4X 工业用钢 工艺学10ppt课件

工程材料工艺学 钢铁 1 第四章工业用钢与铸铁 工程材料工艺学 钢铁 2 教学基本要求 1 熟练掌握工业用钢的分类与编号表示方法 2 熟悉钢铁中合金元素的含量与作用与相应组织 3 了解铸铁的石墨化过程特点与影响 4 熟悉铸铁的分类 牌号 性能特点并基本会选 5 了解工程材料新发展简介 工程材料工艺学 钢铁 3 1工业用钢简介 一 钢 以铁为主元素 含C 2 以下 并含有其它元素的材料 可形变加工的铁碳合金 1 工业用钢 按成分 包括非合金钢 低合金钢 合金钢三类 必须掌握的内容 考试啊 按碳质量分数高低划分为低碳钢 wc0 60 等均为非合金钢 工程材料工艺学 钢铁 4 非合金钢加入少量合金元素形成低合金钢 按质量分按钢的质量等级分 分为普通质量钢 优质钢 高级优质钢 特殊优质钢 其中的磷和硫质量分数如表4 1所示 按钢的主要性能及使用特性分分工程结构用钢 机械结构用钢 工具钢 不锈钢 耐蚀 耐热钢 轴承钢 特殊物理性能等钢 工程材料工艺学 钢铁 5 2 钢铁产品牌号表示方法钢材牌号采用 数字加字母 表示 力学性能和元素含量用数字表示 化学元素采用国际化学元素符号表示 产品名称 用途 冶炼和浇注方法等用汉语拼音字母表示 表4 2 p57 不同类型钢及牌号表示方法 工程材料工艺学 钢铁 6 3 钢铁及合金统一数字代号体系GB T17616 1998对钢铁及合金产品牌号规定了统一数字代号 与现行的GB T221 2000钢铁产品牌号表示方法等同时并用 统一数字代号有利于现代化数据处理设备进行存储和检索 便于生产和使用 数字代号由固定6位符号组成 左边第1位大写拉丁字母作前缀 I 和 0 除外 后接5位阿数字 工程材料工艺学 钢铁 7 每个统一数字只适用于一个产品牌号 例如 U20202 表示20 非合金钢 优质碳结钢钢 A73402表示合金调质钢中的40MnVB 非合金钢 俗说 碳素结构钢 简称 碳钢由于价格低廉 易于获取 通过碳含量的控制和热处理可使其性能得到改善 能满足生产的基本需求 因而应用广泛 二 常存元素对碳钢性能的影响 了解 工程材料工艺学 钢铁 8 1 碳 C 作用碳对碳钢的组织和性能影响很大 如图示总趋势是 状态图中自左向右 含碳量增加 Fe3C增加 硬度直线上升 塑韧性急速下降 强度先升后降 2 锰 Mn 作用脱氧 FeO还原Fe 与S作用 MnS降低热脆性 提高强度 硬度 属有益元素 3 硅 Si 作用 工程材料工艺学 钢铁 9 与钢液中FeO生成炉渣 提高钢质量 溶于F中 固溶强化 有益元素 4 硫S作用 形成FeS 熔点1190 在晶界处 在1100 1200 时 压力加工 产生脆裂 热脆 有害元素 5 磷P作用 全部溶于F中 固溶强化 Rm HB 在低温下引起脆断 冷脆 有害元素 工程材料工艺学 钢铁 10 三 非合金钢 碳 钢分类1 碳素结构钢GB700 1988牌号由代表屈服点的字母Q 屈服点数值 质量等级符号 脱氧方法四部分组成 其中质量等级分别用A B C D表示 A的S P量高 D的S P量最低 且质量最好 如 Q235 A FQ 屈 字汉语拼音字首 读 屈 工程材料工艺学 钢铁 11 235 Rm b 235MPaA 质量等级A级F 脱氧方法 指 沸腾钢 一般不标 牌号 Q195 Q215 Q235 Q255 Q275五类 用途 用于制作螺钉 螺栓 螺母 角钢 垫圈 焊接钢管等 详见参考书P63表4 4 2 优质碳素结构钢S P含量较低 用于重要零件 工程材料工艺学 钢铁 12 GB 牌号用两位数字表示 表示含碳量万分之几 十 如 08F 10 15 