碳钢及合金钢PPT课件

.,1,3.1碳钢3.2合金钢3.3铸钢与铸铁3.4有色金属及其合金,第3章金属材料,.,2,.,3,重点要求1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；,一般要求.特殊性能钢；.时效处理、热硬性等概念。,.,4,3.1.1碳钢的成分和分类3.1.2碳钢的牌号及用途,3.1碳钢,.,5,3.1.1碳钢的成分和分类,.成分w(C)2.11%Mn、Si固溶强化S热脆P冷脆O、N、H强度、塑性、韧性.分类1）按C含量分低C钢w(C)0.25%中C钢0.25%w(C)0.6%高C钢w(C)0.6%2）按质量分（S、P含量）普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分碳素结构钢、碳素工具钢。,.,6,3.1.2碳钢的牌号及用途,1碳素结构钢2优质碳素结构钢3碳素工具钢,.,7,1碳素结构钢,牌号如Q215B，表示s215MPa（厚度16mm），B级质量。,.,8,用途,钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。,热处理：热轧空冷组织：SF,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,.,9,2优质碳素结构钢,牌号如45钢，含C量为45/10000=0.45%。,(摘自GB/T699-1999),.,10,用途,较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,汽车曲轴,热处理：渗碳、淬火、回火等。,.,11,3碳素工具钢,牌号如T12A钢，含C量为12/1000=1.2%，A表示高级优质，w(S)0.020%，w(P)0.030%。,(摘自GB/T1298-1986),.,12,用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理：淬火+低温回火组织：回火M粒状Fe3C+A,.,13,3.2.1概论3.2.2合金结构钢3.2.3合金工具钢3.2.4特殊性能钢,3.2合金钢,.,14,3.2.1概论,.合金钢的分类（按用途分类）合金结构钢低合金结构钢、渗C钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等。合金工具钢刃具、模具、量具钢。特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢。.合金钢的编号结构钢如60Si2Mn，w(C)=0.6%，w(Si)=2%，w(Mn)1.5%工具钢、特殊性能钢如9SiCr，w(C)=0.9%，w(Si)、w(Cr)均1.5%而CrWMn中，w(C)1.0%专用钢如，滚动轴承钢GCr15，w(C)=1.0%，w(Cr)=1.5%高级优质钢如，20Cr2Ni4A,.,15,3.2.2合金结构钢,1低合金结构钢2渗碳钢3调质钢4弹簧钢5滚动轴承钢,.,16,1低合金结构钢,成分w(C)0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。性能强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,.,17,热处理、组织热轧空冷，SF,高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,.,18,2渗碳钢,成分w(C)=0.10.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。性能渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,.,19,热处理:,组织表层：回火M+碳化物+A；心部：低C的回火M（+T+F）,应用耐磨件20Cr，小轴、活塞销、小齿轮。20CrMnTi，汽车齿轮。18Cr2Ni4WA，如曲轴、连杆。,渗碳淬火低温回火,.,20,3调质钢,成分w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,强化F。性能综合机械性能高,.,21,热处理,组织表层：回火S,应用40Cr，一般尺寸重要零件，如齿轮、主轴。35CrMo，较大截面零件，如曲轴、连杆。40CrNiMo，大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮。,调质，可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。,汽车曲轴,.,22,4弹簧钢,成分中、高碳，w(C)=0.450.70%，Si,Mn为主要元素，提高淬透性和屈强比。性能e、s、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,（摘自GB/T12221985）,.,23,应用：65Mn、60Si2Mn：汽车，拖拉机，机车的板簧和螺旋弹簧。