文献综述Word文件下载.docx

1、 专业班级 机械设计制造及其自动化1221班 学 号 系 （部） 机械工程学院 指导教师（职称） 刘希东（讲师） 完成时间 2014 年 2 月 25 日 热处理工艺对马氏体不锈接头显微组织的影响 摘要：本文通过查阅关于马氏体不锈钢及其性能的资料，阐述了不同的热处理工艺对不锈钢的焊接接头显微组织的各种研究，以及对不锈钢进行TIG焊进行不同的热处理，分析不同的温度对不锈钢接头显微组织的影响，最终确定最佳的热处理工艺。而这些资料对我的毕业课题都有很大的帮助，促使我能更好的完成此次课题的内容。 关键字：马氏体不锈钢、热处理工艺、不锈钢接头、显微组织1 引言马氏体不锈钢作为一种高合金含量的特殊钢种,

2、已成为工程和日常生活中必不可少的材料。马氏体钢（ reduced activation ferritic/martensitic, 简称RAFM ） 具有耐高温、耐腐蚀、抗辐照肿胀以及较高的热物理性能和力学性能, 是聚变反应堆第一壁和聚变反应堆包层的首选结构材料；通过运用W, Ta和V 等合金元素取代常规马氏体钢中的Mo, Nb 和N i等元素来实现材料的低活化性能，近年来, 国际聚变堆研究形势发迅速, 各国均在发展和研究各自的马氏体钢, 如JLF-1,F82H, EUROFER97，9Cr-2WVTa 等，我国聚变反应堆设计研究人员在充分了解和掌握目前聚变堆设计研究中对结构材料的要求、国际发

3、展趋势及最新研究成果的基础上, 设计并研制了具有中国自主知识产权、成分及性能优化的中国低活化马氏体钢（ china low activation martens-itic,简称CLAM ）。焊接是制造聚变反应堆包层模块的一道必不可少的生产工序，研究RAFM 钢采用不同焊接方法时接头的性能，成为RAFM 钢成分设计研究之外又一研究重点。焊接接头中焊缝金属微观结构和性能与母材有所不同,对焊接接头进行焊后热处理,可以有效提高微观组织均匀度, 消除焊后残余应力。所以选择合适的焊后热处理工艺,对于焊接接头性能重要的影响，国内外有文献报道, 焊后热处理可改善RAFM 钢焊接接头性能；但关于如何选择CLAM

4、 钢熔化焊接头焊后热处理工艺的相关报道很少。本研究拟对CLAM钢TIG焊接接头焊后热处理工艺进行初步研究,以获得理想的CLAM钢TIG焊接接头性能和最佳的热处理工艺。2 国内外研究现状热处理是机械工业的一项重要基础技术,通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的,而且,只要选材合适,就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高,实现搞好热处理,零件一顶几的目标,收到事半功倍的效果。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力,提高产品的内在质量,节约材料,减少能耗,延长产品的使用寿命,提高经济效益都具有十分重要的意义。随着现代工业和科学技术的迅速发展，用户对不锈钢数

5、量需求日益增加的同时，也对其使用性能提出了更高的要求。Crl3型不锈钢系马氏体不锈耐热钢，在淬火、回火后使用具有较好的耐蚀性、热强性和冲击韧性。但此钢种大多只有在经热处理后才能正确使用，对于许多再加工用户来说，热处理无疑是摆在面前的一道难题，因此,主要通过实验室热处理工艺研究，讨论其强韧性搭配的最佳工艺，摸索出Crl3型不锈钢材综合性能达到最优的热处理工艺，同时运用到大生产实际当中去，为提供符合用户近终使用状态的产品打下坚实的基础，并将科技成果转化为经济效益。不锈钢从20世纪初发明至今不足百年的时间，但其发展和应用的势头却异常迅猛。特别是从 20世纪60年代末以来，全世界不锈钢的产量基本保持年

