不锈钢与耐热钢的金相检验PPT课件(-116页)

不锈钢与耐热钢的金相检验第一节不锈钢的金相检验一概述不锈钢和耐热钢，有一种分法，把它们划入特殊钢的范畴，还包括超高强度钢、高耐磨钢、磁钢。这些具有特殊使用功能的钢种称为特殊钢。不锈钢又分不锈钢耐弱腐蚀介质耐酸钢耐强腐蚀介质不锈耐热钢较好抗高温氧化,高温强度根据不锈钢金相组织的不同可分为F不锈钢M不锈钢A不锈钢A-F不锈钢沉淀硬化型不锈钢在化学工业中及另外很多场合，不仅要求材料有一定的机械性能，而且更要求具有耐蚀不锈性能。例如化工设备往往是在各种化学介质（大气、酸、碱、盐、及活泼气体）中工作，它们的失效原因多是由于腐蚀所致，腐蚀产生孔洞、裂纹等。在另外场合如汽车摩托车的剎车盘，就是用Cr13系M不锈钢淬火回火后制造的，既要一定的强度韧性，又要求耐腐蚀。耐热钢广泛应用于动力机械,石油化工,航空工业等领域。如锅炉,汽轮机,航空发动机等。耐热钢是通过向钢中加入合金元素如Cr,Si,Al,Ni,Nb,V,W等来提高其热强性和氧化性及组织稳定性。称热强钢。如柴油机汽缸排气阀门在约600℃的高温下工作,就用耐热钢如40Cr10Si2Mo,21-4N等制作,既要求在高温下不致氧化同时又要求高温下有一定强度。还有一种在高温下不氧化、不起皮、称不起皮钢，用于各种高温1000℃下工作的炉罐、炉底板、炉栅ce根据合金元素含量的不同，耐热钢可分为F耐热钢P+F耐热钢M耐热钢A耐热钢二合金元素在钢中的作用C是不锈钢中最主要的元素之一特别是马氏体不锈钢的重要强化元素，也广泛应用于耐热钢中。在含碳量较低时是扩大γ相区的，强烈促进奥氏体的形成。但C在钢中极易与其他碳化物形成元素生成合金碳化物如与Cr生成(Cr,Fe)23C6合金碳化物,这样含Cr量下降，特别在晶界造成贫Cr导致不锈钢的晶界腐蚀敏感性合金元素在钢中的作用而且C对钢的抗氧化性有极不利的影响，这是因为C极易与Cr化合成碳化物，而使固溶体中贫Cr，从而促进晶间氧化。因此，要求在抗氧化钢中有较低的含C量，一般耐热钢中的含C量为0.1%~0.2%左右合金元素在钢中的作用Cr是不锈钢中最重要的合金元素，缩小封闭γ相区扩大α相区，溶入铁素体，提高铁素体的电极电位。是碳化物形成元素。Cr的碳化物具有很高的抗蚀性，但Cr钢中由于碳化物的析出会降低钢的抗蚀性,这是由于Cr的碳化物析出时引起钢基体局部地区Cr含量贫乏所致合金元素在钢中的作用在耐热不起皮钢和热强钢中，Cr主要用来提高钢的高温抗氧化（不起皮）性能和改善钢的抗回火稳定和对蠕变的阻力等特性合金元素在钢中的作用Mo碳化物形成元素，缩小γ相区，封闭γ相区,强化铁素体。钢中加Mo能提高对有机酸的抗蚀性，是提高珠光体钢热强性最有效的元素，如广泛用于石油动力等的15CrMo,12CrMo4,12Cr1MoV,25Cr2Mo1V等提高马氏体钢和奥氏体钢的热强性,制作燃气轮机叶片等,如Cr12WMoVNbB马氏体钢和Mn18Cr10MoVB奥氏体钢合金元素在钢中的作用提高马氏体钢和奥氏体钢的热强性,制作燃气轮机叶片等,如Cr12WMoVNbB马氏体钢和Mn18Cr10MoVB奥氏体钢合金元素在钢中的作用W碳化物形成元素。对钢的抗氧化性无益。新的不锈耐酸钢15Al3MoWTi，在炼油厂含硫油的腐蚀条件运用，效果比0Cr13好含W耐热钢18Cr3MoWVA碳化物1Cr14Ni14W2MoTi奥氏体型耐热钢4Cr14Ni14W2Mo奥氏体型耐热钢阀门用钢Cr15Ni36W3Ti奥氏体型耐热钢叶片用钢合金元素在钢中的作用V碳化物形成元素。在耐热钢中应用：由于高度弥散分布的碳化物和氮化物，较高温度聚合长大也极缓慢,因而增加钢的强度和对蠕变的抗力,如耐热钢12Cr1MoV等新的珠光体耐热钢12Cr3MoVSiTiB等马氏体耐热钢Cr12WMoVNbB等无Ni奥氏体耐热钢Mn18Cr10MoVB等合金元素在钢中的作用Ti,Nb强碳化物形成元素,都缩小γ相区,封闭γ相区,强化铁素体。