第一章(1.6)工业用钢

1.6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称为钢.按照化学成分分为：碳钢和合金钢两大类。碳钢：指碳含量wc0.60%组织：T回（淬火+中温回火）性能：在淬火+中温回火后，具有较高的和良好弹性也叫弹簧钢。具有较好的耐磨性和中等硬度。用途：主要用于制作弹簧和易磨损的零件。,化学成分：Wc=0.65%-1.35%,牌号：用“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的千倍。,T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。,3、碳素工具钢,组织：M回（淬火+低温回火处理）性能：具有很高的硬度和耐磨性，但淬透性差，热硬性差。用途：用于制作手动和低速切削的工具和要求不高的量具和模具等,4、易切削用钢：,Y20：表示易切削结构钢，其平均含碳量为0.2%。,牌号：在同类结构钢牌号前冠以“Y”，以区别其他结构用钢,用途：主要用在自动机床上加工大批量的零件，如螺钉，螺母等,5、铸钢,ZG230450,牌号：ZG屈服强度抗拉强度H,H（焊）：该钢是焊接结构用碳素铸钢,用途：用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等,合金元素与铁和碳的作用合金元素对Fe-Fe3C相图的影响合金元素对钢的热处理的影响,第二节合金元素在钢中的作用,1、强化铁素体,一、合金元素对钢基本相的影响,合金元素溶于FF晶格畸变固溶强化,2、形成碳化物,Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr,碳化物形成元素（在钢中能形成碳化物的元素）在周期表中都是位于铁元素的左边的过渡族金属元素周期表中,在铁左边离铁愈远，则其与碳的亲和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈稳定,而且不易分解。碳化物越稳定越难溶于A越不易于聚集长大随着碳化物数量的增加，钢的硬度强度提高，塑韧性下降。合金渗碳体如（Fe，Mn)3C、（Fe，Cr)3C等。合金碳化物如Cr7C3、Fe3W3C等。,3、单独形成特殊碳化物,熔点、硬度、耐磨性最高。稳定性最好。WC、MOC、TiC、VC二、合金元素对FeFe3C相图的影响1、扩大奥氏体区：(Mn、C0、Ni)使A1线A3线下降，若含量足够高，可使单相A扩大到常温，即常温下保持稳定的A组织。可获得A钢。2、缩小奥氏体区：（Cr、Mo、Ti、Si、Al）使A1线A3线上升，若含量足够高时，可使钢在高温与常温保持F组织。可获得F钢。3、改变共晶点和共析点的参数：合金元素都使Fe-Fe3C相图的S点、E点左移，即使钢的共析含碳量和A对C的最大固溶度降低。若含量足够高时，可以在WC0.4的钢中产生共析组织，在WC1.0的钢中产生Ld组织。,1、扩大奥氏体区的合金元素,Mn、Ni、Co等元素。,作用:使A1线温度下降,A3线温度下降，可得到奥氏体钢。,Mn元素对奥氏体区的影响,2、缩小奥氏体区的合金元素,Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。,作用:使A1线温度上升,A3线温度上升，可得到铁素体钢。,Cr元素对奥氏体区的影响,3.改变共晶点和共析点参数的元素,几乎所有的合金元素。,作用:使S点和E点的成分向左移，可得到莱氏体钢。,三、合金元素对钢的热处理的影响,加热时对奥氏体形成的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响,1、合金元素对加热时奥氏体形成的影响,除Mn元素外,所有合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。,强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb等)。,非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大(Si、Ni、Cu、Co等)。,2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响,除Co元素外,所有的合金元素均使钢的TTT曲线向右移。,除Co、Al元素外,所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。,提高钢的淬透性,常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。,3.合金元素对回火转变的影响,回火抗力的增加,二次硬化的产生,产生回火脆性,W、Mo、V等碳化物在550时,使钢达到最高硬度,产生二次硬化。,Cr-Ni钢的回火脆性示意图,防止第二类回火脆性的产生的方法:,在500600快速冷却。,加入合金元素W、Mo。,四、合金元素在钢中的作用,1、主加元素:对提高钢的性能起主要作用。Si、Mn、Cr、Ni、B。,2、辅加元素:配合主加元素进一步提高钢的性能,弥补主加元素的不足与缺陷。W、Mo、V、Ti、Nb。,第三节合金钢,合金元素对钢性能的影响,引言,强化铁素体形成合金碳化物细化晶粒提高钢的淬透性提高钢的回火稳定性,1、低合金钢的分类及牌号,1）低合金钢的分类,（1）按主要质量等级分类,普通质量低合金钢,优质低合金钢,特殊质量低合金钢,（2）按主要性能和使用特性分类,分为可焊接的低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢、其他低合金钢等。,一、低合金钢和合金钢的分类及牌号,2）低合金钢的牌号,（1）低合金高强度结构钢表示方法与碳素结构钢相同。例：Q345。,2、合金钢的分类及牌号,1）合金钢的分类,（1）按主要质量等级分类,优质合金钢,特殊质量合金钢,（2）按主要性能和使用特性分类,分为工程结构用合金钢、机械结构用合金钢、轴承钢、工具钢、不锈、耐蚀和耐热钢、特殊物理性能钢等。,我国合金钢的编号是按照合金钢中的含碳量+所含合金元素的种类（元素符号）+含量一般牌号的首部是表示碳的平均质量分数的数字，对于结构钢，以万分数计；对于工具钢以千分数计。,1、合金结构钢,60Si2Mn,09Mn2,2、合金工具钢,9Mn2V,平均含碳量1380MPa的合金结构钢主要用于航空、航天工业特点：具有很高的强度和足够的韧度,四、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。如9SiCr,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,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。如Cr2,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,量具用钢的选用举例,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,五、高速工具钢,高速工具钢是用于制造中、高速切削刀具的高碳合金钢，其碳含量为0.7%1.65%，合金元素含量为10%25%。高速工具钢的住家合金元素为Cr、W、Mo、V等，可形成大量合金碳化物强相，并保证马氏体的高硬度。,使用时应进行专门的热处理，一般为淬火后多次回火，并进行多次锻打成形，以保证很高的硬度和耐磨性、较高的热硬性。高速工具钢广泛用作各种中、高速切削车刀、铣刀、钻头、齿轮刀具和拉刀等。,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,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:,铁素体型不锈钢,这类钢的铬质量