材料科学基础课程ppt课件 第12章 金属材料

材料科学基础主讲教师：施钢班级： 08 材料 B2010 年 5 月 24 日厦门理工学院第 12 章金属材料 钢铁材料 元素对性能的影响； 钢的分类与牌号 普通碳素结构钢、优质碳素结构钢 碳素工具钢 碳素铸钢 普通低合金结构钢 渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢 合金工具钢 刃具钢：低合金工具钢、高速钢、硬质合金、模具钢、量具钢 有色金属材料教学要求、重点与难点教学要求：1 、了解金属的分类。2 、掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能以及它们的应用。2 、熟悉铸铁、有色金属的牌号、成份、热处理工艺、组织、牌号及其应用。3 、能正确选择常用工程材料，合理制订其生产工艺流程。教学的重点与难点重点：钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能以及它们的应用。难点：合理制订生产工艺流程钢的分类与牌号工程材料金属材料非金属材料黑色金属材料有色金属材料钢铸铁铝及铝合金铜及铜合金滑动轴承合金高分子材料陶瓷材料复合材料普通灰铸铁球墨铸铁蠕墨铸铁可锻铸铁合金铸铁(碳素钢）钢中元素对性能的影响杂质元素合金元素常存杂质：冶炼残余，由脱氧剂带入 Mn ， Si ， Al ； S,P 难彻底清除。隐存杂质：微量元素 O ， H,N 。偶存杂质：与炼钢时的矿石、废钢有关，如 Cu ， Sn ， Pb,Cr 等。低合金钢 10% 常用合金元素： Si ， Mn ， Cr ， Ni ， W ， Mo ， V ， Ti ， Nb ， Cu ， Al ， Co,B 等。 不同国家常用元素与资源有关：美 Ni 多，俄罗斯 Cr 多，我国 Si ， Mn, W,较丰富。热脆性 S FeS(低熔点 989 ) ；冷脆性 P Fe3P （ 硬脆）；氢脆 H 白点。固溶体化合物游离态力学性能 物理性能 化学性能 工艺性能普通碳素结构钢 这类钢主要保证力学性能即可用于机械结构，也可用于工程结构。 普通碳素结构钢的牌号： “Q+数字 + 字母 +字母 “，例： Q235AF 其中， “Q“ 字是屈服点 “屈 “ 字的汉语拼音字首，数字表示屈服点值。 数字后标注字母 A ， B ， C,D ， 表示钢材质量等级不同，从一到 D 含磷 ,硫量的依次降低，一级质量最差， D 级质量最好。 若为沸腾钢在钢号后加 “F“ ； 半镇静钢在钢号后加 “b“ ； 镇静钢则不加任何字母； TZ 表示特种镇静钢。普通碳素结构钢 一般在钢厂供应状态下（即热轧状态）直接使用。 Q195 ， Q214 钢的含碳量低，焊接性能好，塑性，韧性好，易于加工，有一定强度，常用于制造普通铆钉，螺钉，螺母等零件和轧制成 ?钢筋等，用于桥梁，建筑 ,农业机械等结构。 Q255 ， Q275 钢具有较高的强度，塑性，韧性较好，可进行焊接，并轧制成工字钢，槽钢，角钢，条钢和钢板及其它型钢作结构件以及制造简单的机械连杆，齿轮 ,联轴节和销子等零件。 Q235 既有较高的塑性又有适中的强度，成为一种应用最广的普通碳素结构钢即可用作较重要的建筑构件，又可用于制做一般的机器零件。优质碳素结构钢 同时保证化学成分和力学性能其硫、磷的含量较低，均控制在 0.01% 以下。非金属夹杂物也较少，质量级别较高。 优质碳素结构钢的牌号是采用两位数字表示钢中平均碳质量分数的万倍例 45 钢中平均碳的质量分数 wC 为 0.45% ； 08 钢表示钢中平均碳的质量分数 wC 为 0.08% 。 按含锰量不同，分为普通含锰量（ 0.35-0.8% ）和较高含锰量 (0.7-1.2%) 两组含锰量较高的一组，在钢号后加 “Mn“ 。 若为沸腾钢，则在数字后加 “F“ ， 如 08 F 为含碳量为 0.08 的沸腾钢。这类钢随钢号的数字增加，含碳量增加，组织中的珠光体量增加，铁素体量减少。因此，钢的强度也随之增加，而塑性指标随之降低。优质碳素结构钢 优质碳素结构钢一般都要经过热处理以提高力学性能 根据碳的含量不同，有不同的用途，主要用于制造机器零件 08,08 F ， 10 钢，塑性，韧性高，具有优良的冷成形性能和焊接性能，常冷轧成 ?汽车和拖拉机上的冷冲压件，如汽车车身 ,拖拉机驾驶室等 15 、 20 、 25 钢属低碳钢，也有良好的冷冲压性和焊接性；常用来做冲压件和焊接件，也可以用来渗碳，经过渗碳和随后热处理，使得表面硬而耐磨，心部具有良好的韧性，从而可用于制造表面要求耐磨并能承受冲击载荷的零件，如齿轮、活塞销、样板等 30 、 35 、 40 、 45 、 50 钢属中碳钢，这几种钢经调质处理（淬火 +高温回火）后，可获得良好的综合力学性能，即具有较高的强度和较高的塑性、韧性，主要用于制造齿轮、轴类等零件其中由于 45 钢的强度和塑性配合得好，因此成为机械制造业中应用最广泛的钢种。