【導(dǎo)讀】第六節(jié)不銹鋼、特殊合金牌號(hào)與美國(guó)、日本、歐洲對(duì)照表...26. 工程中應(yīng)用的材料，按用途的不同，可分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大。結(jié)構(gòu)材料通常是指工程上要求強(qiáng)度、

　　

【正文】 屈服極限。 這類鋼通常是在熱軋退火（或正火）狀態(tài)下使用。這類鋼的使用性能主要依靠加 入少量 Mn、 Ti、 V、 Nb、 Cu、 P 等合金元素來提高。 Mn 是強(qiáng)化元素，含量在 %以下， Ti、 V、 Nb 等元素在鋼中形成微細(xì)碳化合物，起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用。 Cu、 P 可提高鋼對(duì)大氣的抗蝕能力。 常用普通低合金鋼有 14MnNb、 16MnCu、 15MnTi、 15MnV。 3. 調(diào)質(zhì)鋼。 調(diào)質(zhì)鋼一般指經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后使用的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，大多數(shù)調(diào)質(zhì)鋼屬于中碳鋼。調(diào)質(zhì)處理后，鋼的組織是回火索化體。調(diào)質(zhì)鋼具有高的強(qiáng)度和良好的塑性與韌性，而且具有良好的機(jī)械性能。 常用的合金調(diào)質(zhì)鋼有 42Mn7V、 40MnVB、 40Cr、 35CrMo、 37CrNi40CrNiMo 等，這些鋼主要用于齒輪、壓縮機(jī)、泵的運(yùn)動(dòng)件、齒輪軸及離合器等運(yùn)動(dòng)件。 24 （三） 合金工具鋼 用于制造刃具、模具、量具等工具的鋼稱為工具鋼。 工具鋼的分類與編號(hào)。 工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼，其編號(hào)方法如下： 含碳量：平均含量≥ %時(shí)不標(biāo)出；＜ %是以千分之幾表示。高速鋼有例外，它的含碳量＜ %也不標(biāo)出。合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。 例如： CrMn 表示平均含碳量≥ %， Cr、 Mn 平均含量＜ %； 9SiCr表示平均含碳量為 %， Cr、 Si 平均含量均小于 %； W18Cr4V 表示含碳量為 —%，及 W、 Cr、Ｖ平均含量分別為 18%、 4%、＜ %的高速鋼。 常用刃具鋼有： 9SiCr、 CrWMn、 CrMn、 9Mn2V；常用模具鋼有： Cr1Cr12MoV、 T10A、 9Mn2V 等；常用量具鋼有： CrMn、 CrWMn、 GCr15等。 八、 特殊性能鋼 特殊性能鋼是指不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。 （一） 不銹鋼 金屬腐蝕的概念：金屬腐蝕現(xiàn)象是金屬制件常發(fā)生的一種現(xiàn)象，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界因腐蝕而損壞的金屬制件約占其產(chǎn)量的 10%。 腐蝕一 般分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種，如鋼在高溫下的氧化為化學(xué)腐蝕，而鋼在室溫下的腐蝕則屬電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象比較普通，這類腐蝕是金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的電化學(xué)作用，這種作用是由于形成了原電池和微電池而形成的。 