6、均4的增长率，不锈钢的应用范围逐步扩大到了国民经济的各个领域。不锈钢之所以能得到如此迅猛的发展，一个重要的因素是其具有耐蚀、耐热性。不锈钢热处理工艺的优劣对不锈钢的耐蚀、耐热性有很大影响，而且对不锈钢的加工性能起着决定性的作用。因此，不锈钢的热处理工艺在不锈钢的生产过程中一直处于十分重要的地位。不锈钢的热处理是为了改变其物理性能、力学性能、残余应力及恢复由于预先加工和加热受到严重影响的抗腐蚀能力，以便得到不锈钢的最佳使用性能或者使不锈钢能够进行进一步的冷、热加工。所谓的热处理就是针对不同组织、不同类型的不锈钢进行相应的退火、淬火与回火、正火等处理。 不锈钢是一种特殊的钢种，钢中的镍、铬含量很高

7、，由于镍、铬等合金化元素的存在，其热处理具有普通钢热处理所不具备的特点： （1）加热温度较高，加热时间也相对较长。 （2）不锈钢的导热率低，在低温时温度均匀性差。 （3）奥氏体型不锈钢高温膨胀较严重。 （4）炉内气氛控制很重要，要防止出现渗碳、渗氮及脱碳和过氧化现象。 （5）不锈钢的表面光泽对产品的使用及价格有决定性的影响，热处理时产生的氧化铁皮，将严重影响表面光泽。 （6）要确保避免不锈钢表面的划伤及防II：热处理时产生变形。不锈钢按其组织可以分为奥氏体、马氏体和铁素体三类（此外还有沉淀硬化型、铁素体奥氏体型等），这三类不锈钢的热处理无论是处理方法还是目的都不尽相同。从工艺的角度出发,淬火温

8、度和淬火介质的选择,是影响淬火效果的重要因素，而这些都取决于钢和合金的性质。就钢的性质而言，钢在淬火中形成马氏体的能力取决于钢的临界冷却速度（钢的淬透性）。钢的淬透性则是由奥氏体的成分和其他一些因素，如奥氏体晶粒度、合金元素在奥氏体中分布的均匀程度等决定的。确定钢的淬透性至关重要，它是选择淬火工艺参数的重要依据。 马氏体不锈钢就是从高温奥氏体状态快冷（淬火）转变成马氏体组织而成的。这类不锈钢有明显的相变点，可以通过淬火而硬化。而且因其含铬高，淬透性好，回火时可以在较大范围内调整其强度和韧性，因此，马氏体不锈钢既可以作结构钢用，也可以作工具钢用。马氏体不锈钢作为工具钢用时，处于淬火状态。为进行淬

9、火，必须加热升温到临界点以上，以便碳化物固溶到奥氏体中。在升温使碳化物固溶时，因碳扩散速度较慢，为得到均匀的奥氏体组织，力口热温度一般要比临界点温度高50以上，而且还必须有一定的保温时间，以便使碳化物充分、均匀溶解。当然，加热时间过长、加热温度过高会造成马氏体组织不均匀，残余奥氏体组织增多，从而使材料内部因膨胀差而产生内应力。在作结构钢用时，应在淬火的基础上进行回火（调质状态）。马氏体不锈钢有回火脆性，回火温度一般不应低于580。从回火温度冷却时，为避免回火脆性一般采用油冷；有时为了得到较高的屈服极限，也可以采用空冷，但这时结构钢的一个重要力学指标冲击值会下降。需注意的是马氏体不锈钢在淬火后，

10、应尽快回火，如不能尽快回火，材料易产生裂纹。马氏体不锈钢能在退火、硬化和硬化与回火的状态下焊接，无论钢材的原先状态如何，经过焊接后都会在邻近焊道处产生一硬化的马氏体区，热影响区的硬度主要是取决于母材金属的碳含量，当硬度增加时，少且此区域变成较易产生龟裂、预热和控制层间温度，是避免龟裂的最有效方法，为得最佳的性质焊后热处理。马氏体不锈钢是一类可以通过热处理（淬火、回火）对其性能进行调整的不锈钢，通俗地讲，是一类可硬化的不锈钢。这种特性决定了这类钢必须具备两个基本条件：一是在平衡相图中必须有奥氏体相区存在，在该区域温度范围内进行长时间加热，使碳化物固溶到钢中之后，进行淬火形成马氏体，也就是化学成分

