单元一课题四.ppt

课题四常用金属材料 第一节钢的分类和牌号第二节杂质元素和合金元素在钢中的作用第三节非合金钢第四节低合金钢第五节机械结构用合金钢第六节合金工具钢和高速工具钢第七节特殊性能钢 第一节钢的分类和牌号 一 概述二 旧的钢的分类三 新的钢的分类方法四 我国工业用钢的牌号表示方法 第二节杂质元素和合金元素在钢中的作用 一 合金元素1 锰的影响2 硅的影响3 硫的影响4 磷的影响二 元素的影响1 对钢基本相的影响2 合金元素对Fe Fe3C相图的影响3 合金元素对钢热处理的影响 第三节非合金钢 一 普通质量结构钢二 优质碳素结构钢 优质非合金钢 三 工程用铸钢 第四节低合金钢 一 低合金钢性能特点二 低合金高强度结构钢牌号及主要化学成分低合金高强度钢的用途三 低合金专业用钢 第五节机械结构用合金钢 一 合金渗碳钢二 合金调质钢三 合金弹簧钢四 滚动轴承钢 第六节合金工具钢和高速工具钢 一 合金工具钢种类二 高速工具钢 第七节特殊性能用钢 一 不锈钢二 耐热钢三 耐磨钢 钢的定义钢的两大分类两种钢种的大致比较 概述 1 按钢的用途2 按钢的品质 有害杂质硫 磷含量 3 按钢的冶炼方法4 按钢中碳的质量分数 化学成分 5 按钢中合金元素的总质量分数 旧的钢分类方法 6 根据钢中合金元素的种类分类7 按合金钢在空气中冷却后所得到的组织不同分类8 工业用钢材按最终加工方法分类9 按炼钢时脱氧方式分类 旧的钢的分类方法 一 按化学成分非合金钢 低合金钢 合金钢三类二 按主要质量等级主要性能及使用特性1 非合金钢 碳素钢 的主要分类2 合金钢的主要分类 新的钢分类方法 1 非合金结构钢和低合金高强钢的牌号2 合金钢的牌号3 铸钢的牌号 我国工业用钢 以铁为主要元素 碳的质量分数一般在2 以下 并含有其他元素的材料 钢的定义 1 非合金钢价格低廉 工艺性能好 力学性能能满足一般工程和机械制造的使用要求 是工业中用量最大的工业材料 2 合金钢为提高钢的力学性能 改善钢的工艺性能和得到某些特殊的物理化学性能有目的的向钢中加入某些合金元素的钢 钢的两大分类 与非合金钢相比 合金钢经过合理的加工处理后能够获得较高的力学性能 有的具有耐热 耐酸 不锈等特殊物理化学性能 有些加工性能差 有的钢种只能应用与特定工作条件 两类钢的比较 1 低合金钢普通质量低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢2 优质合金钢3 特殊质量合金钢 合金钢的主要分类 合金钢筋钢 不规定磁导率的电工用硅 铝 钢 铁道用合金钢 地质 石油钻探用合金钢 调质处理的钢除外 硅锰弹簧钢 高锰铸钢 优质合金钢 压力容器用合金钢 经热处理的合金钢筋钢及地质 石油钻探用钢 合金结构钢 合金弹簧钢 轴承钢 合金工具钢和高速工具钢 不锈钢和耐热钢 永磁钢 无磁奥氏体钢 电热合金等 特殊质量合金钢 1 碳素结构钢 非合金结构钢 和低合金高强度结构钢2 优质碳素结构钢牌号用两位数字表示 这两位数字表示钢中平均碳的质量分数为万分之几 若钢中锰的含量较高时 在数字后面附化学元素符号Mn 例如 钢号40及60Mn 非合金结构钢 3 易切削结构钢的牌号是在同类结构钢牌号前冠以 Y 4 碳素工具钢牌号是在T 碳的汉语拼音字首 的后面加数字表示 数字表示钢的平均碳的质量分数为千分之几 例如T9钢 碳素工具钢都是优质钢 若钢号末尾标A 表示该钢是高级优质钢 碳素工具钢 1 合金结构钢2 合金工具钢3 特殊性能钢 合金钢的牌号 1 性能特点建筑及工程用非合金结构钢 价格低廉 工艺性能优良 