机械工程材料_于永泗_课件_6第六章+工业用钢.ppt

第六章工业用钢、工业用钢根据化学成分分为碳钢和合金钢两种。 碳钢是指碳含量低于2.11%的铁合金。 所谓合金钢，是指为了提高钢的性能，故意在碳钢中加入一定量的合金元素的铁基合金。 第一节钢的分类和编号、第一、钢的分类1、化学成分分类、第二、各质量钢的质量按磷、硫的含量来区分。 分为普通优质钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 按照现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下： 3、各冶炼方法、4、各金相组织、电弧炉炼钢、5、用途、2、钢的编号为中国钢材的编号为汉语拼音文字、化学元素符号和阿拉伯数字组合的方法。 在用中文拼音文字表示钢制品的名称、用途、特性和技术方法的情况下，一般从表示钢制品的名称的汉字的中文拼音中选择第一个文字，常用钢制品的名称、用途、特性和技术方法标记符号(GB/T2212000 )，1、碳钢和低合金高强度钢q最低屈服强度值质量等级符号脱氧方法符号q为表示“屈服强度”的屈服强度值的单从a到e，其p、s含量依次降低，质量提高。 脱氧方法符号：沸腾钢-f； 镇静钢-z； 半镇静钢-b； 特殊镇静钢-tz。 碳结构钢的品牌表示为Q235AF、Q235BZ。 钢板、低合金高强度结构钢为镇静钢或特殊镇静钢，其品牌没有表示脱氧方法的符号。 例如Q345C。 如果需要，低合金高强度结构钢的品种也可以使用两位数的阿拉伯数字(表示平均碳含量的万分之数)和化学元素符号，如16Mn那样依次表示。 *说明：通常屈服强度值小于300MPa时为碳结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。 热连轧板，2，优质碳结构钢牌号用两位数字表示。 这两位数字表示钢平均碳含量的万分之数。 例如，45钢-平均碳含量为万分之45 (即0.45% )的优质碳结构钢。 钢带，*说明：mn含量为0.71.0%时，在两位数字之后附加元素符号“Mn”。 对于沸腾钢和半镇静钢，钢编号后分别加上f和b，如08F、10b。 高级优质钢在钢号后加字母a，例如20A。 钢管、3、合金结构钢和合金弹簧钢的两位数(表示平均碳含量的万分数)合金元素符号该元素的含量数字合金元素的平均含量小于1.50%时，仅显示元素符号，不显示含量，合金元素的平均含量为1.502.49%、2.503.49%、3.504.49% 例如20CrNi3。 高级高品质钢在品牌之后加a，例如60Si2MnA。 特级优质钢在号码后加e，例如30CrMnSiE。 不锈钢管板式换热器，所有合金钢的合金元素量相同，4、工具钢t的数字t表示“碳工具钢”，数字表示平均碳含量的千分之数。 如t8，平均碳含量为千分之0.8%C )。 *说明：碳工具钢均为优质以上的质量。 高级高品质钢在T8A这样的钢号之后加“a”。攻丝、锉、合金工具钢的碳含量合金元素符号的含量碳含量小于1.00%的情况下，碳含量用一位数字表示，该位数字表示平均碳含量的千分之数，例如8MnSi。 碳含量超过1.00%时，不表示碳含量。 *高速钢不含有像w6mo5cr4v2(含0.85 % c )那样的碳量。 *铬含量小于1%时，像Cr06一样在铬含量(千分之一单位)前加数字“0”。 立铣刀、5、轴承钢G Cr铬含量(不含碳量)“g”是指“滚动轴承钢”。 *铬的含量为千分之一单位。 “GCr15”这样的平均铬含量是1.5%。 渗碳轴承钢品牌的表示方法与合金结构钢相同，只在品牌头部加“g”。 6、不锈钢和耐热钢的碳含量合金元素符号该元素的含量碳含量是千分之一。碳含量表示方法是平均碳含量1.00%时，用11Cr17 (平均碳含量为1.10% )这样的二位数字表示，涡轮叶片、平均碳含量为1.0%以上0.1%以下时，用一位数字表示，例如，2Cr13 (平均碳含量为0.20% )， 在0.1%碳含量的上限为0.03%的情况下，用“0”表示，例如，0Cr18Ni9(碳含量的上限为0.08% )、0.03%碳含量的上限为0.01%的情况下(超低碳)，用“03”表示，如03Cr19Ni10 (碳含量上限为0.03 % )那样碳涡轮叶片、*珠光体耐热钢的碳含量标记为同结构钢。 例如，15CrMo注：旧标准碳含量在碳含量0.08%时用“0”，例如0Cr18 .碳含量0.03%时用“00”，例如00Cr18Ni10 .7、铸钢ZG这两位数的数字ZG用“铸钢”表示强化铁素体消除硫的有害作用。 