由于Ti,Nb碳化物的结合力极强，远大于C与Cr的亲和力，在不锈钢中常用来固定其中的C来消除Cr在晶界处的贫化，从而消除或减轻钢的晶间腐蚀现象合金元素在钢中的作用Mn扩大γ相区，稳定奥氏体，在低C高Mn不锈钢中，主要是促成和稳定钢的奥氏体组织,其不锈抗蚀的性能仍依靠Cr的作用。如CrMnN钢如Cr18Mn13N高Mn耐热钢以Mn代Ni的耐热不起皮钢如奥氏体耐热钢如6Mn18Al5MoVCrMnN不起皮钢Cr20Mn9Ni2Si2N合金元素在钢中的作用Si缩小γ相区，封闭γ相区，和氧化合致密SiO2氧化膜,提高抗氧化能力，和其它元素如Mo,W,Cr等结合，有提高钢抗腐蚀和抗高温氧化的作用合金元素在钢中的作用Al缩小γ相区，封闭γ相区，与O,N有很大的亲和力，和氧化合致密Al2O3氧化膜，提高抗氧化能力。Al提高钢在氧化性酸中的耐蚀性，和Cr配合并用时其抗氧化性可得到更大提高，和Si,Cr复合应用可显著提高钢的高温不起皮性合金元素在钢中的作用Ni非碳化物形成元素,扩大γ相区缩小α和(α+γ)相区，增大A稳定性，是形成和稳定A的主要合金元素；能提高钢对大气腐蚀的抗力；在高合金奥氏体不锈钢中，还普遍用Ni作为奥氏体化元素，加入适量的Ni可得到单一组织的奥氏体不锈钢；三不锈钢金相分析的金属学基础㈠Fe-Cr-C系相图看一下图7-1含13%Cr的Fe-Cr-C系的垂直截面相图γ相区和α+γ+(Cr,Fe)23C6相区交点的温度大约在950℃,含碳量大约在0.2%,相当于共析点,发生γ→α+(Cr,Fe)23C6+γ转变,在800℃左右发生γ+(Cr,Fe)23C6→α+(Cr,Fe)7C3700℃以下为α+(Cr,Fe)7C3+(Cr,Fe)23C6区域不锈钢金相分析的金属学基础在图中，按0.06%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%的含碳量，在1000℃的淬火加热温度下，分别处在α、α+γ、γ相，当快冷下来后，分别得到F不锈钢、F+M不锈钢、M不锈钢不锈钢金相分析的金属学基础㈡Fe-Cr-Ni系相图看图7-2，Ni是扩大γ相区、稳定γ相的元素当含Ni量增加时,γ相扩大,α相是封闭的,在1000℃时,含Ni量不到5%,就以γ相存在.看图7-3，Cr相反,它是封闭缩小γ相区的.在1000℃时,含Ni8%时,含Cr在18%附近,即虚线附近,即为γ相区,呈奥氏体状态.四不锈钢的热处理和金相组织及缺陷㈠不锈钢金相试样的制备与侵蚀不锈钢(包括耐热钢)金相试样的制备、磨抛、侵蚀和一般的高合金钢基本相同。但由于不锈钢基体较软，又韧，又容易加工硬化，特别是A不锈钢A耐热钢，切削取样加工的难度较大，制备金相试样时易产生机械滑移，会产生组织假象。因此，试样的制备不锈钢的热处理和金相组织及缺陷应以不引起组织变化为前提。对于强度低塑性大的金属如奥氏体不锈钢等用机械抛光的方法，很难避免金属的流动和形成扰乱金属，在检验中容易造成假象而作出错误的判断。最好最理想的抛光方法是电解抛光。介绍几个电解抛光的条件不锈钢的热处理和金相组织及缺陷高氯酸15%~20%酒精85%~80%电流密度0.1~0.3A/cm2高氯酸15%~20%醋酸85%~80%电流密度0.7~1A/cm2电压20~40V不易出麻点不锈钢的热处理和金相组织及缺陷不锈钢、耐热钢具有较高的耐腐蚀性能，所以侵蚀其显微组织的侵蚀剂必须有强烈的侵蚀性，才能使组织清晰地显示。应根据钢的成分和热处理状态、欲显示的组织来选择合适的侵蚀剂。除了2%~4%硝酸酒精溶液作为通用的侵蚀剂外，还有常用的有不锈钢的热处理和金相组织及缺陷氯化铁盐酸水溶液：FeCl35g+HCl50ml+H2O100ml适用于高镍奥氏体钢及铬不锈钢，能良好显示奥氏体和铁素体晶界苦味酸盐酸酒精溶液：苦味酸1g+盐酸5ml+酒精100ml能侵蚀Fe-Cr、Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn等类型钢，能侵蚀Cr-Ni奥氏体钢等的晶界不锈钢的热处理和金相组织及缺陷此外，不锈钢中还会同时出现F、A、K、δ铁素体、σ相等，可以通过化学或电解侵蚀等方法予以区别。