不銹鋼材料研究現(xiàn)狀

精品文檔 1歡迎下載 不銹鋼材料的研究現(xiàn)狀不銹鋼材料的研究現(xiàn)狀 摘要 摘要 不銹鋼作為現(xiàn)代工業(yè)中一種重要的材料 已有一百多年的歷史 因不銹鋼具有 高強(qiáng)度 可焊接性 抗腐蝕性 易加工性和表面具有光澤性等許多優(yōu)異的特性 在宇航 化工 汽車 食品機(jī)械 醫(yī)藥 儀器儀表 能源等工業(yè)及建筑裝飾方面得到廣泛而 重要的應(yīng)用 但隨著石油化工工業(yè) 軍事工業(yè)及海洋開(kāi)發(fā)的迅速發(fā)展 以不銹鋼為基體的 傳動(dòng)軸 嚙合件或動(dòng)配合件經(jīng)常會(huì)因?yàn)椴讳P鋼質(zhì)軟不耐磨 表面強(qiáng)度低 摩擦系數(shù)大等因 素發(fā)生咬合或粘滯現(xiàn)象 1 為了提高不銹鋼的耐磨性 許多學(xué)者在不銹鋼表面進(jìn)行了各種 處理和強(qiáng)化研究 如利用化學(xué)鍍?cè)诓讳P鋼表面沉積耐磨鍍層 能提高產(chǎn)品表面硬度 并保 證產(chǎn)品的耐腐蝕性能 本文主要介紹了不銹鋼材料的類型以及不銹鋼表面涂鍍的制備技術(shù) 給出了不銹鋼材料的發(fā)展趨勢(shì) 1 1 不銹鋼的類型不銹鋼的類型 根據(jù)不銹鋼材料的顯微組織特點(diǎn) 超級(jí)不銹鋼分為以下幾個(gè)類型 超級(jí)鐵素體不銹 鋼 超級(jí)奧氏體不銹鋼 超級(jí)馬氏體不銹鋼和超級(jí)雙相不銹鋼 1 1 超級(jí)鐵素體不銹鋼 超級(jí)鐵素體不銹鋼繼承了普通鐵素體不銹鋼強(qiáng)度高 抗氧化性好 抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等 特點(diǎn) 同時(shí)改善了鐵素體不銹鋼的延性 脆性轉(zhuǎn)變 475 脆性 對(duì)晶間腐蝕較敏感和焊 態(tài)的低韌性等局限性 隨著冶金技術(shù) VOD AOD 電子束熔煉等 的發(fā)展 使得提高鐵 素體不銹鋼的性能成為可能 通過(guò)采用精煉技術(shù) 降低碳和氮含量 添加穩(wěn)定化和焊縫金 屬韌化元素 可獲得高鉻 鉬且超低碳 氮的超級(jí)鐵素體不銹鋼 2 素體不銹鋼在耐苛刻 介質(zhì)腐蝕 耐氯化物的點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕等應(yīng)用方面進(jìn)入了一個(gè)新的階段 1 2 超級(jí)奧氏體不銹鋼 奧氏體不銹鋼由于具有良好的加工性能 耐蝕性能 焊接性能和力學(xué)性能 是不銹鋼 中最重要的鋼種 但強(qiáng)度較低 具有冷加工硬化和局部腐蝕敏感的缺點(diǎn)以及不能通過(guò)相變 強(qiáng)化 使用受到了限制 超級(jí)奧氏體不銹鋼是在普通奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上 通過(guò)提高合 金的純度 提高有益元素 N Cr Mo 的數(shù)量 降低碳含量 防止析出 Cr23C6 造成晶 間腐蝕 獲得良好的力學(xué)性能 工藝性能和耐局部腐蝕性能 并替代了 Ti 穩(wěn)定化不銹鋼 1 3 超級(jí)雙相不銹鋼 雙相不銹鋼是在其固溶組織中鐵素體相與奧氏體相各占一半 一般最少相的含量也需 要達(dá)到 30 的不銹鋼 3 該鋼種兼有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn) 超級(jí)雙相不銹 精品文檔 2歡迎下載 鋼是八十年代后期發(fā)展起來(lái)的 牌號(hào)主要有 SAF2507 UR52N Zeron100 等 該類鋼的特 點(diǎn)是含碳量低 0 01 0 02 含有高鉬和高氮 Mo 4 N 0 3 鋼中鐵素體相含量 占 40 50 具有優(yōu)良的耐孔蝕性能 雙相不銹鋼主要解決中性氯化物的局部腐蝕 超級(jí)雙 相不銹鋼在各行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用 如 UR52N 用于油田的集油 集氣和水混合物的輸送管 線以及海岸設(shè)施 SAF2507 應(yīng)用在阿拉斯加 