用于制造一般工程结构及普通机械零件 通常热轧成扁平成品或各种型材 圆钢 方钢 工字钢 钢筋等 一般不经过热处理 在热轧态直接使用 普通质量结构钢 2 碳素结构钢 普通质量非合金钢 的牌号及用途Q195 Q215钢通常轧制成薄板 钢筋 制作铆钉 螺钉 地脚螺栓及轻负荷的冲压零件和焊接结构 Q235 Q255钢可用作螺栓螺母拉杆 销子 吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中的螺纹钢 工字钢 普通质量结构钢 1 普通质量非合金钢2 优质非合金钢3 特殊质量非合金钢 非合金钢的主要分类 一般用途非合金钢 非合金钢钢筋 铁道轻轨和垫板用钢 一般钢板专用钢 普通质量非合金钢 1 机械结构用优质非合金钢 如GB699 88中的优质碳素结构钢 其中高碳钢除外 2 工程结构用非合金钢 如GB700中的C D级碳钢 3 冲压用低碳薄钢板 4 镀锌 镀锡等非合金钢板 优质非合金钢 5 锅炉和压力容器用非合金钢板 管 造船用非合金钢 6 铁道重轨碳钢 焊条用非合金钢 冷墩 冷冲压等冷加工用非合金钢 7 非合金易切削钢 8 电工用非合金钢带 片 9 优质非合金铸钢 优质非合金钢 例如对某些性能提出的具体要求 冲击性能 淬硬层深度或表面硬度 表面缺陷 对钢中非金属夹杂物含量 磷 硫的质量分数 成品 0 025 残余元素Cu Co V的最高含量等方面的要求 特殊质量非合金钢 优质碳素结构钢的牌号和性能优质及特殊质量钢的用途 优质碳素结构钢 性能特点用途和牌号 工程用铸钢 1 较高的强度和屈强比2 较好的塑性和韧性3 良好的焊接性4 较低的缺口敏感性和冷弯后低的时效敏感性5 良好的焊接性和较低的脆性转变温度 低合金钢性能特点 低合金专业用钢的种类及用途锅炉 各种压力容器 船舶 桥梁 汽车 农机 矿山 建筑钢筋等 具体应用a 汽车用低合金钢b 管线用钢c 海洋平台用钢 低合金专业用钢 1 主要用途及性能要求2 合金渗碳钢的化学成分及牌号3 合金渗碳钢的热处理 合金渗碳钢 1 主要用途及性能要求2 化学成分特点3 常用牌号 热处理 力学性能及用途4 热处理 合金调质钢 1 弹簧钢的用途及性能2 牌号及主要化学成分3 弹簧钢热处理 合金弹簧钢 1 主要用途及性能要求2 牌号及化学成分3 滚动轴承的热处理工艺4 精密轴承生产工艺 滚动轴承钢 1 量具刃具钢2 耐冲击工具钢3 合金模具钢 合金工具钢种类 1 化学成分2 常用量具刃具钢的牌号 热处理 成分和用途 量具刃具钢 这类钢是在铬 硅的基础上添加质量分数为2 0 2 5 的W 以细化晶粒 提高回火后的韧性 特征牌号 5CrW2Si GB1299 85 主要用作风动工具 錾 冲模 冷作模具等 耐冲击工具钢 生产上常用合金工具钢作模具钢 根据用途可分为三类 1 冷作模具钢2 热作模具钢3 常用塑料模具及其用钢 合金模具钢 1 成分特点2 用途及性能特点3 通用型高速钢代表钢种W18Cr4V W6Mo5Cr4V2等4 新型派生钢种W9Mo3Cr4V是新的通用型高速钢 尚未纳入国家标准5 高速钢的热处理特点 高速工具钢 高速钢成分配置特点是含碳量高 并有大量钨 钒 钼及较多的铬 其中钨 钼 钒用来主要是提高热硬性 成分特点 用于制造高速切削刀具 在高速切削时其温度高达600 而硬度无明显下降 具有良好的热硬性 用途及性能特点 W9Mo3Cr4V是新的通用型高速钢 尚未纳入国家标准 新型派生钢种 淬火加热温度高 回火温度高 次数多 例 W18Cr4V预热在820 870 淬火1270 1285 油 盐浴炉 1270 