要提高金屬的耐蝕性，一方面要盡量使合金在室溫下呈單一均勻的組織，另一方面更重要的是提高陽極合金本身的電極電位，第三方面減少甚至阻斷腐蝕電流，使金屬鈍化。為達(dá)此目的，一般在合金鋼中加入較多數(shù)量的 Cr、 Ni 等合金元素。實(shí)際證明，在鐵中加入 Cr 量大于 13%，其鋼的電極電位由－ 升至 ，同時(shí)可吸 收鐵原子，使鐵碳化；加入 Ni 其作用是擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，獲得單相奧氏體。 （二） 常用不銹鋼 常用不銹鋼一般分為兩種類型。一類鉻不銹鋼，另一類為鉻鎳不銹鋼。 1. 鉻不銹鋼 這類鋼主要牌號(hào)為 1Cr1 2Cr1 3Cr1 4Cr13 和 1Cr17 等，其化學(xué)成分有馬氏體型和鐵素體型。 Cr13 型不銹鋼中平均含鉻量為 13%。鉻在鋼中最主要的作用是提高耐蝕性。基體中含鉻量≥ %的含鉻不銹鋼能在陽極（點(diǎn)極）區(qū)域基體表面上形成一層富鉻的氧化物保護(hù)膜，這層膜會(huì)阻礙陽極區(qū)域的反應(yīng)，并增 25 加電極電位致使基體電化學(xué)腐蝕過程減慢，從而使不 銹鋼獲得一定的耐蝕性。 Cr13 型不銹鋼屬馬氏體型不銹鋼，主要用于制造汽輪機(jī)葉片、機(jī)閥、醫(yī)療工具及量具等； Cr17 型不銹鋼屬鐵素體型，主要用于制造吸收塔、熱變換器、輸送管道等。 2. 鉻鎳不銹鋼 18—8 型鉻鎳不銹鋼在我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)可認(rèn)為 18—9 型鉻鎳不銹鋼，在GB1220—75 中共有五個(gè)鋼號(hào)，即 0Cr18Ni 1Cr18Ni 2Cr18Ni0Cr18Ni9Ti 及 1Cr18Ni9Ti，這類鋼均屬于奧氏體型鋼，它們的強(qiáng)度、硬度均很低，無磁性，其塑性、韌性及耐蝕性均較 Cr13 型不銹鋼好。 為了提高 18—8 型不銹 鋼的性能，常用熱處理方法有固溶處理、穩(wěn)定化處理及除應(yīng)力處理等幾種。 （三） 耐熱鋼 1. 耐熱性的一般概念 金屬材料的耐熱性是包含高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度的一個(gè)綜合概念。 (1) 高溫抗氧化性：高溫抗氧化性是金屬材料在高溫下對(duì)氧化作用的抗力。金屬的抗氧化性是保證零件在高溫下能持久工作的重要條件?？寡趸芰Φ母叩椭饕刹牧铣煞謥頉Q定。鋼中加入足夠的 Cr、 Si、 Al 等元素，使鋼在高溫下與氧化接觸時(shí)，表面能生成致密的高熔點(diǎn)氧化膜，它嚴(yán)格地覆蓋在鋼的表面，可以保持鋼免于高溫氣體的繼續(xù)腐蝕。 (2) 金屬的高溫強(qiáng)度：高溫強(qiáng)度是金屬材料在高溫下對(duì)機(jī)械 負(fù)荷作用的抗力。金屬在高溫下所表現(xiàn)的機(jī)械性能與室溫下是大不相同的。當(dāng)溫度超過再結(jié)晶溫度時(shí)，除受機(jī)械力的作用產(chǎn)生塑性變化和加工硬化外，同時(shí)還發(fā)生再結(jié)晶和軟化的過程。當(dāng)工作溫度高于金屬的再結(jié)晶溫度，工作應(yīng)力超過金屬在該溫度下的彈性極限時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)金屬發(fā)生極其緩慢的變形，這種現(xiàn)象稱為“蠕變”。金屬對(duì)蠕變抗力愈大，即表示金屬高溫強(qiáng)度愈高。 耐熱鋼包括抗氧鋼和熱強(qiáng)鋼，現(xiàn)分述如下： 2. 抗氧化鋼 在高溫下有較好的抗氧化性而有一定強(qiáng)度的鋼種稱為抗氧化鋼，又叫不起皮鋼。高溫爐用零件的氧化剝落是零件損壞的主要原因。 實(shí)際上使用的抗氧化鋼大多是在鉻鋼、鉻鎳鋼或鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅或鋁而現(xiàn)制成的，常用抗氧化鋼有 3Cr18Mn12Si2N、 2Cr20Mn9Ni2Si2N、 3Cr18Ni25Si2，主要用于制造鍋爐吊鉤、各種熱處理爐、坩鍋爐構(gòu)件和耐熱鑄件。 