11、必须控制在或+相区，二是要使合金形成耐腐蚀和氧化的钝化膜，铬含量必须在10.5%以上。按合金元素的差别，可分为马氏体铬不锈钢和马氏体铬镍不锈钢。马氏体铬不锈钢的主要合金元素是铁、铬和碳。图1-4是Fe-Cr系相图富铁部分，如Cr大于13%时，不存在相，此类合金为单相铁素体合金，在任何热处理制度下也不能产生马氏体，为此必须在内Fe-Cr二元合金中加入奥氏形成元素，以扩大相区，对于马氏体铬不锈钢来说，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允许更高的铬含量。在马氏体铬不锈钢中，除铬外，C是另一个最重要的必备元素，事实上，马氏体铬不锈耐热钢是一类铁、铬、碳三元合金。当然，还有其他元素，利用这些元素，

12、可根据Schaeffler图确定大致的组织。马氏体不锈钢主要为铬含量在12%-18%范围内的低碳或高碳钢。各国广泛应用的马氏体不锈钢钢种有如下3类：1.低碳及中碳13%Cr钢2.高碳的8%Cr钢3.低碳含镍（约2%）的钢马氏体不锈钢具备高强度和耐蚀性，可以用来制造机器零件如蒸汽涡轮的叶片（1Cr13）、蒸汽装备的轴和拉杆（2Cr13），以及在腐蚀介质中工作的零件如活门、螺栓等（4Cr13）。碳含量较高的钢（4Cr13、9Cr18）则适用于制造医疗器械、餐刀、测量用具、弹簧等。与铁体不锈钢相似，在马氏体不锈钢中也可以加入其它合金元素来改进其他性能：1.加入0.07%S或Se改善切削加工性能，例如

13、1Cr13S或4Cr13Se；2.加入约1%Mo及0.1%V，可以增加9Cr18钢的耐磨性及耐蚀性；3.加入约1Mo-1W-0.2V，可以提高1Cr13及2Cr13钢的热强性。马氏体不锈钢与调制钢一样，可以使用淬火、回火及退火处理。其力学性质与调制钢也相似：当硬度升时，抗拉强度及屈服强度升高，而伸长率、截面收缩率及冲击功则随着降低。马氏体不锈钢的耐蚀性主要取决于铬含量，而钢中碳由于与铬形成稳定的碳化铬，又间接的影响了钢的耐蚀性。因此在13%Cr钢中，碳含量越低，则耐蚀性越高。而在1Cr13、2Cr13、3Cr13及4Cr13四种钢中，其耐蚀性与强度的顺序恰好相反。淬火马氏体是过冷奥氏体被激冷到

14、Ms点以下时转变的组织，是碳与合金元素在-Fe中的过饱和固溶体。淬火马氏体分为板条马氏体（低碳马氏体）和片状马氏体（高碳马氏体）,形态上各为板条状和片状，淬火马氏体一般硬而脆，属于亚稳状态，随外界温度或应力变化有向稳定状态（发生分解）的趋向。马氏体在250以下温度回火时,分解为低碳马氏体和碳化物组成的混合物,称为回火马氏体。由于碳化物的析出相和不均匀的分布，使得这种组织易于腐蚀，故回火马氏体的金相组织呈不均匀的灰黑色。通过热处理可以调整其力学性能的不锈钢，通俗地说，是一类可硬化的不锈钢。典型牌为Cr13型，如2Cr13 ,3Cr13 ,4Cr13等。粹火后硬度较高，不同回温度具有不同强韧性组合

15、，主要用于蒸汽轮机叶片、餐具、外科手术器械等不锈钢可分为马氏体铬钢和马氏体铬镍钢两类。根据组织和强化机理的不同，还可分为马氏体不锈钢、马氏体和半奥氏体（或半马氏体）沉淀硬化不锈钢以及马氏体时效不锈钢等。3 发展趋势我国的热处理技术已得到了长足的发展，在热处理的基础理论和某些热处理新工艺、新技术研究方面已达到国际先进水平，但在热处理生产工艺和热处理设备方面还存在较大的差距主要表现在少无氧化热处理应用少、产品质量不稳定、能耗大、污染严重、管理水平低、成本高。目前在我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后仍将占有重要的地位和相当大的比重，但正在日益改进和不断完善。要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平，这对于改变我国热处理技术的落后面貌，赶上工业发达国家