20 25 为低碳钢 塑性好 耐冲 好焊 30 35 40 45 50 55 中碳钢含P多 强硬适中 多做重要件 60 65 70 75 高碳钢 多需淬火 回火 制作弹性耐磨件 20Mn 65Mn等称含锰量较高的优质碳素结构钢 详见教参P68表4 13 工程材料工艺学 钢铁 13 3 碳素工具钢 牌号用 碳 字汉语拼音字首 T 数字表示Wc的千分之几 如 T7 T8 T9 T10 T10A T12等 如T10钢WC 1 T10A中的 A 表示为高级优质碳素工具钢 适用各类高级优质钢 其中 T7钢 WC 0 7 主要用于制造手钳 剪刀 凿子 手锤等 工程材料工艺学 钢铁 14 T10钢 WC 1 用于制作手用钢锯条 简单冷作模具 手工钻头 等 T12钢用于制作铰刀 锉刀 量具等 详见教参P83表4 25 四 合金钢为提高钢的力学 工艺 物理 化学性能 淬透性等 在碳钢的基础上加入某些合金元素 称为合金钢 按用途分合金结构钢 合金工具钢和特殊性能钢 工程材料工艺学 钢铁 15 1 合金结构钢钢号 数字 元素符号 数字 平均百分数 如20CrMnTi 40Cr 60Si2Mn 38CrMoAlA等 用于制造机械零件和工程构件 常说的16Mn应归类于 低合金 高强度结构钢 新号 Q345 GB T1591 94 低合金高强度结构钢在碳钢基础上加少量锰 硅等合元制成 通常在热轧 正火状态下使用 工程材料工艺学 钢铁 16 牌号表达同碳素结构钢Q295 Q345 Q390 Q420 Q460 低合金高强度结构钢成本与碳素结构钢相近 但性能有较大的提高 在工程结构中应用极为广泛 旧牌号 16Mn 09MnV2等 2 合金工具钢用于制造刃具 模具 量具等工具 如9SiCr Cr12 CrMn GCr15等 GCr15有专用名称 滚动轴承钢 实为 名专用途广 工程材料工艺学 钢铁 17 高速钢又称 锋钢 白钢 特点是高热硬性 耐磨性 淬透性 常用牌号 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2等 制造形状复杂的高速切削工具 如 麻花钻 铣刀 拉刀 齿轮刀具和其他成形刀具 3 特殊性能钢不锈钢 不锈钢又多为耐热钢 1 铬不锈钢马氏体型不锈钢 其牌号有 12Cr13 20Cr13 30Cr13 工程材料工艺学 钢铁 18 2 铬镍不锈钢 奥氏体型不锈钢 其牌号 12Cr18Ni9 Ti 06Cr18Ni93 铁素体不锈钢 10Cr17 容器 日用品 耐磨钢GB5680 98又称 高锰钢 强烈冲击力作用下发生硬化现象如牌号 ZGMn13 1 ZGMn13 2等 应用铁道叉 履带板 颚板 铲斗 保险箱等 磁钢 略 工程材料工艺学 钢铁 19 2铸铁 铸铁是在凝固过程中经历共晶转变 用于生产铸件的铁基合金的总称 生产上应用的铸铁碳的质量分数常在2 5 4 之间 铸铁抗拉强度较低 塑性和韧性差 不能进行锻造 但有一系列优点 而在工业上应用广泛 工程材料工艺学 钢铁 20 1 铸铁石墨化石墨化就是铸铁中的碳原子析出并形成石墨的过程 在铸铁中的碳能以渗碳体和游离状态的石墨形式存在 一般的石墨可以从液体中结晶出来 也能从A中析出 也可以由渗碳体分解得到 实践证明 成分相同的合金在冷却时 冷却速度愈快 析出的渗碳体的可能性愈大 工程材料工艺学 钢铁 21 冷却速度愈慢 析出石墨的可能性愈大 故 在铁碳合金结晶过程中存在两种相图 即Fe Fe3C相图 它说明了析出Fe3C的规律 和Fe G 石墨 相图 它说明了析出石墨的规律 为便于比较和应用 将上述两种相图重叠在一起称为铁碳双重相图 如图4 9所示 