3. 熱強(qiáng)鋼 高溫下有一定抗氧化能力和較高強(qiáng)度以及良好組織穩(wěn)定性的鋼種稱為熱強(qiáng)鋼。 26 高溫工作的零件不允許產(chǎn)生過大的蠕變變形，須嚴(yán)格限制其在使用期間的變形量。對(duì)于在使用中，不考慮變形量大小而只要求在一定應(yīng)力下具有一定使用壽命的零部件，需規(guī)定另外一個(gè)熱強(qiáng)性指標(biāo)即持久強(qiáng)度。 （四） 耐磨鋼 習(xí) 慣上，耐磨鋼主要是指在沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼。它的主要成分是含 —%C、 11—14%Mn。它的鋼號(hào)寫成 Mn13。由于這種鋼機(jī)械加工比較困難，基本上都是鑄造成型的，因而其鋼號(hào)即寫成2GMn13。 為了使高錳鋼全獲得奧氏體組織，經(jīng)常對(duì)高錳鋼進(jìn)行“水韌處理”。水韌處理是一種淬火處理的操作，其方法是把鋼加熱至臨界點(diǎn)溫度以上保溫一段時(shí)間，使鋼中碳化物能全部溶解到奧氏體中去，然后迅速地把鋼浸淬于水中冷卻。 高錳鋼廣泛應(yīng)用于既耐磨損又耐沖擊的零件。另外還用于挖掘機(jī)、拖拉機(jī)、坦克等的履帶板、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪 和履帶支承滾動(dòng)輪等。 第六節(jié) 不銹鋼、特殊合金牌號(hào)與美國(guó)、日本、歐洲對(duì)照表 不銹鋼、特殊合金牌號(hào)與美國(guó)、日本、歐洲對(duì) 照表 類別 中國(guó) 美國(guó) 日本 歐洲 馬氏體不銹鋼 Cr13 型 410 SUS410 SAF2301 1Cr17Ni2 431 SUS431 SAF2321 9Cr18 440C SUS440c 0Cr17Ni4Cu4Nb 174PH SUH630 1Cr12Ni3MoWV XM32 2Cr12MoVNbN SUH600 2Cr12NiMoWV SUH616 雙相鋼 00Cr18Ni5Mo3Si2 S31500 3RE60 00Cr22Ni5Mo3N S31803 329J3L1 SAF2205 00Cr25Ni6Mo2N 329J1L1R4 00Cr25Ni7Mo3N S31260 329J4L SAF2507 27 00Cr25Ni6Mo3CuN S32550 特種合金 ZG40Cr25Ni20 HK ZG45Ni35Cr27N6 KP ZG50N148Cr28W5 ZGN136Cr26Co15W5 ZG10Ni32Cr20Nb ZG45Ni48Cr28W5Co5 鐵素體 0Cr13 410S SUS410S 00Cr17Ti 00Cr18Mo2Ti 奧氏體不銹鋼 0Cr18Ni9Ti 321 SUS321 SAF2337 00Cr19Ni10 304L SUS304L 0Cr17Ni12Mo2 316 SUS316 SAF2343 0Cr17Ni14Mo2 316L SUS312L 00Cr19Ni13Mo3 317L SUS317L ZG00Cr19Ni10 CF3 SCS19A ZG00Cr17Ni14Mo2 CF3M SCS16A 0Cr25Ni20 310S SUS310S 00Cr20Ni18Mo6CuN S31254 254SMO 904L 2RK65 00Cr25Ni22MoN S31050 2RE69 合金鋼 各種優(yōu)質(zhì)合金鋼，工模具鋼、低溫鋼、壓力容器用鋼、 ASME 規(guī)范材料，線材、板材、 TIG 焊絲及覆皮焊條。 28 第二章 密封材料 第一節(jié) 密封材料 密封材料應(yīng)滿足密封功能的要求。由于被密封的介質(zhì)不同，以及設(shè)備的工作條件不同，要求密封材料具有不同的適用性。