例如赤血盐水溶液：K3Fe(CN)650g+KOH50g+H2O100ml浸蚀区别Fe-Cr、Fe-Cr-Ni、Fe-Cr-Mn类型钢中铁素体及σ相。铁素体黄色，σ相蓝色不锈钢的热处理和金相组织及缺陷NaOH水溶液电解腐蚀NaOH剂40g+H2O100ml1V~3V60s显示σ相。使σ相及铁素体相继着色，碳化物最后显示。不锈钢的热处理和金相组织及缺陷㈡铁素体不锈钢铁素体不锈钢钢钢号有06Cr13Al,10Cr17,10Cr17Mo,008Cr27Mo,008Cr30Mo2,022Cr12等。铁素体不锈钢的特征是具有铁素体组织、有磁性、不能用淬火的方法使之硬化，热处理的目的主要是消除因变形加工或焊接所导致的内应力不锈钢的热处理和金相组织及缺陷而使之软化，提高加工性，其次是消除‘475℃脆性’的影响，并使组织均匀化。退火温度的选择根据①避开‘475℃脆性’产生的温度范围②避开σ相脆性产生的温度范围③避开高温脆性产生的温度范围。⒈475℃脆性铁素体不锈钢特别是高铬铁素体不锈钢在400℃~550℃温度范围内不锈钢的热处理和金相组织及缺陷较长时间加热或者从较高温度缓慢冷却通过这一温度范围时会发生脆性，降低耐蚀性、硬度强度增加、延性冲击韧性显著降低。即所谓‘475℃脆性’。高于出现‘475℃脆性’的温度加热，可消除脆性，使钢的冲击韧性恢复。⒉σ相脆性σ相是一种Fe、Cr原子比例大致相等的Fe-Cr金属间化合物，其分子式不锈钢的热处理和金相组织及缺陷近似表示为FeCr，晶体结构为正方晶系，非磁性，硬而脆。σ相一般在铁素体不锈钢或奥氏体-铁素体不锈钢中在600℃~900℃温度范围内长时间保温时析出。σ相可用金相法检验出。σ相的避免：避免在σ相的形成温度上长时间加热σ相的消除：在高于σ相的稳定温度加热可消除σ相，而且还可以恢复‘475℃脆性’所不锈钢的热处理和金相组织及缺陷带来的韧性的下降。⒊高温脆性铁素体型不锈钢在900℃以上加热时，晶粒会显著长大，同时并可能有部分铁素体转变为奥氏体，而在冷却过程中又转变为低碳马氏体，这样会使钢变脆，降低钢的塑性。晶粒长大后是不能再细化的。这是由于高铬钢是以铁素体为基的，加热或冷却都没有不锈钢的热处理和金相组织及缺陷相变发生，无法以热处理方法重结晶细化。所以，铁素体不锈钢的退火温度不应低于525℃和高于900℃，通常多控制在650℃~830℃之间。10Cr17钢1100℃水冷淬火;硝酸盐酸水溶液侵蚀;基体为铁素体(白色)和低碳马氏体(灰色块状)晶界明显;F硬度274HV,M硬度493HV10Cr17钢1200℃水冷淬火;硝酸盐酸水溶液侵蚀;基体为铁素体(白色)和低碳马氏体(灰色块状);低碳马氏体比左图多不锈钢的热处理和金相组织及缺陷㈢马氏体不锈钢马氏体不锈钢最常见的钢号有12Cr12,06Cr13,12Cr13,30Cr13,9Cr18等，它们有良好的淬火性能，可以在空冷条件下实现淬火硬化。马氏体不锈钢淬火后还需进行回火处理。其中Cr13型不锈钢有回火脆性倾向，所以回火后应快冷。一般情况下推荐含碳较低不锈钢的热处理和金相组织及缺陷的Cr13型不锈钢采用600℃~750℃高温回火后快冷，改善韧性拉伸性能和耐应力腐蚀性能；较高含碳量的Cr13型不锈钢如40Cr13、95Cr18等淬火后低温回火，使工件具有较高的硬度强度耐磨性同时具有一定的耐腐蚀性能。不锈钢的热处理和金相组织及缺陷⒈马氏体不锈钢的金相组织M不锈钢的退火组织为F+K，K沿F晶界呈网状分布，使得强度和耐蚀性都很差。一种工艺为完全退火800℃~900℃加热后缓冷，一种为低温退火750℃加热后快冷。可以使钢软化。以低温退火常用，方便、时间化得少。不锈钢的热处理和金相组织及缺陷Cr13型不锈钢淬火温度一般在1000℃~1050℃,为A状态。淬火后得M,其中12Cr13淬火后为M+少量δ铁素体,20Cr13为M。30Cr13、40Cr13钢含碳量高，碳化物较多，能阻止A晶粒长大，所以淬火温度可以稍高一些到