常用金属材料及性能PPT幻灯片课件

第5章常用金属材料及性能 5 1工业用钢分类与牌号 5 2结构钢 structuralsteel 5 3滚动轴承钢 工具钢 不锈钢和耐热钢 5 4铸铁 castiron 5 5有色金属及其合金 non ferrousalloy 5 6粉末冶金材料 自学 1 5 1钢的分类与钢中的合金元素 alloyelement 5 1 1工业用钢分类与牌号 1 我国现行钢分类与牌号的特点 有统一国标 钢号直观 实用 并靠近国际标准 2 钢的分类 按Wc 低碳钢 0 25 中碳钢 0 25 0 60 高碳钢 0 60 按冶金质量 普通钢 优质钢 高级优质钢和特级优质钢 按脱氧程度 沸腾钢 半镇静钢 镇静钢 特殊镇静钢 按用途 成分 性能和热处理特点 最实用 表5 1 图5 1 2 3 钢的牌号 要求 会识别 图纸上 一看就明白 基本类型 两类 主要以力学性能表示 如Q235 A F 常简写成Q235 不保证化学成分 主要以化学成分表示 碳与合金元素含量 例1 45Wc 0 45 的优质钢 例2 08FWc 0 08 的沸腾钢 例3 40CrWc 0 40 及Wcr 1 记忆方式与技巧介绍 表5 2 3 5 2结构钢 structuralsteel 用于结构件 工程结构 如建筑物珩架 桥梁 车辆等 机器零件 如齿轮 螺栓 轴等 5 2 1碳素结构钢 carbonstructuralsteel 保证力学性能 一般用途 以型材 棒 板 型钢 供应 组织状态 轧后空冷 F P 不再热处理 设计时注意尺寸效应 典型牌号 Q235 表5 3 4 5 2 1低合金高强度钢 HSLA 添加少量合金元素 Nb V等 起各种强化作用 用于重要工程结构 桥梁 压力容器等 能减轻自重 降低成本等 典型牌号 Q295 Q420等 表5 4 5 5 2 2优质碳素结构钢 Ws Wp 0 035 性能特点 随Wc升高 强度和硬度提高 塑 韧性有所下降 零件制造中若经过热处理 可大幅度提高性能 强度 应用 08 25 15Mn 低碳钢 塑性好 可焊性好 直接冲压成形或作焊接件 15 25 低碳钢 可作渗碳用钢 30 55 中碳钢 经调质处理做较重要的机器零件 60 中高碳钢 淬火 中高温回火 一般弹簧及较高强度零件 表5 5 6 5 2 3合金结构钢 alloystructuralsteel 1 合金渗碳钢 用途及性能特点 用于承受较大冲击负荷 同时表面经受强烈摩擦磨损的零件 如换档齿轮等 经渗碳及淬 回火后 表硬内韧 合金化原则 低碳 0 25 保证渗碳及热处理后表 里的良好配合 加提高淬透性元素 Cr Mn Ni B等 保证心部良好强韧性 加V Ti W等 阻止渗碳时晶粒长大 7 热处理特点 一般渗碳后预冷 直接淬火 低温回火 55HRC 常用钢种 低淬透性15 20 20Cr 中淬透性20CrMnMo 20MnTiB 高淬透性18Cr2Ni4W 20Cr2Ni4 表5 6 8 2 合金调质钢 用途及性能特点 高强度 承受较大负荷 及高韧性 防止断裂事故 的重要零件 如机床主轴 具有良好的综合力学性能 合金化原则 中碳 0 30 0 5 保证热处理后足够强度 又不致太脆 加淬透性元素 Cr Ni Mn Si B 保证大截面均一的性能 细化晶粒元素 V W Mo等 加Mo 消除回火脆性 热处理 调质即淬火 高温回火 500 650 常用典型钢种 低淬透性 45 40Cr 40MnB 中淬透性 35CrMo 30CrMnSi 高淬透性 40CrNiMo 40CrMnMo 表5 7 9 3 合金弹簧钢 用途 性能 承受较大负荷的弹簧 高的 e 1及 s b 合金化 中 高碳 0 45 0 9 加Si e 及 s b 加Mn Si 或Cr 淬透性 加Mo W V细化晶粒 重要弹簧 热处理 淬火 中温回火 