墨西哥灣等地區(qū)的油井生產(chǎn)及海上平臺(tái)設(shè)施 等 1 4 超級(jí)馬氏體不銹鋼 馬氏體不銹鋼屬于可硬化的不銹鋼 具有高的硬度 強(qiáng)度和耐磨性能 但韌性和焊接 性較差 普通馬氏體不銹鋼缺乏足夠的延展性 在變形過(guò)程中對(duì)應(yīng)力十分敏感 冷加工成 形比較困難 通過(guò)降低含碳量 增加鎳含量 可獲得超級(jí)馬氏體不銹鋼 超級(jí)馬氏體不銹鋼 的典型組織為低碳回火馬氏體組織 具有很高的強(qiáng)度和良好的韌性 隨鎳含量和熱處理工 藝的變化 在某些超級(jí)馬氏體不銹鋼的顯微組織中可能會(huì)有 10 40 的細(xì)小彌散狀殘余奧氏 體 含鉻量為 的超級(jí)馬氏體不銹鋼中可能會(huì)出現(xiàn)少量的 鐵素體 通過(guò)細(xì)化回火馬氏體的 晶粒可進(jìn)一步改善超級(jí)馬氏體不銹鋼的性能 2 2 不銹鋼表面的涂鍍技術(shù)不銹鋼表面的涂鍍技術(shù) 2 1 化學(xué)鍍 化學(xué)鍍是 1947 年由 A Brenner 和 G Riddell 提出的沉積非粉末狀鎳的鍍膜方法 該方法是一種沉積金屬的 可控制的 無(wú)外加電源的氧化還原反應(yīng)過(guò)程 相對(duì)于電鍍 化 學(xué)鍍有如下優(yōu)點(diǎn) 能在形狀復(fù)雜的零件表面沉積均勻一致的鍍層 自潤(rùn)滑性好 鍍層較厚 空隙少 設(shè)備簡(jiǎn)單 操作容易 鍍層具有特殊的機(jī)械 物理和化學(xué)性能等 其缺點(diǎn)是 鍍 液壽命短 廢水多 鍍速慢 成本高 4 化學(xué)鍍提高不銹鋼表面耐磨性的途徑主要是鍍鎳及 其合金鍍層 鍍鎳前需要進(jìn)行特殊的預(yù)處理 以除去不銹鋼表面的鈍化膜 提高不銹鋼與 鍍層的結(jié)合力 不銹鋼化學(xué)鍍鎳包括單層化學(xué)鍍鎳 雙層化學(xué)鍍鎳 有氧化皮不銹鋼單層 化學(xué)鍍鎳等 5 2 2 物理氣相沉積 物理氣相沉積技術(shù)是利用蒸發(fā)或?yàn)R射等物理形式把材料從靶源移走 然后通過(guò)真空或 半真空空間使這些攜帶能量的粒子沉積到基片或零件的表面以形成膜層 物理氣相沉積有 真空蒸鍍 VE 濺射鍍膜 SIP 離子鍍 IP 等 按加熱蒸發(fā)源分類 真空蒸鍍包 括電阻加熱蒸鍍 電子束加熱蒸鍍 感應(yīng)加熱蒸鍍等 濺射鍍膜包括磁控濺射沉積 離子 精品文檔 3歡迎下載 束濺射鍍等 其中真空蒸鍍是比較早的鍍膜技術(shù) 膜的結(jié)合力較低 目前已不多用 而陰 極濺射和離子鍍所得膜結(jié)合力較高 應(yīng)用范圍正在擴(kuò)大 物理氣相沉積鍍膜的實(shí)用領(lǐng)域有 裝飾膜 裝飾耐磨膜 耐磨超硬膜 減摩潤(rùn)滑膜等 6 2 3 化學(xué)氣相沉積 化學(xué)氣相沉積 CVD 技術(shù)是指在較高溫度下 混合氣體與基體的表面相互作用 使混 合氣體中的某些成分發(fā)生分解 并在基體上形成一種金屬或化合物的固態(tài)膜或薄膜鍍層 其特點(diǎn)如下 1 鍍層致密均勻 可以較好控制鍍層的密度 純度 結(jié)構(gòu)和晶粒度 2 因沉積溫度高 鍍層與基體結(jié)合強(qiáng)度高 3 可以在大氣壓或者低于大氣壓下進(jìn)行沉積 4 通常沉積層具有柱狀晶結(jié)構(gòu) 不耐彎曲 7 2 4 熱噴涂 熱噴涂是利用某些熱源將涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài) 同時(shí)借助于焰流和高速 氣體將其霧化 并推動(dòng)這些霧化后的粒子噴射到基體表面 沉積成具有某種功能的涂層 熱噴涂能為工件表面提供耐磨 耐蝕 耐高溫的涂層 涂層材料與基體之間通常存在三種 結(jié)合方式 機(jī)械結(jié)合 物理結(jié)合和冶金結(jié)合 隨著低壓等離子噴涂 高能 高速等離子噴 涂 高速火焰噴涂技術(shù)的出現(xiàn) 涂層的性能得到進(jìn)一步提高 孔隙率可以降至 0 5 1 涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度可以達(dá)到 70 140MPa 6 2 5 電鍍法 為了彌補(bǔ)不銹鋼質(zhì)軟不耐磨 