50CrVA：阀门弹簧，高速柴油机气门弹簧。,常用的两类合金弹簧钢：以Si、Mn为主要合金元素：65Mn、60Si2Mn含Cr、V、W等合金元素：50CrVA，适合在350400重载弹簧。热处理：,热轧弹簧：热成型淬火+中温回火喷丸冷轧弹簧：淬火+中温回火冷成型去应力喷丸组织回火T,.,24,5滚动轴承钢,性能高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。成分特点：高碳:保证高硬度、耐磨性和高强度，一般0.951.10含碳量。Cr为基本合金元素:提高淬透性，并形成细小弥散分布的碳化物，提高钢的耐磨性，特别是疲劳强度。加入Si、Mn、V等合金元素:Si、Mn进一步提高淬透性，可制造大型轴承。V部分溶于A中，部分形成VC，可以提高耐磨性并防止过热。高的冶金质量：钢中非金属夹杂和不均匀的碳化物对接触疲劳强度影响很大，一般采用电炉冶炼并真空除气处理，在热处理中必须保证碳化物的弥散分布。,.,25,我国轴承钢分两类：铬轴承钢：GCr15添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢：GMnMoVRE（节约Cr）,（摘自GB/T182542002）,.,26,应用GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。,热处理:,球化退火+淬火+低温回火冷处理，时效（120140,1020h）：稳定尺寸，去应力。组织回火M细碳化物少量A,.,27,1合金刃具钢2合金模具钢3量具用钢,3.2.3合金工具钢,.,28,1合金刃具钢,（）性能要求高硬度机加工刀具HRC60高耐磨性刀具寿命和生产率组织要求硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。高的热硬性（红硬性）高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。足够的韧性以承受冲击载荷,.,29,（）低合金刃具钢,成分w(C)=0.91.5%，合金元素5%。性能HRC60，使用温度200300。,（摘自GB/T12992000）,.,30,热处理球化退火（+机加工）+淬火+低温回火,最终组织回火M+合金碳化物+少量A应用如9SiCr，做板牙、丝锥等。,.,31,（）高速钢,成分特点：高碳，w(C)=0.71.2%，一方面保证能与WCrV等形成足量的碳化物，另一方面还要有一定的碳溶于奥氏体中保证M的硬度；加入Cr、W、Mo、V等合金元素，Cr提高淬透性和抗氧化脱碳，W、Mo保证红硬性，V形成VC，弥散分布，提高硬度和耐磨性；性能：高硬度、耐磨性VC等弥散硬化高热硬性600时HRC62，W2C等提高热硬性。高淬透性尺寸不大时可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。,.,32,热处理,（锻造+）球化退火（+机加工）淬火+回火锻造目的成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。,.,33,淬火，1280增加A、M中合金含量，提高热硬性。,淬火组织（左图）：M+碳化物+A,最终组织（右图）：回火M+粒状碳化物+少量A,回火，560，三次W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除A。,应用高速车刀、钻头、铣刀等。,.,34,2合金模具钢,（）冷模具钢冷冲、冷镦、冷挤压模等。,性能高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力，热处理变形小。,应用小型模具9Mn2V、9SiCr、CrWMn等。大型模具Cr12、Cr12MoV等，热处理变形小。,成分特点：高碳（1.0），保证高硬度和耐磨性；加入Cr、W、Mo、V等合金元素，形成难熔碳化物，提高耐磨性。如Cr12型钢中Cr含量达12，形成M7C3型碳化物，极大的提高耐磨性，且Cr还显著提高钢的淬透性。最终热处理淬火+低温回火最终组织回火M+碳化物+少量A,.,35,（）热模具钢热锻、热挤压、压铸模等。,性能耐热性、热疲劳抗力高。,应用中小型模具5CrMnMo等。大型模具3Cr2W8V等，淬透性好。H13钢（4Cr5MoV1Si）,最终热处理淬火+高温回火最终组织回火T或回火S,.,36,3量具用钢卡尺、千分尺、塞规等,性能高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。,应用简单量具T10A、T12A等。高精度量具GCr15、CrWMn等。,最终热处理淬火+（-70-80）冷处理+低温回火+时效处理时效处理：120130，保温几几十小时，使M、A稳定，消除内应力。最终组织回火M+碳化物+少量A,.,37,1不锈钢2耐热钢3耐磨钢,3.2.4特殊性能钢,.,38,1.不锈钢,钢的抗腐蚀措施形成单相组织。加入Cr，降低两相的电极电位差。