1128 油 箱式炉 回火为三次 550 570 硬度 HRC63 高速钢的热处理特点 1 性能要求耐蚀性 合适的力学性能 良好的冷加工和焊接工艺性能 2 不锈钢耐腐蚀原理电化学腐蚀与普通氧化腐蚀3 分类及常用牌号 不锈钢 1 种类奥氏体型 铁素体型 珠光体型 马氏体型2 常用耐热钢的牌号 热处理1Cr19Ni 1050 固溶处理锅炉过热器 再热器 1Cr17 780 850 空冷或缓冷用于900 以下耐氧化部件 散热器 炉用部件 油喷嘴等 1Cr12Mo 950 1000 油淬火750 回火油冷用于耐氧化 耐腐蚀的部件 耐热钢 1 高冲击恶劣条件下用高锰钢或改进的高锰钢 ZGMn13固溶处理2 在低冲击载荷条件下选用有一定韧性又非常耐磨的高铬白口铸铁 3 中等冲击载荷下采用低合金钢 耐磨钢 建筑用钢 机械制造用钢 工具钢 特殊性能用钢 专业用钢 如桥梁用钢 锅炉用钢 等 按钢的用途分类 普通质用钢优质钢高级优质钢 按钢的品质 锰钢铬钢硼钢硅锰钢铬镍钢 按合金元素种类 珠光体钢贝氏体钢马氏体钢奥氏体钢莱氏体钢 按钢空冷后得到的组织 热轧材或冷轧材拉拔材锻材拉压材铸件 按最终的加工方法 低碳钢 wC 0 25 中碳钢 0 25 0 6 高碳钢 0 6 按钢中含碳量 平炉钢转炉钢电炉钢 按冶炼方法 沸腾钢F镇静钢Z半镇静钢B 按脱氧方法 1 低合金钢 10 按合金元素含量 压力容器用合金钢 经热处理的合金钢筋钢及地质 石油钻探用钢合金结构钢 合金弹簧钢 轴承钢 合金工具刚和高速工具钢 不锈钢和耐热钢 永磁钢 无磁奥氏体钢 电热合金等 特殊质量合金钢 1 普通质量非合金钢一般用途非合金钢 非合金钢钢筋 铁道轻轨和垫板用钢 一般钢板桩用钢 2 优质非合金钢3 特殊质量非合金钢 非合金钢主要分类 例如对某些性能提出的具体要求 冲击性能 淬硬层深度或表面硬度 表面缺陷 对钢中非金属夹杂物含量 磷 硫的质量分数 成品 0 025 残余元素Cu Co V的最高含量等方面的要求 特殊质量非合金钢 与优质非合金钢类似 在生产过程中需要按规定控制质量钢 主要包括 可焊接的低合金高强钢 360 420Mpa 锅炉和压力容器用低合金钢 造船 汽车 桥梁 自行车等专业 优质低合金钢 合金钢中合金含量较低 不规定钢材热处理条件 主要包括一般用途低合金钢 360Mpa的钢号除外 低合金钢筋钢 低合金轻轨钢 矿用一般低合金钢 调质处理的钢号除外 普通质量低合金钢 在生产过程中需要严格控制质量和性能 特别是要求控制硫 磷等含量和提高纯净度 主要包括 核能用低合金钢 保证厚度方向性能低合金铬钢 火车车轮用特殊低合金钢 低温用低合金钢 船舰 兵器等专用特殊低合金钢 特殊质量低合金钢 这两类结构钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音首位字母Q 屈服点数值 质量等级符号 脱氧方法符号等部分按顺序组成 其中 质量等级用A B C D E表示磷硫含量不同 脱氧方法用F 沸腾钢 B 半镇静钢 Z 镇静钢 TZ 特殊镇静钢 表示 钢号中 Z 和 TZ 可以省略 例如 Q235AF 代表屈服点Qs 235MPa 质量为A级的沸腾碳素结构钢 优质碳素结构钢牌号用两位数字表示 表示钢中平均碳的质量分数的万分之几 若钢中锰的含量较高时 加符号Mn钢号40表示 60Mn表示 易切削结构钢 牌号前加Y碳素工具钢 牌号是在T后加数字 表示碳的含碳量的千分之几 T9表示 如60Si2Mn 如40MnVB 25MnTiBrE 滚动轴承钢牌号前面以 G 滚 为标志 其后为铬元素符号Cr 