第三章-不锈钢锻造.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,*,第三章 不锈钢锻造,主要内容,不锈钢,可锻性和锻造温度范围,锻造工艺特点,锻件热处理,锻件常见缺陷,3.1,不锈钢,不锈钢中主要合金元素及其作用,加入镍及铬：控制奥氏体相的稳定性及改善耐蚀性和抗氧化性；,加入硅及铝：增进抗氧化及抗渗碳性能；,加入钛及铌或降低含碳量：消除或降低晶间腐蚀倾向，因钛或铌可与碳形成稳定的碳化物。,加入钼：增加耐蚀性，特别是对含氯离子介质的点腐蚀；,加入铜：提高对硫酸的腐蚀性；,加入硫、硒或铅：改进切削加工性能；,加入稀土元素：改善热加工性能；,加入锰：可部分代替镍，扩大,相区；,加入钒、钨、硼、铁、氮等：提高热强性；,3.1,不锈钢,铁素体不锈钢,含铬,13%30%，C%,小于,0.12%，,具有铁素体组织，典型牌号有：,1,Cr17,1Cr17Ti,0Cr17Mo2Ti,1Cr25,等。在锻造加热或冷却过程中无同素异构转变。,力学性能很少因为热处理而发生改变，,仅有的热处理方式为退火,，用于冷加工后。,马氏体不锈钢,含铬,12%18%，C%,为,0.1%1%。,一般,当含铬量超过约,12%,时，钢才会钝化而不锈,。,如图，马氏体不锈钢和铁素体不锈钢含铬,量有重合的区域,15%18%,具体属于哪一种，以含碳量多少来决定。,3.1,不锈钢,马氏体不锈钢的耐蚀性取决于含铬量,。典型牌号为,型，而钢中的碳与铬能形成稳定的碳化铬，又间接影响了钢的耐蚀性，所以在,Cr%,为,13%,的钢中，含碳量越低，耐蚀性越好。,奥氏体不锈钢,含镍,6%22%，,含铬,16%25%,的三元合金，,不能通过热处理而强化,。,提高奥氏体强度途径：冷加工。冷加工时加工硬化是由于部分奥氏体转变成马氏体而造成。,奥氏体不锈钢在室温下保持为奥氏体组织,，塑性好，耐腐蚀性也比铁素体不锈钢好。,3.1,不锈钢,沉淀硬化不锈钢,含铬,10%30%,，同时含有一定量的镍和钼元素。,最重要的性能是强度高，高温性能好。,半奥氏体型,在退火状态下，基本上是奥氏体，但通过简单的热处理或形变热处理就能转变成马氏体。,马氏体型：,在固溶、退火状态下的硬度较高。,3.1,不锈钢,练习巩固：,1Cr13Ni,4Cr10Si2Mo,0Cr15Ni5Cu2Ti,3.2 锻造温度范围,不锈钢的锻造温度范围,1、,铁素体不锈钢,铁素体不锈钢锻件晶粒度主要取决于始锻和终锻温度以及终锻时的变形量。其再结晶温度比较低，,终锻温度,可以低至,700,，,生产上定为,720800，,且不允许高于,800,。,为获得细,晶组织，减轻晶间腐蚀和缺口,敏感性，这类钢的,始锻温度不,宜过高，均低于,1200。,4、,沉淀硬化不锈钢,根据变形程度的不同而有所差异。建议采用的锻造温度见表,3-5。,此类钢塑性最差，因此终锻温度不宜过低，不应低于,950。,其锻造温度范围只有,200,左右，因此，必须严格遵守锻造温度规范，以免产生裂纹等缺陷。,3.2 锻造温度范围,3.3锻造工艺特点,1、,下料,一般直径大于,40mm,棒材用圆盘锯切割下料，直径较小时可采用砂轮切割机。下料精度及表面粗糙度要求较高时，可用车床下料。,圆盘锯切割机,电动砂轮切割机,车床下料,2、,毛坯加热,不锈钢导热系数低于普通结构钢，要求加热速度低和保温时间长。,可采用电炉或火焰炉。目前生产中考虑成本，多采用火焰炉，炉气气氛应保持中性或微氧化性。