钢铁材料及其用途PPT课件

.,1,4.1碳钢与合金钢,4.1.1碳钢碳的质量分数在0.0218%2.11%范围内的铁碳合金。1、常存杂质对碳钢性能影响（1）锰的影响Mn有较强的脱氧能力，消除FeO可改善钢的品质，降低钢的脆性。锰与钢中的硫形成MnS，降低S对钢的危害。碳素钢中把锰控制在0.250.80范围内。,第4章钢铁材料及其用途,.,2,1、常存杂质对碳钢性能影响,（2）硅的影响硅来自生铁和脱氧剂硅铁中，硅能使钢液中的FeO变成炉渣脱离钢液提高钢的品质。硅能溶于F，提高钢的强度、硬度，降低钢的塑性和韧性。硅能使Fe3C的稳定性下降促进Fe3C分解生成石墨。钢中出现石墨使钢的韧性严重下降，产生“黑脆”。,4.1.1碳钢,.,3,1、常存杂质对碳钢性能影响,（3）硫的影响杂质S几乎不溶于铁素体，而与Fe形成FeS存在于钢中或与Fe形成共晶体。FeS及其共晶体溶点均低于热形变加工温度（11501250），使钢在热形变加工中产生“热脆性”。Mn使硫形成MnS，其熔点高达1620，从而消除S引起的热脆性。,4.1.1碳钢,.,4,1、常存杂质对碳钢性能影响,（4）磷的影响P可以固溶到F中，提高钢在室温时的强度。但P也易与Fe形成极脆的化合物Fe3P使钢的塑性和韧性显著下降。温度愈低脆性越大，故称为“冷脆”。钢中要严格把P的含量控制在0.045%以下。,4.1.1碳钢,.,5,2、碳钢的分类,按冶炼方法分类,平炉钢,转炉钢,电炉钢,4.1.1碳钢,按脱碳方法分类,沸腾钢F,镇静钢Z,半镇静钢b,.,6,2、碳钢的分类,按钢中含碳量分类,低碳钢,中碳钢,高碳钢,Wc0.25,Wc在0.250.6之间,Wc0.6,4.1.1碳钢,.,7,2、碳钢的分类,按钢的质量分类,普通碳素钢,优质碳素钢,高级优质碳素钢,Ws0.055Wp0.045,Ws0.040Wp0.040,Ws0.030Wp0.035,4.1.1碳钢,.,8,2、碳钢的分类,按钢的用途分类,碳素结构钢,碳素工具钢,制造各种构件和机器零件,制造各种刀具、量具、模具,4.1.1碳钢,.,9,二、钢的牌号及其应用,1、碳素结构钢：,牌号：Q+屈服点数值。例如：Q195，Q235等。,用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。,2、优质碳素结构钢：,牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的万倍。例如：08F，20，45，60,65Mn等。,用途：用作各种较重要的机器零件如：齿轮、主轴等。,.,10,3、碳素工具钢牌号：用“T”加数字表示，数字表示钢中平均含碳量的千倍如：T8，T9等。T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。用途：用来制作各种刀具、量具和模具。,.,11,4.1.2合金钢,为了改善钢的组织与性能，有意识地在钢中加入某些合金元素所获得的钢种。,4.1碳钢与合金钢,.,12,碳钢的特点,（）淬透性低，整个截面性能分布不均；（）力学性能比合金钢低。存在硬度、强度与塑性、韧性之间的矛盾；（）不能具备耐高温、耐腐蚀、高耐磨等特殊性能。,4.1.2合金钢,.,13,1、合金元素在钢中的作用,（）固溶强化合金元素固溶于F、A、M中引起晶格畸变，增加位错运动阻力，产生固溶强化。,4.1.2合金钢,.,14,1、合金元素在钢中的作用,（）第二相强化某些合金元素可以固溶于Fe3C中，形成合金Fe3C或特殊碳化物，提高钢的强度和硬度。,4.1.2合金钢,（）细晶强化使A、F晶粒及M针条细化，增加位错运动阻力，达到强化的目的。,.,15,1、合金元素在钢中的作用,（）提高淬透性合金元素固溶于A中，增加A的稳定性，减慢过冷A的分解速度，使C曲线右移，降低钢淬火时的临界冷却速度，提高淬透性。,4.1.2合金钢,.,16,1、合金元素在钢中的作用,（）提高回火稳定性回火稳定性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。合金元素固溶于M中减缓C的扩散，阻碍碳化物的析出，推迟M的分解，抵抗硬度下降。,4.1.2合金钢,.,17,1、合金元素在钢中的作用,（）使钢获得特殊性能*形成稳定的单相组织：使A3线降至室温，得到具备耐腐蚀、耐高温、抗磨损的A钢。