摩擦系數(shù)大的弱點(diǎn) 常用電鍍的方法提高不銹鋼傳動(dòng)軸 等配合件的表面硬度和自潤(rùn)滑性能 不銹鋼是一種表面極易鈍化的金屬 在電鍍前必須除 去表面鈍化膜 不銹鋼經(jīng)去油 浸漬 活化 預(yù)鍍鎳和電鍍等工序 可得到鉻 鋅 銅 錫 貴金屬等鍍層 王飚等在不銹鋼水輪機(jī)母材上 用周期反相電鍍稀土鉻 鍍層厚度約 0 3mm 鍍層由金屬基相和稀土鹽顆粒第二相組成 硬度可達(dá)到 900 1000Hv 鍍層的抗磨 蝕性為母材的 25 28 倍 產(chǎn)品工作壽命比原不銹鋼件高 2 6 倍 8 3 3 不銹鋼材料的發(fā)展趨勢(shì)不銹鋼材料的發(fā)展趨勢(shì) 為了挖掘不銹鋼的潛能 找出與其他元素之間的最佳配合 研究人員對(duì)不銹鋼材料 的研究也在不斷的深入 今后的研究主要可從以下幾個(gè)方面入手 1 凈化和細(xì)晶或超細(xì)晶研究 在冶金行業(yè) 對(duì)材料純凈化的研究不斷加深 提出了潔 凈鋼和零夾雜鋼的概念 9 把不銹鋼材料的生產(chǎn)與冶煉技術(shù)結(jié)合起來(lái) 純凈 超純凈不 銹鋼的研究必將得到很好的發(fā)展 同時(shí)可細(xì)化材料晶粒 改變材料的微觀特性和結(jié)構(gòu) 使 精品文檔 4歡迎下載 材料獲得在正常狀態(tài)下不具有的特殊性能 拓展材料的使用空間 2 節(jié)鎳不銹鋼 隨著不銹鋼產(chǎn)量的增加 鎳的需求量不斷擴(kuò)大 近期將出現(xiàn)鎳供應(yīng) 短缺的局面 在不降低其原有性能的情況下 降低不銹鋼中鎳的比例或采用其他元素替代 鎳 是一種切實(shí)可行的辦法 在今后仍將受到重視和得到發(fā)展 如在高錳低鎳 200 系列 不銹鋼中加入銅的研究就是一種 3 高強(qiáng)度不銹鋼 隨著某些大型部件的發(fā)展和對(duì)構(gòu)件輕量化的要求 對(duì)材料強(qiáng)度的要 求也不斷提高 把合金化 特別是微合金化和高純度 高均勻性精煉 鑄造技術(shù)和超細(xì) 組織控制技術(shù)等結(jié)合起來(lái)發(fā)展良好強(qiáng)韌性 耐蝕性和工藝性結(jié)合的新材料是高強(qiáng)度不銹鋼 今后發(fā)展的主要方向 4 高耐蝕性不銹鋼 化工原料的運(yùn)輸和儲(chǔ)藏具有較大困難 主要是因?yàn)榛ぴ嫌泻?強(qiáng)的腐蝕性 一般的材料不具有高的耐蝕性能 研究適應(yīng)各種特殊行業(yè) 海水凈化裝置 化工廠 沿海氯化鈉腐蝕嚴(yán)重的建筑等 要求 具有良好耐腐蝕性能的不銹鋼材料成為當(dāng) 務(wù)之急 5 耐熱和抗氧化不銹鋼 對(duì)宇宙的探索不斷深入 促進(jìn)了航天和航空業(yè)的發(fā)展 由于 航空和航天行業(yè)的特殊要求 需要能經(jīng)受高溫高熱的材料 對(duì)不銹鋼材料進(jìn)行耐熱和抗氧 化的研究是一個(gè)重要的方向 可拓展材料的應(yīng)用 促進(jìn)材料的發(fā)展 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) 1 劉福春 石玉敏等 不銹鋼表面處理方法的進(jìn)展 J 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2001 23 1 7 10 2 Russell D Kane Super Stainless Resist Hostile Envioronments J Advanced Matenrials processes 1993 144 1 16 20 3 吳玖 國(guó)內(nèi)外雙相不銹鋼的發(fā)展 J 石油化工腐蝕與防護(hù) 1996 13 1 6 8 4 姜曉霞 沈偉 化學(xué)鍍理論與實(shí)踐 M 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2000 5 陳天玉 不銹鋼表面處理技術(shù) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 125 129 6 戴達(dá)煌 周克崧等 現(xiàn)代材料表面技術(shù)科學(xué) M