對(duì)密封材料的要求一般是：（ 1）材料致密性好，不易泄漏介質(zhì)；（ 2）有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度和硬度；（ 3）壓縮性和回彈性好，永久性變形小；（ 4）高溫下不軟化、不分解，低溫下不硬化、不脆裂；（ 5）抗腐蝕性能好，在酸、堿、油等介質(zhì)中能長(zhǎng)期工 作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；（ 6）摩擦系數(shù)小，耐磨性能好；（ 7）具有與密封面結(jié)合的柔軟性；（ 8）耐老化性能好，經(jīng)久耐用；（ 9）加工制造方便，價(jià)格便宜，取材容易。顯然，任何一種材料要完全滿足上述要求是不可能的，但具有優(yōu)異密封性能的材料能夠滿足上述大部分要求。 橡膠是最常用的密封材料，品種有丁腈橡膠、氯丁橡膠、硅橡膠、氟橡膠和聚胺橡膠等。應(yīng)當(dāng)指出的是，在選擇密封材料時(shí)，不宜籠統(tǒng)地采用某類耐酸橡膠或耐油橡膠，因?yàn)椴徽撌撬峄蛴停ɑ蚱渌橘|(zhì)）種類都很多，特性也有明顯差異，即使同一種酸，濃度不 同時(shí)特性也不同，耐濃酸的橡膠不一定耐稀酸。故應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的具體情況，有針對(duì)性地選擇合適的材料。除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨、聚四氟乙烯以及各種密封膠等，表 列出密封材料的分類和用途。 表 密封材料分類和用途 類別 材料 用途 液體 高分子材料 液態(tài)密封膠、 厭煩氧膠、熱熔型密封膠 纖 維 植物纖維 棉、麻、紙、軟木 墊片、軟填料、防塵密封件、夾布 橡膠密封件 動(dòng)物纖維 毛、氈、皮革 墊片、軟填料、成型填料、油封、 防塵密封件 礦物纖維 石棉 墊片、軟填料 人造纖維 有機(jī)合成 纖維、玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維 軟填料、夾布橡膠密封件 彈 塑 性 體 橡膠 合成橡膠、天然橡膠 墊片、成型填料、油封、防塵密封 件、軟填料、全封閉密封件 塑料 氟塑料、尼龍、聚乙烯、酚醛塑料、氯化塑料、聚苯硫醚 墊片、成型填料、油封、防塵密封件、軟填料、全封閉密封件、硬填料、活塞環(huán)、機(jī)械密封 密封膠 液態(tài)密封膠、厭氧膠 墊片、導(dǎo)管聯(lián)接、螺紋密封 29 無 機(jī) 材 料 柔性石墨 天然石墨 墊片、軟填料、密封件 碳石墨 焙燒碳、電化石墨 機(jī)械密封、硬填料、動(dòng)力密封、間隙密封 工程陶瓷 氧化鋁瓷、 滑石瓷、金屬陶瓷、氧化硅、硼化硅 金 屬 有色金屬 銅、鋁、鉛、鋅、錫及其 合金 墊片、軟填料、機(jī)械密封、硬填料、 迷宮密封、間隙密封 黑色金屬 碳鋼、鑄鐵、不銹鋼、堆 焊合金、噴涂粉末 墊片、全封閉密封件、機(jī)械密封、硬填料、活塞環(huán)、間隙密封、成型填料、防塵密封件 硬質(zhì)金屬 鎢鈷硬質(zhì)合金、鎢鈷鈦硬 質(zhì)合金 機(jī)械密封 貴金屬 金、銀、銦、鉭 高真空密封、高壓密封、低溫密封 第一節(jié) 密封機(jī)理及引起泄漏的因素 一、 密封墊的泄漏現(xiàn)象 當(dāng)介質(zhì)以一定壓力通過未作特殊加工和處理的兩相對(duì)靜止的結(jié)合面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生泄 漏。分析這種現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)泄漏有四種形式：界面泄漏、滲透泄漏、擴(kuò)散泄漏、破壞泄漏。 1. 界面泄漏。由于密封墊壓緊不夠，法蘭結(jié)合面光潔度不當(dāng)，法蘭變形等，均會(huì)在密封界面上產(chǎn)生泄漏，如圖 。由