*形成致密氧化膜和金属化合物，提高钢的耐腐蚀性和高温抗氧化性；金属化合物阻碍位错在高温下运动，提高钢的蠕变抗力，提高钢的高温强度。,4.1.2合金钢,.,18,2、合金钢的分类,）按合金元素的含量分低合金钢：合金元素总的质量分数；中合金钢：合金元素总的质量分数为；高合金钢：合金元素总的质量分数。,4.1.2合金钢,.,19,）按用途分,合金钢,合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢：,机器合金结构钢：,工程合金结构钢：,普通低合金结构钢,不锈钢、耐热钢、耐磨钢,合金刃具钢：,合金弹簧钢、合金渗碳钢合金调质钢、合金轴承钢,合金模具钢：,合金量具钢：,低合金刃具钢、高合金刃具钢、高速钢,冷作模具钢、热作模具钢,没有专用钢种.,.,20,3.合金钢牌号的表示方法,我国合金钢的编号,字母+数字+元素符号+数字+字母表示某些专门用途钢。如G为滚动轴承钢，Y为易切削钢。表示含碳量。合金结构钢为两位数字，表示万分之一。合金工具钢为一位数字表示千分之一，如含碳量大于1%可省略。表示所含合金元素及其含量。数字表示百分之一，小于1.5%可省略。表示冶金质量。A为高级优质钢，E为特级优质钢。,4.1.2合金钢,.,21,3、合金钢的牌号,(1)合金结构钢的牌号,(2)合金工具钢的牌号,两位数字+合金元素符号+数字,前两位数字表示平均含碳量的万倍，后面数字表示合金元素的百倍。如60Si2Mn,40Cr等。Wc=0.60%,其牌号表示方法与合金结构钢类似，但其平均Wc1%时不标出；当Wc1%前面数字表示含碳量的千倍。如：9SiCr,Cr12,5CrMnMo等。Wc=0.9%,但高速钢不标含碳量，只写出合金元素符号及其含量。,如:W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,.,22,一、合金结构钢,1、普通低合金结构钢,低碳，合金含量小于3%。主加元素为Mn其强化了铁素体，提高了强度；V，Ti等元素使晶粒细化，使韧性提高。在建筑、桥梁、车辆、船舶中应用广泛。以16Mn为最广。,船舶,桥梁,.,23,2、合金渗碳钢,含碳量为0.1%-0.2%,以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加元素为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。,（常用渗碳钢）,主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有足够强度和韧性的零件，如：汽车变速箱的齿轮等。以20Cr、20CrMnTi为最广。,变速齿轮,拨叉,.,24,3、合金调质钢,含碳量为0.25%-0.5%,主加元素为Cr、Mn、Si、Ni等以提高淬透性和强化铁素体.调质钢具有良好的综合力学性能。,合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆等。,曲轴,连杆,（常用调质钢）,.,25,4、合金弹簧钢,它具有高的弹性、疲劳强度及冲动韧度。含碳量为0.5%-0.7%,主加元素为Cr、Mn、Si等以提高淬透性和弹性极限。,合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。,拉力弹簧,离合器弹簧,（常用弹簧钢）,.,26,5、滚动轴承钢,主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。,碳质量分数一般为0.95%-1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素，铬含量为0.40%-1.65%。高碳低铬。,如：GCr15,(滚珠轴承钢),.,27,二、合金工具钢,合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度和耐磨性,还具有更高的红硬性。,1、合金刃具钢,用途：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。