加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜。,常用不锈钢F型如1Cr17，化工设备、食品工业。M型如1Cr13用于汽轮机叶片；3Cr13做手术器具及刀具。A型如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业。A-F型如1Cr21Ni5Ti,.,39,成分特点：1.含碳量：耐蚀性要求越高，含碳量应越低。一般C0.1（防止晶间形成碳化物，晶界周围贫铬）2.加入主要耐蚀元素Cr；提高钢基体的电极电位（Cr12），并在氧化介质中极易形成钝化膜。3.加入镍：形成单相奥氏体，显著提高耐蚀性。4.加入钼、铜：提高在非氧化介质中的钝化能力。5.加入钛、铌：优先形成碳化物，防止晶间腐蚀。,.,40,不锈钢的成分、热处理、性能,.,41,奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：1.水韧处理将钢加热至10501150，使碳化物充分溶解，然后水冷，获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。2.稳定化处理固溶处理后，将钢加热至850880，使钢中Cr的碳化物完全溶解，而Ti等的碳化物不完全溶解，然后缓慢冷却，让溶于奥氏体的C与Ti以TiC形式析出，防止晶间腐蚀。（用于含Ti或Nb的钢）3.消除应力退火将钢加热至300350消除冷加工应力，加热至850以上消除焊接残余应力。,.,42,.耐热钢,抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力热强性：热强性是指钢在高温下的强度,用途：锅炉、燃气轮机等,.,43,.耐磨钢ZGMn13,成分特点：高碳，保证硬度和耐磨性（但不超过1.4保证韧性）；高锰，保证完全获得奥氏体组织；一定的硅，改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。热处理：水韧处理加热至10001100，保温使碳化物全部溶解，水冷，在室温下得到单相A组织，硬度低，韧性高。性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。,用途：履带、铁道岔道,.,44,小结,重点要求1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；,一般要求.特殊性能钢；.时效处理、热硬性等概念。,.,45,作业3,P2122week12,Nov162.3)，7)9)，21)3.2)，5),P2122week12,Nov182.4)6)，10)，12)3.1)，3)，4)，6)，7),作业3a,.,46,2.27)除（）、（）外，几乎所有的合金元素都使Ms、Mf点下降，因此淬火后相同C质量分数的合金钢与C钢相比，残余A（）,使钢的硬度（）。,Co,Al,增多,下降,3.26)所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（）,No,28)合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（）,No,.,47,作业2f参考答案P14,5.26)直径为10mm的共析钢小试样加热Ac+30，用图1-3所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。,答：aM+A单液淬火bM+A分级淬火cT+M+A油冷淬火d下B等温淬火eS正火fP完全退火gP等温退火,.,48,作业2f参考答案P15,5.29)说明直径为10mm的45钢试样分别经下列温度加热：700、760、840、1100，保温后在水中冷却得到的室温组织。,答：700F+P760M+F840M1100粗M,33)甲、乙两厂生产同一零件，均选用45钢，硬度要求220250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。,答：甲厂F+S乙厂回火S，韧性较好。,.,49,作业3参考答案P21-22,2.3)20是（）钢，可制造（）。,优质碳素结构,冲压、焊接件,7)T12是（）钢，可制造（）。,碳素工具,锉刀、量规等,8)16Mn是（）钢，可制造（）。,低合金结构,桥梁,9)40Cr是（）钢，可制造（）。,合金调质,车床齿轮,21)20CrMnTi是（）钢，Cr,Mn的主要作用是（）,Ti的主要作用是（），热处理工艺是（）。,合金渗碳,提高淬透性,3.)T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。（）,No,)T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（）,No,细化晶粒,渗碳+淬火+低温回火,.,50,2.4)9SiCr是（）钢，可制造（）。,低合金刃具钢,板牙、丝锥,5)5CrMnMo是（）钢，可制造（）。,热模