,一般的，对于直径大于,100mm,的毛坯，均应采用两段式加热制度；在预热阶段保持,800850,的炉温，减小加热速度；在加热和均热保温阶段，保持较高炉温（始锻温度上限），快速加热到始锻温度。,3.3锻造工艺特点,3.3锻造工艺特点,棒料电加热炉,火焰加热炉,3.3锻造工艺特点,3、,润滑,过去，不锈钢模锻的润滑和碳钢一样仅进行模具润滑。实际上，不锈钢模锻时的理想润滑方法应该与高温合金和钛合金一样；除对模具进行润滑外，还应该用玻璃润滑剂对毛坯进行润滑。,3.3锻造工艺特点,6、,锻后冷却,马氏体钢对冷却速度非常敏感，空冷时都会发生马氏体转变形成冷却应力，进而生成裂纹。,马氏体钢、马氏体-铁素体钢冷却方法：,应采用缓冷，,200,炉膛中或石棉保温箱中，或转入,600,炉中保温并随炉冷却。在北方寒冷的冬季，最好炉冷或锻后立即退火，以防止开裂。,铁素体不锈钢：,快速空冷。,奥氏体不锈钢：,空冷后需加热到,780850,进行再结晶退火，消除内应力。,3.3锻造工艺特点,7、,表面清理,不锈钢加热时同样会产生氧化皮，不厚但很坚硬，易使模具和刃具磨损。在制坯和终锻之间，机加工之前，都应清除氧化皮。,清理方法:,酸洗和喷砂。锻件先经酸洗再进行喷砂，效果最佳。或进行滚筒打磨及手工打磨等通用的机械方法。,喷砂机,3.3锻造工艺特点,9、,模具设计特点,不锈钢锻件及其模具设计与钢和特种合金模锻件大同小异。在两者之间，不锈钢模锻件和模具设计更接近高温合金模锻件。,3.4锻件热处理,铁素体型不锈钢,热处理方式：,再结晶退火,即将工件加热到再结晶温度以上保温一定时间后冷却，使其发生再结晶。目的是为了去除应力，均匀和稳定组织。由于铁素体不锈钢在加热或缓冷至,475,附近有,”,析出，产生脆化现象（所谓,475,脆性），因此退火温度应避开次温度区。,再结晶退火温度取在,700800,，,然后空冷。,退火组织：,铁素体+少许碳化物。,3.4锻件热处理,回火,为及时消除淬火产生的应力，避免在放置过程中由于内应力而引起的裂纹，马氏体不锈钢锻件淬火后要及时回火。间隔时间一般不超过,4h,。回火温度应选择在尽量避免脆性温度区,（400550）。,奥氏体型不锈钢,3.4锻件热处理,1、,固溶处理,：,固溶后，一般要进行快冷（水淬或空冷），以防止在冷却过程中析出碳化物而影响耐腐蚀性。,2、,稳定化处理：,由于奥氏体不锈钢中的含钛量或铌的含量远小于铬含量，且钛原子尺寸大于铬原子，扩散速度低于铬原子，在,450850,的温度区间有可能析出,（Cr、Fe）,23,C,6,而产生晶间腐蚀；故常采用加热到高于,（Cr、Fe）,23,C,6,的溶解温度、而又低于,TiC,的溶解温度的,稳定化处理,。,固溶处理，指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。,3.4锻件热处理,沉淀硬化不锈钢,3.4锻件热处理,1、,固溶处理,2、,调整处理：,目的是获得一定数量的马氏体，从而使钢强化，常采用以下几种方法:,（1）,中间时效法：固溶处理后再加热至,745,775,，,保温,90min，,随后冷却到室温便得到马氏体,+,铁素体+残余奥氏体组织，参与奥氏体在随后,510,时效才可分解完。,（2）,高温调整及深冷处理：固溶后，先加热到,950,保温,90min。,之后再经,-70,冷处理保温,8h，,就可得到一定量马氏体。,3、,时效处理,3.4锻件热处理,调整处理后，须进行时效处理。时效温度高于,400，,会从马氏体中析出金属间化合物（,Ni,3,Ti,等），呈高度弥散分布，起沉淀硬化作用。