,性能：（1）高硬度，60HRC以上；（2）高的耐磨性；（3）高热硬性；（4）足够的塑性和韧性。,铣刀,英制模板刀,.,28,合金工具钢的种类及牌号,(1)低合金刃具钢,(2)高速钢,最高工作温度不超过300。高碳：碳质量分数为0.9%-1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si还能提高钢的回火稳定性；W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。,高速钢是高合金刃具钢，具有很高的热硬性，高速切削中刃部温度达600时，其硬度无明显下降。高碳：碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右，加入Cr、W、Mo、V等合金元素：Cr提高淬透性。W、Mo保证高的热硬性。V提高耐磨性，细化晶粒。,（如：9SiCr、9Mn2V）,（如：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2）,常用合金刃具钢和高速钢,.,29,2、合金量具钢,用途：量具用钢用于制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、块规。,性能要求：(1)高硬度（大于56HRC）和高耐磨性；(2)高尺寸稳定性，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。,螺纹规,游标卡尺,千分尺,.,30,3、合金模具钢,合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和热作模具钢两大类。,冷作模具钢,用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200300。,热作模具钢,如：9Mn2V、CrWMn,用途：热作模具钢用于制造各种热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600以上。,如：5CrMnMo、5CrNiMo,性能要求：高硬度，5862HRC;高耐磨性;足够的韧性和疲劳抗力,.,31,量具用钢的选用举例,.,32,三、特殊性能钢,特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢.它主要包括不锈钢,耐磨钢等.,1、不锈钢,能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢。,不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。,根据不锈钢室温下组织的不同,常用的不锈钢可分三种:,马氏体型不锈钢,铁素体型不锈钢,奥氏体型不锈钢,.,33,马氏体型不锈钢,如：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13,不锈钢船用螺旋桨,不锈钢剪刀,含碳为0.1%-0.4%,含铬为12%-13%.主要用于力学性能要求不高,耐蚀性要求较低的零件.如:,.,34,铁素体型不锈钢,这类钢的铬质量分数为17%30%，碳质量分数低于0.15%.主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，例如容器和管道等。,奥氏体型不锈钢,这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低（约0.1%），耐蚀性很好。,如：1Cr17、1Cr17Ti等,如：0Cr18Ni9,1Cr18Ni9等,.,35,2、耐磨钢（就是高锰钢如:ZGMn13）,履带,铁轨分道叉,破碎机颚板,挖掘机斗齿,.,36,4.2铸铁,4.2.1铸铁的成分和性能铸铁含碳量大于2.11%。力学性能较低，但因有游离态的石墨而具备良好的减振性、耐磨性、铸造性、切削加工性等优良性能。,.,37,铸铁的性能,石墨的存在，使铸铁具有铸钢所不具备的性能。,铸铁的优点,良好的铸造性能，如流动性好、收缩小良好的切削加工性能；高的耐磨性；良好的吸振缓冲性能；低的缺口敏感性能。,4.2铸铁,.,38,4.2.2铸铁的石墨化及铸铁的分类,石墨片越圆整、越细小、分布越均匀对基体割裂作用越小。