.90Mn， 0.35～0.45Mo，0.10～0.20V）此钢经为9降20低℃缺淬口火敏和感25性0℃，回加火Ni后， σb>1700Mpa, ak =50J/cm2
高压容器
5、适当的可焊性
常规武器某些零件
基本设计原则
之
组织的设计
较高强度的要求：σb>1500MPa 基体组织：
低碳位错马氏体
基体必须为马氏体组织
在超高强度的情况下 需要一定的塑韧性
C含量不能太高
基本设计原则
由于不同的成分 的因间超合为隙低金钢固C马中，溶氏α的其-体F强e塑所度的具韧是过有最饱性的有和不 一因效可样为的动S。，螺i在但所位这如错要方果难面所改以有固善分很溶解的好的，的C方 向表易量也现发低不，生于固一交0.2溶叉样52％滑.，0时移％，因Si几所，此乎以便其 所不变溶高不可均其需强需一，03存有匀是要化.01使要样0在效分个添它0Mε％改，点的布高加，-p碳Ca阵推状塑二沉，善对所化畸迟态性次淀但引物的于ε变，相强硬固起保到方超，并化化溶的持θ的每将因相相较向高σ弥s转固第此来显多增散也强 度的一然钢C类不将来回是会说火碳得脆化总不的物到结发，合起生因适推此来的移是塑可
获得恰当的M淬透性
尽量约Βιβλιοθήκη BaiduS、P、O、H和N等的含量
经济考虑，立足国内资源
▪ 第二例：低碳马氏体超高强度钢
本例是在低碳马氏体钢20SiMnMoV（0.20C， 1.25Si，2.48Mn，0.34Mo，0.11V）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σb不算高，刚达到超 高强度的要求，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0.25％。由于M条间
稳定的残余奥氏体薄膜可使综裂上纹得钝出化：或分叉，因此希望得到M条间
低碳马的氏稳体定钢A的存理在论来设改计善成韧分性：
0.25C，2.0Mn，1.80Si，1.0Cr，1.5Ni，0.8Mo，0.12V
选择化学成分为：
0.23C，1.76Si，2.0Mn，1.5Cr，1.54Ni，0.79Mo，0.13V，S<0.01,P<0.01