文档介绍：超高强度钢
讲演人:黄群飞
专业:材料加工
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
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:σ
冲击韧性:ak或Ak
断裂韧性:KIC=γσca1/2
(a:裂纹长度的一半,
σc:裂纹快速失稳扩展的临界作用力
γ:系数)
σb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
基本设计原则 之
组织的设计
较高强度的要求:σb>1500MPa
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<%
因为钢中α-Fe的过饱和间隙固溶的强度是最有效的。%时,几乎不存在点阵畸变,%C所引起的σs增高300Mpa,但固溶较多的C将会得不到合适的塑性、韧性;且回火马氏体硬度下降更猛;也不利于焊接。
为改善回火后的塑韧性,加入Si提高回火抗力
因为Si在这方面有很好的表现,%Si,便可有效的推迟ε到θ的转变,使ε-碳化物保持弥散均匀分布状态,并将第一类回火脆的发生推移到更高的温度。
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。
超低C马氏体所具有的
可动螺位错难以分解,易发生交叉滑移,所以其是个高塑性相,因此需要添加二次强化相来强化它,沉淀硬化相显然不是碳化物,因此是加入合金元素形成金属间化合物。
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
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。
σb=1500~2100Mpa
塑性和回火稳定性
强度因素
Wc=~%
含C量确定
合金含量的确定
具有300℃以上的回火稳定
不引起Ms点过分降低,
否则增加淬火开裂性
获得恰当的M淬透性
Cr被限制,但为求淬透性可用~%Cr
加Si增加回火稳定性
强碳化合物使用Mo
为降低缺口敏感性,加Ni
尽量约束S、P、O、H和N等的含量
经济考虑,立足国内资源
30CrMnSiNi2A钢(~,~,~,
~,~)此钢经马氏体淬火后250℃低温回火得到
σb=1700~1800Mpa,ak=80~90J/cm2
35Si2Mn2MoVA钢(~,~,~,
~,~)此钢经920℃淬火和250℃回火后,
σb>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,%。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
%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:
,,,,