另一方面，杂质元素对性能的影响，钢中的杂质一般指Mn、Si、p、s。 是从原料带入或脱氧后残留的元素。 强化铁氧体提高钢水的流动性。 3、s :有害元素。 大多以FeS的形式存在。 容易在Fe和晶界形成低熔点共晶(985)，在热加工时(11501200)会因熔化而产生裂纹，将热脆性.钢中的硫抑制在0.045%以下、2、Si:0.5%是杂质，是有益的元素。 作用：合金晶界的低熔点硫化物共晶，Mn能消除硫的有害作用，FeS MnFe MnS、MnS的熔点高(1600)。 4、p :也是有害元素。 完全溶入铁氧体，提高钢在常温下的硬度，急剧降低塑性、韧性，称为冷脆性。 p一般在0.045%以下，5，气体元素N :在室温下n在铁氧体中的溶解度低，钢中过饱和n在常温放置中以FeN、Fe4N的形式析出，使钢变脆，称为时效脆化。 加入Ti、v、Al等元素后n被固定，时效倾向消失。 O :氧在钢中以氧化物的形式存在，与基质的结合力弱，不易变形，容易成为疲劳裂纹源。 H :常温下氢在钢中的溶解度也低。 氢在钢中以原子状态溶解的话，韧性降低，引起氢脆性。 氢因缺陷而分子状析出时，会产生高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，被称为白点或裂纹。 对钢中基本相的影响1、溶于铁素体、起固溶强化作用的非碳化物形成元素和过剩的碳化物形成元素溶于铁素体，形成合金铁素体. Si、Mn的强度、硬度的提高显着。 Cr、Ni在适度的范围内提高韧性。 二、合金元素在钢中的作用，影响铁素体冲击韧性，二、形成碳化物，强化相的合金元素和碳的亲和力按从大到小的顺序为Ti、Zr、Nb、v、w、Mo、Cr、Mn、Fe。 Ti、Nb、v是强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，TiC、VC等。 钢中的碳化物，w、Mo、Cr是中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，例如W2C等。 Mn、Fe是弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性低，例如Fe3C等。 对Fe-Fe3C相图的影响1、对奥氏体相域的影响Ni、Mn、Co、c、n等是扩大奥氏体相域的元素，使A1、A3点下降，使A4点上升。 在Mn13%或Ni9%的情况下，s点为0以下，在室温下称为单相奥氏体组织、奥氏体钢。 锰对奥氏体相域的影响cr、Mo、Si、Ti、w、Al等是缩小奥氏体相域的元素，使A1、A3点上升，使A4点下降。 在Cr13%的情况下，奥氏体相域消失，在室温下单相铁素体组织、铁素体钢、铬对奥氏体相域的影响、影响2、e点和s点的位置的所有合金元素使e点和s点向左偏移，即，这两点的碳含量降低，碳含量比较低对钢中相变过程的影响1、对奥氏体化的影响对奥氏体形成速度的影响：延迟除Ni、Co以外的奥氏体化过程。 对奥氏体晶粒生长倾向的影响：碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒生长。 PS、PS促进生长。 2、对过冷却奥氏体相变的影响对c曲线和淬火性的影响：除了Co以外，溶入奥氏体的合金元素都使c曲线向右偏移，提高淬火性。 提高淬火性的元素经常使用Mn、Si、Cr、Ni、b。 对ms、Mf点的影响：除了Co、Al以外的所有元素都使ms、Mf点下降。 合金元素对钢淬火性的影响，淬火碳钢回火时的硬度变化，3，对回火相变的影响耐回火性的提高：淬火钢在回火过程中抵抗硬度降低的能力称为耐回火性。 合金元素阻碍马氏体的分解和碳化物的析出和凝聚。 回火硬度相同时，合金钢的回火温度比碳含量的碳钢高。 在相同温度下回火，合金钢的硬度比碳钢高。 含有二次硬化高度w、Mo、Cr、v钢的淬火后发生回火时，微细分散的特殊碳化物析出，回火冷却时a变化为m次，因此不仅硬度不降低，而且上升的现象称为二次硬化。 通过在第二类回火脆性中加入w、Mo，可以防止第二类回火脆性。 对高速钢、第三节结构钢和结构钢的性能要求，使用性能以韧性为主。 工艺性能以可焊接性、淬火性为主。 合金结构钢除少量中高合金钢外均为低合金钢，铜陵长江公路桥，1，成分： 0.4%C，p、s量及非金属夹杂较多. 2，性能：焊接性、塑性好。 3、热处理：不进行特别的热处理，在热轧空冷中使用。 4、使用状态的组织： F P，一，碳结构钢，5，用途经常用于热轧板、带、棒和型钢，使用量约占钢材总量的70%。 