金属材料学第7章超高强度钢概要.ppt

第7章 超高强度钢ultra-high strength steel 超高强度钢最先是为了满足飞机结构件上需要的具有高比强度（强度/密度）的材料而研究的。为了提高飞机的飞行速度，要求飞机的结构材料具有更高比强度，以便减轻重量。 Al合金的比重为钢的1/3，Al合金的强度极限已达到500～600MPa，这就要求钢的强度提高到1500～1800MPa以上才能与Al合金匹配。所以一般钢的屈服强度必须达到1500MPa的超高强度才能在飞机获得广泛应用。 例如火箭发动机外壳，飞机的起落架、机身骨架，高压容器以及常规武器等。 按成分和使用性能不同超高强度钢可分： 低合金超高强度钢40CrNi2Mo、M300（低合金） 二次硬化型超高强度钢H11、H13（中碳中镍） 马氏体时效型超高强度钢18Ni（低碳高镍） 超高强度不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb 7.1低合金超高强度钢 40CrNiMoA、 30CrMnSiNi2A、35Cr2Mn2MoVA、45CrNiMoVA 、40CrNi2Si2MoVA(美300M) 等从调质钢基础上发展。 C0.27－0.45％，合金元素5％，回火马氏体或者贝氏体和马氏体混合组织。做火箭发动机外壳、火箭外壳、高压容器。 Rm=2880w(C)+800MPa Cr、Mn、Si、Ni、Mo、V提高淬透性和回火稳定性。 7.2二次硬化型超高强度钢（中碳中合金） 从美国热形变模具钢H11（4Cr5MoVSi）、H13（4Cr5MoV1Si）移植。30Ni9Co4CrMo1V、16Ni10Co14Cr2Mo。 高温回火产生M7C3、M2C、MC特殊碳化物。 400－500℃使用时抗拉强度1300－1500MPa，屈服强度1100－1200MPa。但塑韧性差、焊接性和冷变形性差。制作发动机承受中温强度的零部件和紧固件。 7.3马氏体时效钢 （高镍） 铁镍超低碳高合金超高强度钢。 18Ni（300）（Ni18Co9Mo5TiAl）、20Ni(Ni20Ti2AlNb)、 25Ni(Ni25Ti2AlNb)。 0.03％以下碳，18％Ni，外加Co、Ti、Al、Mo等形成有序相（简单点阵Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo）、拉维斯相（复杂立方Fe2Mo）。 Ni降低位错运动抗力及位错与间隙原子间相互作用，促进应力松弛，减少脆性断裂倾向。 图7-1钴和钼元素对 时效硬度的影响 热处理工艺：820 ℃ 正火处理（马氏体）？，480℃时效3－6小时，析出金属间化合物。 高合金、成本高，工艺严格，用作火箭发动机壳体、空间运载火箭工具的扭力棒悬挂体，直升机的柔性转动轴、潜艇的零部件。 820℃ 155℃ A3 480℃ 图7-2 18Ni马氏体时效钢的热处理工艺 7.4沉淀硬化超高强度不锈钢 1.以Cr13型马氏体不锈钢发展而来马氏体沉淀硬化不锈钢05Cr17Ni4Cu4Nb （17－4PH美国） 2.以Cr18Ni9钢为基础发展而来的奥氏体－马氏体沉淀硬化不锈钢07Cr17Ni7Al（17－7PH美国） 特点：在形成马氏体基础上，经时效处理产生沉淀强化，而得到超高强度。所以既具有Cr18Ni9钢优良的焊接性能，又具有马氏体钢的高强度 应用：航空，宇航领域 表7-1沉淀硬化化学成分 钢种 钢号 C Cr Ni Co Mo Al Ti Si Mn 其它 奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢 07Cr17Ni7Al (与美17-7PH相当) ≤0.09 16.0-18.0 6.5-7.75 0.75-1.50 ≤1.0 ≤1.0 P≤0.035 S≤0.03 07Cr15Ni7Mo2Al (与美PH15-7Mo相当) ≤0.09 14.0-16.0 6.5-7.50 2.0-3.0 0.75-1.50 ≤1.0 ≤1.0 P≤0.035 S≤0.03 PH14-8Mo（美） 0.02-0.05 13.5-15.5 7.5-9.5 2.0-3.0 0.75-1.50 ≤1.0 ≤1.0 P≤0.015 S≤0.01 AM355（美） 0.10-0.17 15.0-16.0 4.0-5.0 2.5-3.25 ≤0.5 0.5-1.25 N0.07-0.13 FV-520（英） 0.07 14.0-18.0 4.0-7.0 1.0-3.0 ≤0.5 ≤1.0 ≤2.0 Cu1.0-3.0 马氏体沉淀硬化不锈钢 05Cr17Ni4Cu4Nb (与美17-4PH相当) ≤0.07 15.50-17.50 3.0-5.0 ≤1.0 ≤1.0 P≤0.035 S≤0.03 Cu3.0-5.0 Nb0.15-0.45 AFC-77（美）14Cr14Co13Mo5V 0.15 14.5 0