按Fe G 石墨 相图分析过共晶成分的铁液由高温到室温的冷却过程 可将铸铁的石墨化过程分为几个阶段 工程材料工艺学 钢铁 22 第一阶段 液相至共晶阶段 包括从过共晶成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶石墨 中间阶段 共晶至共析转变的阶段 此时从奥氏体中直接析出二次石墨 第二阶段 共析转变阶段 包括共析转变时奥氏体转变为铁素体 石墨 当然 也可按Fe Fe3C相图进行上述三个阶段的石墨化过程 不同的是 先析出Fe3C 然后Fe3C在高温下分解出石墨 工程材料工艺学 钢铁 23 石墨是碳的一种结晶体 具有六方晶格 见图4 10 原子呈层状排列 同一晶面上的碳原子间距为0 142 10 10m 相互间呈共价键结合 结合力强 层与层之间的距离为0 304 10 10m 原子间呈分子键结合 结合力较弱 因此 石墨结晶形态常易发展为片状 强度Rm 塑性A极低 硬度为3HBW 低的力学性能 及其数量 形状 大小和分布使灰铁基体上布满了裂纹和孔洞 工程材料工艺学 钢铁 24 由于G的存在 减少了基体承载的有效面积 G的尖角割裂基体 造成严重的应力集中 且G片越是粗大 分布不匀 其力学性能越差 但是 灰铸铁的抗压强度受G影响小 灰铁不能锻造 不能冲压 但是有如下优点 良好的铸造性 流动性好 收缩小 易切削 抗压强度高 工程材料工艺学 钢铁 25 减震和减摩性能好 切口不敏感性 制造容易 价格便宜 2 铸铁的组织及影响因素灰铸铁按基体不同可分为 P灰铸铁P F灰铸铁F灰铸铁 要控制铸铁组织与成分 必须控制其石墨化程度 而影响石墨化的主要因素为 1 化学成分成分 Wc 2 5 4 Wsi 1 2 5 WMn 0 6 1 2 Wp 0 3 Ws 0 15 工程材料工艺学 钢铁 26 随C Si增多 G核增多 析出G多而粗大 反之 G少 S Mn阻碍G 增加白口化 应严控 P增加冷脆性 2 冷却速度 V 冷却快 原子来不及急扩散 G化难以进行 易白口 冷却的慢 可得灰口 显然 欲求灰口件合理选择铸件壁厚 工程材料工艺学 钢铁 27 冷却速度与铸型材料也直接关联 如 金属型比砂型的冷却速度快 铸件易白口 3 灰铸铁的孕育处理直接向已熔炼出炉的低碳 硅含量铁水中加入孕育剂 经过破碎又预热的75 硅铁 灰铁经孕育处理后G片细小均匀力学性能有明显提高 故称高强度铸铁4 灰铸铁的牌号 用途 工程材料工艺学 钢铁 28 牌号 HT Rm MPa读作 灰铁 汉语拼音字母首 有 HT100 HT150 HT200 HT250 HT300 HT350 见P100表4 33 主用于床身 箱体 重锤 暖气片等 5 灰铸铁的生产特点6 灰铸铁的热处理1 消除应力退火 工程材料工艺学 钢铁 29 2 消除白口组织改善切削性能退火3 表面淬火如机床导轨 二 可锻铸铁 又称 马铁 韧性铸铁 展性铸铁 玛钢 1 成分 Wc 2 2 2 8 Wsi 1 1 8 碳 硅量低 2 生产过程 首先浇注成白口铸铁件 然后再经过可锻化 石墨化 退火而得到团絮状石墨的可锻铸铁 因退火方法不同分 工程材料工艺学 钢铁 30 白心 B 可锻铸铁 黑心 H 可锻铸铁 珠光体 Z 可锻铸铁等三种 3 性能Rm A ak比灰铸铁好 但不能锻造 4 牌号GB9440 88KTH 或Z A Rm Mpa黑心或P可锻铸铁 工程材料工艺学 钢铁 31 如 KTH300 06 建筑脚手架扣件 三通管件 阀门 KTZ550 04 用于载荷较高的耐磨损 凸轮轴 齿轮等 详见P101表4 34 三 球墨铸铁 1 制取 在金属液中加入球化剂稀土镁合