其质量分数以千分之几表示 其余与合金结构钢牌号规定相同 例如GCr15SiMn钢 合金结构钢 当平均Wc1 0 高速工具钢牌号中不标出含碳量 例如 W18Cr4V2 合金工具钢 牌号表示法与合金工具钢基本相同 只是当Wc 0 08 及Wc 0 03 时 在牌号前面分别冠以 0 及 00 例如0Cr19Ni9 0Cr13Al等 特殊性能钢 牌号前面是ZG 铸钢二字汉语拼音字首 后面第一组数字表示屈服点 第二组数字表示抗拉强度 若钢号末尾标字母H 焊 表示该钢是焊接结构用碳素铸钢 例如ZG230 450表示屈服点为230Mpa 抗拉强度为450Mpa的工程用铸钢 铸钢的牌号 锰在碳钢中质量分数一般为Wme 0 25 0 8 锰能溶于铁素体 使铁素体强化 也能溶于渗碳体 提高其强度 锰还能增加并细化珠光体 从而提高钢的强度和硬度 锰可与硫形成MnS 以消除硫的有害作用 因此锰在钢中是有益的元素 锰的影响 硅在镇静钢 用铝硅铁和锰铁脱氧 中含量为WSi 0 10 0 40 沸腾钢 只用锰铁脱氧 中WSi 0 07 硅能熔于铁素体使之强化 从而使钢的强度硬度弹性都得到提高 因此硅在钢中也是有益的元素 硅的影响 硫是钢中的有害元素 在钢中以化合物FeS 熔点1190度 存在 FeS与Fe形成低熔点 985度 左右的共晶体分布在晶界上 钢加热到1000 1200度进行锻压或轧制时 由于分布在晶界上的共晶体已经熔化 使钢在晶界开裂 这种现象称为热脆 锰和硫的亲和力较强 在钢中形成熔点为1620度的MnS 且MnS在高温时有塑性 可避免钢的热脆性 硫的影响 磷是钢中的有害元素 在常温下能溶于铁素体 使钢的强度 硬度提高 但使塑性和韧性显著下降 在低温时表现尤为突出 但可提高钢的切削加工性能 磷的影响 对硬度的影响 对韧性的影响 碳化物形成元素有铁 锰 钼 钨 钒 铌 锆 钛等 按与碳亲和力由弱到强排列 与碳的亲和力越强 形成的碳化物就越稳定 硬度就越高 由于与碳的亲和力强弱不同及在钢中的含量不同 合金元素可以形成下列类型的碳化物 合金渗碳体如 Fe Mn 3C Fe Cr 3C等 合金碳化物如 Cr3C3 Fe3W3C 等 特殊碳化物如WC MoC VC TiC等 形成碳化物 1 合金元素对奥氏体相区的影响扩大与缩小奥氏体区2 合金元素对S E点的影响合金元素都使Fe Fe3C相图的S点和E点向左移 若合金元素含量足够高 可以在Wc 0 4 的钢中产生过共析组织 在Wc 1 0 的钢中产生莱氏体 例如 在高速钢 Wc 0 7 0 8 的铸态组织中就有莱氏体 故可称之为莱氏体钢 对相的影响 1 对奥氏体化及奥氏体晶粒长大的影响合金钢的奥氏体化需要的温度高 保温时间长 热处理时合金钢 锰钢除外 不易过热 合金元素对钢热处理的影响 2 对过冷奥氏体转变的影响除钴外 大多数合金元素都使钢的过冷奥氏体稳定性提高 从而使钢的C曲线右移 而且碳化物形成元素使珠光体和贝氏体的转变曲线分离为两个C形 合金元素对钢热处理的影响 3 合金元素在热处理生产中的优缺点1 有利于大截面零件的淬透 2 可采用较缓和的冷却介质淬火 有利于降低淬火应力 减少变形 开裂 3 C曲线右移会使钢的退火变的困难 合金钢采用等温退火软化 工艺的难度增加 4 导致高合金钢加热到奥氏体温度后在空气中冷却也能形成马氏体组织 故此类钢叫做马氏体钢 5 除钴 铝以外 大多数合金元素都使Ms点下降 并增加残余奥氏体量 08F钢调质后可获得良好的综合力学性能 曲轴 连杆 齿轮 机床主轴 60以上的钢具有较高的强度 硬度和弹性 但可焊性 可切削性差 