,4.2铸铁,.,39,4.2.2铸铁的石墨化及铸铁的分类,铸铁的石墨化:碳以石墨的形式析出的过程。即铸铁中石墨形成的过程。通常视石墨化过程充分与否，会得到不同基体的铸铁组织。,铸铁的基体通常有：,*铁素体灰口铸铁*铁素体珠光体灰口铸铁*珠光体灰口铸铁,4.2铸铁,.,40,何为石墨？,石墨是游离状态的碳，其强度、硬度、塑性、韧性很低，硬度仅为35HBS，伸长率近于零。,铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨，石墨对基体产生割裂作用。,因此，石墨的存在使铸铁的力学性能下降，其性能比钢低，不能锻造，且石墨的数量越多，越粗大，分布越不均匀，铸铁的力学性能越差。,但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能，如铸造性能、减振性和减摩性等。,.,41,铸铁的石墨化,铸铁组织的类型取决于石墨化的程度。,（1）铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。,石墨化若能充分或大部分进行，则能获得灰口铸铁，反之将得到白口铸铁。,石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨则完全由白口铸铁经长时间退火，由渗碳体分解而得到。,.,42,（2）影响石墨化的因素,冷却速度：缓慢冷却有利于石墨化；,合金元素：C和Si强烈促进，S强烈阻碍，Mn阻碍，P微弱促进。,.,43,1、何为铸铁？,铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。,用于制造机床的床身、床头箱,发动机的汽缸体、机器的底座等，是工程上最常用的金属材料之一。,箱体,启动阀,.,44,2、铸铁分几类？,根据碳在铸铁中存在形式不同，可分三大类：,（1）白口铸铁,（2）灰口铸铁,（3）麻口铸铁,C的存在形式：渗碳体(Fe3C)，断口为白色。,性能硬而脆，难以切削加工。主要用作炼钢原料，高耐磨零件（如轧辊、犁铧等）。,C的存在形式：石墨，断口为灰黑色。,C的存在形式：石墨+渗碳体，断口为黑白色。,灰铸铁是铸造性能最好，应用最广泛的铸铁材料。,性能：脆性大，很少使用。,.,45,根据石墨（G）在铸铁中存在形态，可分为：,普通灰铸铁：石墨呈片状,可锻铸铁：石墨呈团絮状,蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状,球墨铸铁：石墨呈球状,3、灰口铸铁的种类,铸铁,.,46,普通灰铸铁,一、灰铸铁的组织,灰铸铁有铁素体、珠光体、(铁素体+珠光体)+石墨三种基本组织。,F+片状石墨,（F+P）+片状石墨,P+片状石墨,铸铁,.,47,由于石墨片对钢基体产生的割裂作用，破坏了钢基体的连续性、完整性，减少了钢基体的有效面积，使其抗拉强度低于钢、而塑性和韧性近于零，属于脆性材料。灰铸铁具有非常优良的铸造性能。,二、灰铸铁的性能与应用,但其抗压强度与钢相近，因此普通灰铸铁广泛用于作承受压力载荷的零件和结构，如机座、机床床身、轴承等。,叶轮,发动机飞轮,普通灰铸铁,.,48,三、灰铸铁的牌号,HT+三位数字，数字表示最低抗拉强度。,四、灰铸铁的热处理,如：HT150，HT200，HT250,热处理只能改变基体组织，不能改变石墨的形态和分布，对提高性能效果不大。通常对其进行热处理的方法和目的是：,1、消除内应力退火：2、高温退火：消除白口组织3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。,普通灰铸铁,.,49,可锻铸铁,一、生产方法：,先将铸铁浇注成白口铸铁,然后进行高温石墨化退火,使渗碳体分解得到团絮状石墨。,二、可锻铸铁的组织,可锻铸铁有铁素体和珠光体两种基体。,铸铁,.,50,三、可锻铸铁的牌号,四、可锻铸铁的性能及应用,可锻铸铁较高的强度、塑性和冲击韧性，可以部分代替碳钢。可锻铸铁不可锻。,铁素体可锻铸铁以“KT”表示，珠光体可锻铸铁以“KTZ”表示。其后的两组数字表示最低抗拉强度和延伸率。,如：KT350-10、KTZ600-3,可锻铸铁的牌号和机械性能,可锻铸铁,.,51,球墨铸铁,