回火屈氏体42 48HRC 常用钢种 65 65Mn 60Si2Mn 50CrV 表5 8 10 5 2 4其它结构钢 易切削钢 加S Pb Ca P等 减摩 易断屑等 提高切削加工性 强度次要 铸钢 铸钢件 特点 直接铸造成零件的结构钢 用于形状复杂 性能要求较高的场合 重型机械 矿山 工程机械等 成分 低 中碳 热处理 进行正火 退火 重要件进行淬火 回火 表5 9 11 5 3滚动轴承钢 工具钢 不锈钢和耐热钢5 3 1滚动轴承钢 rollingbearingsteel 用途 性能 轴承零件 高抗压强度 疲劳强度 高硬度与耐磨性 合金化 高碳 0 95 1 15 0 4 1 65 Cr 以及特殊要求的成分 S P要求严 冶金质量高 热处理 球化退火 预先热处理 及淬火 低温回火 60 64HRC 典型钢种 GCr15 中小型轴承 G20Cr2Ni4 大型渗碳轴承 9Cr18 不锈轴承 表5 10 12 5 3 2工具钢 toolsteel 刃具钢 用途 性能 较高切削的刀具 高硬度 高耐磨性及高热硬性 合金化 高速钢 高碳 c 0 8 以形成大量碳化物 保证高硬度 高耐磨性 较多W与Mo 10 产生W2C Mo2C等细小弥散硬化 保证热硬性 4 Cr 淬透性 加V 提高硬度 耐磨性 热处理 预先热处理 1200 1300 高温淬火 3次560 回火 回火马氏体 碳化物 62 66HRC 典型钢种 W6Mo5Cr4V2 W9Mo3Cr4V W18Cr4V 图5 2 图5 3 表5 13 表5 11 表5 12 13 模具钢1 冷作模具钢 高碳 合金 钢 用途 性能 各种冷冲压 冷成型模具 高硬度高耐磨性 足够整体强度与韧性 合金化 高碳Wc 0 6 0 7 淬透性元素 主加Cr 另Mn Si Mo V细化晶粒 Cr Mo W V提高耐磨性 热处理 淬火 低温回火 58HRC 细小马氏体 碳化物 少量残余奥氏体 典型钢种 T8 T10 T12 9Mn2V 9SiCr GCr15 Cr12MoV 65Nb W6Mo5Cr4V2 14 2 热作模具钢 中碳合金钢 用途 性能 锻模 热挤压模 热弯模等 耐热性 高温强度 耐热疲劳 高淬透性 合金化 中碳 0 3 0 6 保证强度 韧性等 Cr W Si 抗热疲劳 Mo W V 高温强度 Cr Mo W等多元 淬透性 热处理 淬火 中温回火 高于工作温度 35 50HRC 回火屈氏体 回火马氏体 典型钢种 45 40Cr 很少用 5CrNiMo 5CrMnMo 3Cr2W8V H11 4Cr5MoSiV H13 Cr5MoSiV1 15 量具钢 高碳 低合金 钢 用途 性能 各种量具 卡尺 块规等 高硬度 高耐磨性 高尺寸稳定性 合金化 高碳 0 8 Cr Mn Si等 淬透性 Cr W等 耐磨性 热处理 淬火 冷处理 多次回火 使残余奥氏体转变及稳定尺寸 典型钢种 9SiCr CrWMn GCr15或渗碳钢 硬质合金 16 5 3 3不锈钢和耐热钢 不锈钢 StainlessSteel 用途 性能 腐蚀环境中的工作零件 耐蚀性及附加力学性能 强度 硬度 等 合金化 加Cr 12 13 提高电极电位 钝化能力 使耐蚀性 加足够Ni或Cr 呈单相奥氏体或单相铁素体状态 加Ti Nb等与碳形成稳定晶内碳化物 使晶间腐蚀 可加Mn N代Ni 奥氏体不锈钢 17 热处理 A不锈钢 固溶处理 高温快冷 F不锈钢 退火处理 M不锈钢 淬火 回火 典型钢种 A不锈钢 1Cr18Ni9Ti F不锈钢 1Cr17 M不锈钢 3Cr13 9Cr18 表5 14上 表5 14下 18 耐热钢 heatresistantsteel 用途 性能 高温下工作零件 如锅炉管道 高温强度 抗氧化性等 合金化 低 中碳 Cr Ni Si Mo等固溶强化 Cr Si Al等抗氧化 V