,一般在,500,进行时效，可获得高强度及高硬度。,（3）,冷变形法：固溶处理后，在室温下冷变形，冷变形时形成马氏体数量与变形量及不锈钢的成分有关。一般变形量在,15%20%,就能获得必要量的马氏体，过大变形量会使马氏体发生加工硬化。,3.6锻件常见缺陷,原材料带来的冶金缺陷,1、,缩孔残余,：位于锻件纵向主轴线上，有时贯穿整个锻件，在锻件端面表现为裂纹或孔洞，缺陷处富集大量夹杂，这是由于,冶金厂未将冒口中的缩孔切除干净所致。,2、,夹杂、夹渣和异金属：不锈钢中过剩碳化物也属于夹杂。,3、,成分偏析,：合金化程度高，各种合金元素的熔点和密度差别大，熔炼温度过低、时间不够或搅拌不充分以及铸锭横截面积过大等原因导致。,4、,内部裂纹,：指轴心晶间裂纹或应力裂纹。常出现在马氏体不锈钢锻件和大截面的坯料上。,5、,铁素体含量过多及其带状组织,锻件中缩孔残余横向试片上的宏观形貌,不锈钢锻件中的,Ti,偏析,轴心晶间裂纹引起的锻造开裂,3.6锻件常见缺陷,晶粒粗大：,晶粒过大会造成较大脆性，降低钢种的冲击韧性。,铁素体增多：,导致合金的工艺塑性降低，从而引起锻造开裂。,低熔点化合物形成：,含镍量较高的不锈钢应用不含硫的燃气加热，因硫渗入钢中与镍形成低熔点,NiS,或,Ni+Ni,3,S,2,共晶体，锻造时易产生晶间裂纹。,加热不当引起的缺陷,不锈钢棒料，温度高，过烧,3.6锻件常见缺陷,锻造引起的缺陷,模具结构设计不当引起的锻造裂纹,金属流动过快、毛坯表面缺陷引起的锻造裂纹,不锈钢管板，压下量大造成的开裂,锻后冷却过程中形成的缺陷,3.6锻件常见缺陷,冷却裂纹：,马氏体不锈钢，若锻后冷却过快，由于锻件里外温差大产生较大的热应力，以及因不同时发生马氏体转变 形成组织应力，容易使锻件产生冷却裂纹。,碳化物析出及,475,脆性,铁素体型不锈钢在,475,度附近停留时间过长，会产生脆化现象，将影响钢的力学性能和抗腐蚀性能，因此铁素体钢锻后应快冷。,2Cr13,马氏体钢锻件因冷却,过快而引起的开裂,320,3.6锻件常见缺陷,锻件后处理缺陷,切割裂纹：,未经退火消除应力的不锈钢锻件，特别是马氏体不锈钢锻件，当采用砂轮切割机切割时，若切割送尽量太大，切割应力、冷却液的激冷应力与锻造残余应力叠加起来会造成切割裂纹。,热处理缺陷：,主要表现为锻件硬度偏低或偏高、冲击韧性偏低、裂纹、点蚀和晶间腐蚀及其导致的应力腐蚀等。,比如由于不锈钢锻件热导率低，对于大截面锻件，如果热处理加热速度快，热应力与锻造残余应力叠加，会导致锻件开裂；热处理冷却过慢，锻件会产生晶间腐蚀和,475,脆性等。,3.6锻件常见缺陷,应力腐蚀裂纹：,多在马氏体和马氏体-铁素体不锈钢锻件酸洗以后出现。这是由于锻件中的,变形应力、锻后冷却的组织应力和温度应力叠加值较大，在酸洗过程中引起,的。,预防措施：,锻后缓冷,，以减小锻件表面拉应力，对于马氏体和马氏体-铁素体不锈钢锻件，应在消除应力退火之后，再进行酸洗。,3.6锻件常见缺陷,综合分析,马氏体不锈钢锻件主要缺陷：,锻造裂纹、冷却裂纹、组织粗大和低倍粗晶及应力腐蚀裂纹；,奥氏体不锈钢锻件主要缺陷：,晶界贫铬引起的晶间腐蚀、晶粒粗大、铁素体含量过多及带状组织；,铁素体不锈钢锻件主要缺陷：,晶粒粗大，锻造裂纹，,脆性和,475,脆性。,所谓“不锈”或“耐蚀”是对普通钢而言，并非绝对的不生锈或耐蚀，因此，防止不锈钢锻件缺陷及其危害性的重点仍然是其耐腐蚀性。,本章作业 第,3,章课后题,P8,2,，1、5、8,下周交，学委催促提醒大家！,