高强度紧固件的材料选择与热处理(6)

铁素体型耐热钢：由于线材轧制与改制，产生加工冷作，因此为了便于加工，材料在加工产品前，需要退火，降低硬度，去除应力，便于产品加工。铁素体型耐热钢含有较多的铬、铝、硅等元素，形成单相铁素体组织，有良好的抗氧化性和耐高温气体腐蚀的能力,但高温强度较低,室温脆性较大，焊接性较差。

如1Cr13SiAl,1Cr25Si2等。一般用于制作承受载荷较低而要求有高温抗氧化性的部件。

马氏体型耐热钢：可以与其他合金材料一样进行热处理，这类钢通过热处理强度与硬度大幅度地提高，同时又具有耐热的性能。含铬量一般为7～13%,在650℃以下有较高的高温强度、抗氧化性和耐水汽腐蚀的能力，但焊接性较差。

是在含铬12%左右的1Cr13、2Cr13,以及在此基础上发展而来的。如1Cr11MoV、1Cr12WMoV、2Cr12WMoNbVB等。此外,作为制造内燃机排气阀用的4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo等也属于马氏体耐热钢。

沉淀硬化不锈钢，热处理比较特殊：首先要通过固溶处理，将材料中各种合金元素能够均匀地分布在各个区域。然后通过时效回火处理，将一些沉淀相析出，增加材料的强度和性能。

因此除了铬、镍元素外，还有钒、钛、铌、铝等合金元素，这些元素在时效回火处理的过程中，能够作为沉淀相析出，起到材料组织的硬化作用，大幅度地提高产品的抗拉强度及各项性能；

为了充分析出沉淀相，时效处理的过程比较长，每个材料牌号时效处理的时间不同，主要是考虑沉淀相的充分析出，改善和提高产品的性能。典型钢种有0Cr17Ni4MCu4Nb、0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni25Ti2MoAlVB。

此外还有珠光体耐热钢。这类钢组织形态是珠光体为主，添加元素以铬、钼合金元素为主；合金元素总量一般不超过5％，。组织中除珠光体、铁素体外,还有一些贝氏体。

这类钢在500～600℃有良好的高温强度及工艺性能，价格较低，广泛用于制作?600?℃以下的耐热部件。如锅炉钢管、汽轮机叶轮、转子、紧固件及高压容器、管道等。

这类钢耐热性能与前面几类耐热钢相似，但是防止腐蚀性能比较差，不属于不锈耐热钢的范畴。典型钢种有：16Mo、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVTiB、10Cr2Mo1、25Cr2Mo1V、20Cr3MoWV等。

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耐热钢中合金元素的作用

铬、铝、硅?这些铁素体形成的元素，在高温下能促使金属表面生成致密的氧化膜，防止继续氧化，是提高钢的抗氧化性和抗高温气体腐蚀的主要元素。但是铝和硅含量不能过高，含量太高会使室温塑性和热塑性严重下降。铬能显著地提高低合金钢的再结晶温度,含量为2％时，强化效果最好。

镍、锰?：可以形成和稳定奥氏体。镍能提高奥氏体钢的高温强度和改善抗渗碳性。锰虽然可以代镍，形成奥氏体，但耐热钢的抗氧化性能会大幅度降低。

钒、钛、铌?：是强碳化物形成元素，能形成细小弥散的碳化物，提高钢的高温强度。钛、铌与碳结合，还可防止奥氏体钢在高温下或焊后产生晶间腐蚀。

碳、氮：可扩大和稳定奥氏体，从而提高耐热钢的高温强度。钢中含铬、锰较多时，可显著提高氮的溶解度，并可利用氮合金化以代替价格较贵的镍。

硼、稀土元素?：均为耐热钢中的微量元素。硼溶入固溶体中使晶体点阵发生畸变，晶界上的硼又能阻止元素扩散和晶界迁移，从而提高耐热钢的高温强度；稀土元素能显著提高钢的抗氧化性，提高材料的热塑性。

3?0Cr15Ni25Ti2MoAlVB的性能与热处理

0Cr15Ni25Ti2MoAlVB是典型的沉淀硬化耐热钢，由于合金元素比较多，综合性能优良，具有比较高的韧性，因此能够防止产品的开裂，并且具有较高的缺口强度；在高温下，0Cr15Ni25Ti2MoAlVB材料不但具有耐热高强度性能，而且具有优良的抗氧化性，耐热钢的二个优点都具备；

在980℃高温下，与0Cr25Ni20抗氧化性能相当，能够在700℃以下高温长期服役，产品广泛地应用在汽轮机转子，叶片，以及汽车上的一些耐热部件上，包括耐高温的紧固件连接件

热处理工艺：分为二个部分，先采取固溶处理，然后采用时效处理。固溶处理可采用890—915℃区间加热，或970—1000℃区间加热，高温度区间有利于合金元素的固溶，经固溶处理后快冷，能够保持固溶的成果。

固溶处进行时效处理，时效温度根据产品大小，需要强度要求在700—760℃范围进行选择，时效时间比较长，一般需要15—16小时。目的是让铝、钒、硼等元素通过时效处理，作为硬化相沉淀析出，增加产品的强度，达到硬化的效果。

4?5Cr21Mn9Ni4N

5Cr21Mn9Ni4N是奥氏体型耐热钢，结构是Cr—Mn—Ni—N型不锈钢，它具有二个特点，即节镍型耐热钢，而且强度比较高（Mn含量比较高），常用于汽车和柴油机上的排气阀和耐高温零件。

文章来源：《材料热处理学报》 网址: http://www.clrclxbzz.cn/zonghexinwen/2020/1103/340.html