W Mo形成稳定碳化物弥散强化 热处理 视用途而定 和典型钢种 表5 15 19 5 4铸铁 castiron c 2 11 有共晶反应 主要介绍石墨化铸铁 5 4 1铸铁的主要类型及其特点 碳的形态与铸铁类型 一定条件下 Fe3C 亚稳态 3Fe G 稳定态 碳呈化合态的Fe3C 和共晶莱氏体 极脆 称白口铸铁 断口白壳 应用很有限 碳呈游离态的石墨 G 具有多种形态 铸造性能优良 应用广泛 图5 4 20 各类铸铁的特点1 共性 成分 高碳 高硅 易形成G 及杂质S P较宽 成本低廉 易浇注 组织 钢基 F F P P等 G 性能 G的存在 具有多重性影响 分析基点 G作为空洞或裂纹看待 割裂基体 承载面积 b k G本身应力集中 铸铁易脆断 G是裂纹萌生及扩展通道 抗压不抗拉 宜作承压件 G存在 加工性能好 铸造 切削加工 减震减摩 较小缺口敏感性 21 2 各类铸铁的特点 灰铸铁 直接结晶获得 成分亚共晶 特点 片G应力集中 割裂基体严重 铸造性能最好 应用 承压或受力不大的形状复杂件或薄壁件 如箱体等 典型牌号 HT200 可锻铸铁 铁水 白口铁 石墨化退火 Fe3C分解为团絮状G 特点 性能优于灰铸铁 但并不可锻 工艺复杂 应用 一定承载能力的结构件 典型牌号 KTH350 10 图5 5 图5 6 图5 7 图5 8 表5 16 图5 9 表5 17 22 球墨铸铁 球铁 直接结晶 球化处理 加稀土镁球化剂 特点 高碳高硅 接近共晶成分 杂质少 强度和塑性改善 基体作用加强 性能在铸铁中最好 应用 冲击负荷不大时可代钢 如柴油机曲轴 典型牌号 QT450 10 蠕墨铸铁 直接结晶获得 G形态介于片状与球状之间 力学性能明显优于灰铸铁 劣于球铁 加工性能等优于球铁 RuT300等 表5 18 23 5 4 2铸铁的热处理 石墨化退火 生产可锻铸铁 消除铸件薄壁处白口 去应力退火 用于各种铸件 正火 淬火回火 主要用于球铁 提高基体强度 24 5 5有色金属其合金 non ferrousalloy 5 5 1铝及铝合金 纯铝 导电导热 抗大气腐蚀 太软 1 铝合金及其特点 比强度高 高强钢 可用于轻结构件 尤其航空 突出理化性能 导电 抗大气腐蚀 良好加工性 高塑性 易冷成形 某些合金铸造性能好 宜作压铸件 25 2 铝合金分类 变形铝合金 不可时效强化的铝合金 防锈铝 F以左 单相固溶体 强度低 压力加工性能好 用其优良的耐蚀性能 牌号标记LF 可时效强化的变形铝合金 硬铝 LY 超硬铝 LC 和锻铝 LD 固溶时效提高性能 表5 19 图5 10 26 铸造铝合金 具有共晶转变的合金 铸造性能良好 提高性能方法 变质细化粗铸态组织 时效硬化 牌号 ZAL 或ZL 3 铝合金的热处理 退火 消除应力退火 200 300 再结晶退火 350 415 固溶时效硬化 500 水冷 人工时效 200 或自然时效 4 天 表5 20 27 5 5 2铜及铜合金 1 铜和铜合金的特点 较好的理化性能导电材料 导热 纯铜 汽车散热器 抗大气 海水腐蚀 黄铜 良好的加工性易冷成形 且铸造铜合金 有良好铸造性能 某些特有性能优良减摩性和耐磨性 青铜和部分黄铜 滑动轴承或蜗轮等 高的 e和 1 铍青铜 弹性元件 色泽美观 28 2 铜合金黄铜 Cu Zn 白铜 Cu Ni 青铜 其它 主要为Cu Sn 1 黄铜主要Cu Zn合金 类别 普通黄铜 Cu Zn 特殊黄铜 加工黄铜 铸造黄铜 是在Cu Zn基础上再加Ni Pb Al等 较高强度和耐蚀性 典型牌号 H96 加工黄铜 HPb60 1 特殊黄铜 ZH 铸造黄铜 表5 21 29 2 青铜主要为Cu Sn合金 压力加工青铜 锡青铜 Sn2 5 铝青铜 Al4 8 及铍青铜 仪器仪表元件 耐蚀场合的耐磨件 抗磁件等 铸造青铜 有共晶体 Sn9 11