用于建筑结构，适用于焊接、铆接、销接合等。 1、性能要求高强度和充分的韧性。 良好的焊接性能。 良好的耐腐蚀性和低韧性脆性转变温度。 2、成分的特征低碳：0.2%C.合金元素：主要是Mn，还有少量的v、Ti、Nb等。 二、低合金高强度结构钢，3、热处理：几乎在热轧空冷后使用。 少数可以进行正火高温回火处理。 4、使用状态下的组织： F P、低合金高强度钢合金元素的晶粒细化作用，Mn的作用是增强铁素体，增加珠光体的量。 V、Ti、Nb等起到晶粒微细化和分散强化的作用。 如果另外添加Cu、p，则耐腐蚀性提高，如果添加RE，则可以提高韧性、疲劳限度，降低冷脆转变温度。 5、用途： Q345钢(16Mn )综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 Q390钢含有v、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。 Q460钢含有Mo、b，正火组织为贝氏体，强度高，用于石化中温高压容器.南京长江大桥，制造渗碳部件钢种。 1、性能要求表面具有高硬度、高耐磨损性，心部具有足够的韧性和强度。 淬火性和渗碳能力等良好的热处理性能。 三、渗碳钢、二、成分特征低碳： 0.10.25%C合金元素的作用：提高淬火性： Cr、Mn、Ni、B铁氧体： Cr、Mn、Ni晶粒： w、Mo、Ti、v微细化，渗碳淬火后的表层组织、三、热处理的特性淬火温度一般为Ac1 30-50。 4、使用状态下的组织中心部： m次f表层： m次颗粒状碳化物a(少量)、5、常用钢号和用途低淬火性钢： 20，20cr。 用于柴油机的活塞销、凸轮轴等力弱的耐磨材料。 中淬火性钢： 20CrMnTi。 变速器齿轮等中荷用的耐磨材料。 高淬火性钢： 18Cr2Ni4WA .用于柴油机曲轴之类的大负荷的耐磨材料。 调质材料(螺杆)、调质后使用的钢种。 1、性能要求良好的综合力学性能.良好的淬火性。四、调质钢、2、成分的特征碳： 0.30.5%C合金元素的作用：淬火性：Mn，Si、Cr、Ni、b的提高铁氧体：Mn，Si、Cr、Ni的强化晶粒：Ti，v的微细化第二种回火脆性：W 热处理和组织的特征调质材料的加工过程为：下材锻造退火粗加工调质精加工组装调质的目的：能得到良好的综合力学性能的使用状态下的组织为： s次，提高表面的耐磨损性，因此调质后可以进行表面淬火和氮化。 用于回火索氏体、调质处理厂、柴油机凸轮轴、4、常用钢号和用途低淬火性钢： D0油60mm、常用40CrNiMo、曲柄轴等大截面重载部件的制造。 制造弹簧等性能零件的钢种。 1 .性能要求弹簧是通过弹性变形储能、缓和冲击的部件。 高度s、s/b； 高-1充分的韧性高淬火性。 五、弹簧钢、2、成分的特征中高碳：碳弹簧钢为0.60.9%C合金弹簧钢为0.450.7%C合金元素的作用：提高淬火性，提高铁素体： Mn、Si、Crs/b:si晶粒： v、3，热处理和组织的特征冷用于10mm )、4、弹簧的表面质量弹簧的表面质量对寿命影响很大。 提高表面质量的方法：防止表面脱碳避免表面缺陷进行喷射处理，使表面产生压缩应力。 板簧喷丸硬化的对象，5，常用钢编号和用途Si，Mn弹簧钢，例如65Mn、60Si2Mn，用于制造大截面弹簧。 Cr、v弹簧钢，例如50CrV，用于大断面、大负荷、耐热的弹簧。 负荷(频率数万次/分)和摩擦。 高度均匀的硬度和耐磨性。 高度b和接触疲劳强度。 充分的韧性、淬火性和耐腐蚀性、六、滚动轴承钢是用于制造轴承套筒和滚动体的专用钢种。 1、性能要求轴承工作时，以接触应力(达到30003500MPa )、周期性交变、2、成分的特征高碳：0.951.10%C合金元素： Cr为主，加入Mn、Si。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬火性，Cr还能提高耐磨性(合金渗碳体的形成)和耐腐蚀性。 1.65%Cr时，由于a增加，硬度和稳定性下降。 3、热处理和组织特征滚动轴承钢为过共析钢。 热处理：球状化退火、低温回火组织：m次颗粒状碳化物a (少量)淬火后进行冷加工(-60-80)，则a、稳定尺寸.轴承生产现场，4、常用钢编号和用途最广泛使用的是GCr15，大规模到大规模的轴承用GCr15 这种钢也可用于模具、测定器等的制造，所谓向心球轴承，是指在冲击负荷下冲击硬化的高锰钢。 ZGMn13钢编号只有一个. 1、成分的特征高碳： 1.01.3%C而维持了高耐磨性。 高锰： 1