例如 40 、 45 钢常用于制造汽车、拖拉机的曲轴、连杆、一般机床齿轮和其它受力不大的轴类零件。 55,60,65 钢热处理（淬火 +中温回火）后具有高的弹性极限，常用于制作负荷不大，尺寸较小（截面尺寸小于 1215 mm ） 的弹簧，如调压，调速弹簧，测力弹簧 ,冷卷弹簧，和钢丝绳等优质碳素结构钢的力学性能列于表 1.3-3 中。碳素工具钢 碳素工具钢含碳量为 0.65-1.35 ， Si 0.35 ， Mn 0.4 ， 优质钢的硫 ,磷含量范围 (S 0.03 ， P 0.035 ) 。 碳素工具钢的牌号以 “T+数字 + 字母 “ 表示，钢号前面的 “T“ 表示碳素工具钢，其后的数字表示以千分数表示的碳质量分数如 Wc=0.8% 的碳素工具钢，其钢号为 “T8“ 。 高级优质碳素工具钢，则在其钢号后加 “，例如， “T10A“ 。 碳素工具钢经热处理（淬火 +低温回火）后具有高硬度，用于制造尺寸较小，要求耐磨性好的量具、刃具、模具等。 这类钢的钢号有 T7 ， T7A ， T8 ， T8A ， ,T13A ， 共 8 个钢种， 16 个牌号含碳量越高，则碳化物量越多，耐磨性就越高，但韧性越差。因此受冲击的工具应选用含碳量低的。一般冲头，凿子要选用 T7 ， T8 等，车刀，钻头可选用 T10 ， 而精车刀，锉刀则选用 T12,T13 之类。碳素铸钢 碳素铸钢的含碳量一般在 0.150.60% 范围内，含碳量过高则塑性差，易产生裂纹 碳素铸钢的牌号由 “铸钢 “ 两字的汉语拼音字首 “ZG“ 加两组数字表示两组数字分别表示材料的屈服强度和抗拉强度；若为焊接性能好的铸钢，则在第二组数字后加汉字 “焊 “ 的汉语拼音字首 “H?。 ”。 其牌号有 ZG200-400 ， ZG230-450 ， ZG270-500,ZG310-570 和 ZG340-600 。 碳素铸钢按质量可分为 : 级 : 高级质量的铸件，硫、磷含量均不大于 0.04% ； 级 : 优质铸件，硫、磷含量均不大于 0.05% ； 级 : 普通质量铸件，硫、磷含量均不大于 0.06% 质量的级别应标注在铸钢牌号的后面，但 级可以省略不注。合金结构钢的编号 合金结构钢的编号方法为：两位数字 +元素符号 + 数字 + 前两位数字表示平均碳质量分数的万倍（ wC 10000 ）； 元素符号后面的数字为该元素平均质量分数的百倍（我们 100 ） 当其我们 100 mm ， 主要用于制造大截面，高载荷的重要耐磨件，如飞机，坦克中的曲轴 ,大模数齿轮等。 碳素渗碳钢和低合金渗碳钢，经常采用直接淬火或一次淬火，而后低温回火； 高合金渗碳钢则采用二次淬火和低温回火处理调质钢 调质钢：经调质处理后使用的优质碳素钢和合金结构钢。 综合力学性能好，用于受力较复杂的重要结构零件，如汽车后桥半轴、连杆、螺栓以及各种轴类零件。 淬火后得到位错与孪晶马氏体的混合组织，以及残留奥氏体和碳化物高温回火后，由于马氏体分解，碳化物弥散析出，残留奥氏体转变，内应力消除，最终得到回火索氏体组织。 调质钢中 wC 在 0.30%0.50% 之间，属中碳钢含碳量在这一范围内可保证钢的综合性能，含碳量过低，则影响钢的强度指标，含碳量过高则韧性显得不足。一般碳素钢的含碳量偏上限；对于合金调质钢，随合金元素的增加，含碳量趋于下限。 大截面零件，为保证有足够的淬透性，采用合金调质钢。弹簧钢 弹簧是各种机器和仪表中的重要零件要求制造弹簧的材料具有高的弹性极限（即具有高的屈服点或屈服强比）、高的疲劳极限与足够的塑性和韧性。 弹簧钢中 wC 一般为 0.45%0.70% 含碳量过高，塑性和韧性降低，疲劳极限也下降。 合金元素为锰、硅、铬、矾和钨等。 加入硅、锰主要是提高淬透性，同时也提高屈强比，其中硅的作用更为突出。 硅、锰元素的不足之处：硅会促使钢材表面在加热时脱碳，锰则使钢易于过热。 因此，重要用途的弹簧钢必须加入铬、矾、钨等它们不仅使钢材有更高的淬透性，不易脱碳和过热，而且有更高的高温强度和韧性。滚动轴承钢 用于制造滚动轴承的钢要求具有高而均匀的硬度、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的韧性和淬透性、一定的耐腐蚀能力。 滚动轴承钢是一种高碳低铬钢， wC=0.95%1.0% ， wCr=0.4%1.65% 高碳是为保证有高的淬硬性，同时可形成铬的碳化物强化相。 铬的主要作用是增加钢的淬透性，使淬火 ,回火后整个截面上获得较均匀的组织铬可形成合金渗碳体 ， 加热时降低过热敏感性， 得到细小的奥氏体组织。溶入奥氏体中的铬，又可提高马氏体的回火稳定性。 高碳低铬的滚动轴承钢，加入 Si,Mn 等元素，提高淬透性，适量的 Si(wSi=0.4%0.6%) 能明显地提高钢的强度和弹性极限。 滚动轴承钢是高级优质钢，成分中 wS40