1-4-4 析出硬化系不锈钢
这类型的不锈钢是由沃斯田体系不锈钢改良而来,它的成份与18-8钢相似,只是Cr及Ni量稍减,另外添加了Al、Cu、Mo、Nb、Ti等。
析出硬化是一种热处理上强化材料的方法,它的方法通常是,添加有助于生成析出物的元素,经过淬火热处理后,得到麻田散铁组织,然后再利用一种称为时效(aging)处理的方式,使硬的金属间化合物析出于材料基地,以得到极高的机械性质。
一般析出硬化系不锈钢在固溶后淬火于常温时,仍是全为沃斯田铁组织,因此柔软易于加工,在加工完成后,必须再实施一次中间热处理(intermediate heat treatment),此时Ms点约在0℃~15℃之间,藉深冷处理(subzero treatment)以得到麻田散铁,回火后经两次时效处理,就可以得到高强度。因此添加Al、Nb等元素的目的,即是在于促使生成析出物。综合此类不锈钢的强化的方式,可以知道其为固溶强化、加工强化、麻田散强化及析出硬化的组合。
析出硬化系不锈钢具耐蚀性,即使含碳量很少也可以有很强的机械性质,一般用于飞机零件、高级弹簧、模具等。此类不锈钢属于600系列,以631不锈钢为代表,630不锈钢也属之,在SAE 编号中还有633不锈钢(AM 350)、634不锈钢(AM 362)等。此系列不锈钢如果再添加Co元素,则可以提高Ms温度至常温以上并提高析出量。
1-5其它特殊钢
1-5-1耐热钢
耐热钢基本上极为类似不锈钢,因为它不但需要抵抗高温,同时也必须抵抗高温的气体腐蚀环境,所以AISI将之归类于不锈钢,例如:AISI 309不锈钢、310不锈钢、409不锈钢等,JIS规格属于SUH系列,而在CNS规格则属于HR系列。
高温的环境下,除了防蚀的考虑外,最重要的就是要具有优良的潜变强度,因此除了Cr和Ni之外,必须添加Mo、W、Al、Ti、Si、Mn、Nb等以增加其耐热性,但是Al-Fe合金机械性质不佳。
耐热钢一般依其主要成份分为两类:
(1)Cr系耐热钢
增进铁的氧化抵抗性最有效的成份是铬,铁中添加铬除了可以产生致密的皮膜以增加耐蚀性,同时也可以增进耐热性质。铬铁合金的典型的高温氧化行为,如图1所示在高温长时间的环境中仅有氧化。
图1 添加Cr对含碳量0.5%C钢料氧化的影响,220小时
Cr系耐热钢除了Cr之外,还添加Mo来增加高温强度,在一般温度下其耐氧化性良好。但是500℃以上时,强度就会急遽下降,因此大多使用于高温下但不须考虑潜变强度的场合,例如:石化工业、内燃机阀门、热处理炉零件等。
Cr系耐热钢因于其组织为肥粒铁,所以又称为肥粒铁系耐热钢,Cr含量大于10%以上时可以增加耐热钢的潜变强度,JIS材料的编号中SUH 409、SUH 446均属之。如果Cr含量大于10%以上时则以抗氧化性为主。
(2)Cr-Ni系耐热钢
Cr系耐热钢对于一般高温环境的耐氧化性良好,但在高温的机械性质方面则不理想,所以在需要高温强度或潜变强度的场合,就需要采用Cr-Ni系的耐热钢。
Cr-Ni系耐热钢基本上是将18-8钢,增加Cr、Ni的含量,并添加Ti、Mo、W等元素以改良其高温机械性质者。这种钢料具有沃斯田铁组织,因此也称为沃斯田铁系耐热钢。主要合金元素的含量为:14~26%Cr、12~37%Ni、0.1~0.4%C、0~3%W等。此类耐热钢高温强度大、加工性、焊接性良好,在JIS材料的编号为SUH 309~SUH 330,主要用于热处理炉零件、高级排气阀、引擎燃烧室、热交换器等,另外还有SUH 660、SUH 661为时效处理系耐热钢,应用于轮机的静翼和燃烧器。
1-5-2 轴承钢
轴承为支承轴于一定位置的机件,因此必须有足够的强度、耐磨耗及很高的疲劳限。轴承又分为滚珠轴承及滚子轴承两种,最常使用的材料为高碳低铬钢,其成份为0.95~1.10%C、0.9~1.6%Cr、0.5~0.9%Mn、0~0.25%Mo,此外由于轴承钢属于高级合金钢,所以磷、硫含量必须在0.025%以下,以确保其机械性质。
轴承钢除了材料纯度要求较高之外,需要经过热处理使其中碳化物细化并分布于基地内,以增加其耐磨性。一般加热至780~850℃,然后淬火于油中,在回火于140~160℃,热处理后其硬度值约HRc 62以上。轴承钢在JIS中之的材料编号为SUJ,例如:SUJ1、SUJ2等。
1-5-3 弹簧钢
弹簧广泛应用于车辆、加工机械、模具、钟表等,弹簧的种类很多,较大的如车辆板片弹簧、较小的如螺旋弹簧、或钟表的动力弹簧(发条)等。
制造弹簧的材料有钢料、铜合金、橡胶等。弹簧用的钢料必须具备耐冲击、疲劳限高而且不产生永久变形的特性,适用的钢料大致可以分为:碳钢、硅锰钢、硅锰铬钢三类,有些特殊场合也用到耐蚀钢。
弹簧的制造必须先韧化、成形,然后在实施热处理之后使用,大型的弹簧,例如:板片弹簧等,系将热轧的板或棒,在高温加工成形,由780~850℃淬火于油中或水中,再经400~500℃回火后使用。小型弹簧,例如:螺旋弹簧等,必须将韧化处理后冷抽的钢线(通常称为琴钢线,piano wire),冷加工成形,再加热于300~350℃蓝化处理(blueing)后,以提高疲劳限然后使用。弹簧钢在JIS材料中的编号属于SUP。
1-5-4 电气用钢
电气用钢属于软磁(soft magnetic)材料,主要是用于制造电机机械例如:变压器、电动机(马达)等的铁心材料。良好的铁心材料必须利于导通磁力线以提高效率,所以磁阻要低、导磁性要好,并且要容易磁化及退磁,残留磁力小以减少磁滞损失(hysteresis loss),因此材料微结构必须晶粒粗、纯度高并避免产生缺陷,而且要除去内应力,以使扇区容易移动。
常用的铁心材料有纯铁、硅钢、铁镍合金、铁钴合金、铁氧磁体等,其中以纯铁及硅钢较为常用。纯铁的导磁性好,但是因为比电阻小,涡流损失(eddy current loss)大,因此添加硅,唯硅含量过高时材质便脆化,因此一般在5.5%以下,此外硅钢片制成片状相迭也可以降低涡流损失。
1-5-5 磁石钢
磁石钢是制造磁石的一种材料,主要是用于制造永久磁铁,永久磁铁使用于无线电扩音机、电动机、发电机永久磁极等,属于硬磁(hard magnetic)材料。硬磁材料与软磁材料相反,必须是要能保持磁力,即所谓剩磁(residual magnetim)较大者。因此材料 文 / 3d3d_06
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