主要用做各种弹簧 高强度钢丝 机车轮缘 低速车轮及其他耐磨件 10 25钢用于承受震动 冲击 硬度适中有较好韧性的工具 优质及特殊质量钢的用途 30 55钢与T8钢相似 但淬透性高 可制造截面较大的工具 T7不受冲击 高硬度的各种工具 优质及特殊质量钢的用途 T8Mn一般轧制成高精度薄板或薄带供应 主要用于冷压件 如汽车壳 仪器 仪表外壳等 T12用于冲压件 焊接件 强度要求不高的零件及渗碳件 如机罩 焊接容器 小轴 销子 法兰盘 螺钉 螺母 垫圈及渗碳凸轮 齿轮等 优质及特殊质量钢的用途 若牌号后面加Mn 则是含锰量较高的钢 其用途与对应钢号的普通含锰量基本相同 但淬透性和强度稍高 可制作截面稍大或强度稍高的零件 优质及特殊质量钢的用途 在机械制造业中 许多形状复杂 用锻造方法难以生产 力学性能要求比铸铁高的零件 可用碳钢铸造生产 铸造碳钢的铸造性能比铸铁差 流动性差 凝固时收缩率大 易产生偏析等 铸钢的性能特点 用于制造重型机械 矿山机械 冶金机械 机车车辆的某种零件 构件 ZG200 400ZG310 570 铸造碳钢的牌号和用途 低合金钢的牌号Q345 Q460等主要合金元素 有锰 钒 钛 铌 锆 铝 铬 镍等 锰有固溶强化铁素体 增加并细化珠光体的作用 钒 钛 铌等主要作用是细化晶粒 铬 镍可提高钢的冲击韧度 改善钢的热处理性能 提高钢的强度 并且铝 铬 镍均可对大气的抗蚀能力 为改善钢的性能 高性能级别钢可加入钼 稀土等元素 牌号及主要化学成分 合金渗碳钢用于承受强烈冲击载荷和摩擦磨损的机械零件 用于制造汽车 拖拉机的变速齿轮 轴等零件 主要用途及性能要求 化学成分及牌号 化学成分 0 10 0 25 的碳 主要合金元素是铬 还可加入镍 锰 硼 钨 钼 钒 钛等元素 低含碳量保证了淬火后零件心部有足够的塑性 韧性 铬 镍 锰 硼的主要作用是提高淬透性 而钨 钼 钒 钛能形成细小 难溶的碳化物 以阻止渗碳过程中高温 常时间保温条件下晶粒长大并提高渗碳层的耐磨性 牌号举例 20Cr20 MnVB 渗碳后直接淬火或渗碳后二次淬火加上低温回火 硬度一般为58 64HRC 合金渗碳钢的热处理 用于制造在重载荷作用下同时又受冲击载荷作用的一些重要零件 要求零件具有高强度 高韧性相结合的良好综合力学性能 主要用途及性能要求 中碳含量加某些合金元素 含碳为Wc 0 3 0 5 合金元素是锰 硅 铬 镍 钼 硼等 主要作用是提高钢的淬透性 钼能防止高温回火脆性 钨 钒 钛可细化奥氏体晶粒 化学成分特点 预先热处理 合金元素含量少 淬透性低的调质钢 可采用退火 淬透性高的调质钢 则要采用正火加高温回火 最终热处理 调质钢的最终热处理为淬火后高温回火 回火温度一般为500 650 热处理 用于制造弹簧等弹性元件的钢种 弹簧钢要有高的弹性极限和屈强比 还应具有足够疲劳强度和韧性以承受交变载荷和冲击载荷的作用 弹簧钢的用途及性能 牌号 60Si2Mn 50CrVA含碳量为Wc 0 45 0 7 合金元素主要有硅 锰 铬等 硅使弹性极限提高的效果很突出 锰能增加淬透性 但使钢的过热和回火脆性的倾向加大 牌号及主要化学成分 淬火和中温回火 得到回火托氏体组织 其弹性极限和屈服强度高 例如60Si2Mn钢 淬火后经480 回火 b 1200MPa s 1300MPa 屈强比 92 弹簧钢热处理 主要用于制造滚动轴承的内 外套圈以及滚动体 还可用于制造某些工具 例如 模具 量具等 滚动轴承在工作时承受高的交变接触压应力 同时滚动体与内 外套圈之间还产生强烈的摩擦 并受到冲击载荷作用 要求轴承钢必须具有高而均匀