第五章-工业用钢PPT课件

.,1,第五章工业用钢,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wc2.11%的铁碳合金。合金钢：指为改善钢的组织、性能，在冶炼时特意加入合金元素的钢。,.,2,一、碳钢中的长存杂质元素及其作用,碳钢中除铁以外的主要元素是碳，其它长存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等，还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气体元素。,第一节概述,.,3,1、有益元素锰能溶于F，使F强化，也能溶于渗碳体，提高其硬度；能增加并细化P，从而提高钢的强度和硬度；可与S形成MnS，以消除硫的有害作用。一般钢中WMn合金渗碳体Fe3C,.,9,当合金元素溶入-Fe之后，相（合金元素溶于-Fe中形成的固溶体）所在的温度范围会改变。在纯铁中，-Fe的存在温度范围是13949120C之间。而溶入合金元素以后，相区的温度范围就会扩大(A3下降，A4上升）或缩小(A3上升，A4下降）,故相应地使FeFe3C相图中的相区也就扩大或缩小。,2、合金元素对FeFe3C相图的影响,.,10,(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E、S点左下移。,Mn元素对奥氏体区的影响,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组织可获得奥氏体:1Cr18Ni9,.,11,(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E、S点左上移若含量足够高时，可使钢在高温与常温保持F组织。可获得铁素体钢1Cr17,Cr元素对奥氏体区的影响,.,12,(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,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。由于S点左移，在退火状态合金钢中珠光体的相对量较相同含碳量的碳钢为多，因此钢的强度也较高。,.,13,因此，对于含有强碳化物形成元素的合金钢，即使采用较高淬火温度和较长的保温时间，钢的晶粒也不会粗大。但对于锰钢来说，由于其奥氏体晶粒易于长大在淬火时应严格控制加热规范。,3、合金元素对钢相变过程的影响,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。,(1)、合金元素对加热时奥氏体形成的影响,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)。,.,14,(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C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。,由于合金钢具有较高的淬透性，所以合金钢淬火通常是油淬。,提高钢的淬透性,常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。,.,15,(3)合金元素对回火转变的影响,1)提高回火稳定性有V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co等合金元素,回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗软化的能力。,合金元素可使回火各阶段的转变速度大大减慢，转变温度明显提高，从而提高了钢的回火稳定性。,因此，在含碳量相同的条件下，要得到同一硬度和强度时，则合金钢的回火温度要高，保温时间要长，这对消除残余应力、提高韧性、稳定组织都是非常有利的。,.,16,W、Mo、V等碳化物在550600时,使钢达到最高硬度,产生二次硬化。,2)产生二次硬化,二次硬化是指钢在二次或多次回火后硬度提高的现象,这种二次硬化现象在工具钢中是很有意义的。,.,17,3)引起回火脆性第二类回火脆性是指含有Cr、Mn、Cr-Ni等元素的合金钢淬火后，在脆化温度区（4005000C）回火，或经更高温度回火后缓慢冷却，通过脆化温度区所产生的脆性。,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,.,18,三、钢的分类和编号原则,（一）钢的分类1、按化学成分分类:有碳素钢与合金钢两大类；,按合金元素总含量分：（1）低合金钢(含量5)（2）中合金钢（含量510）；（3）高合金钢（含量10）。,按碳的含量分类：（1）低碳钢wc0.25%（2）中碳钢wc=0.25%0.6%（3）高碳钢wc0.60%,.,19,2、按质量分类：（1）普通钢钢中S0.050%，P0.045%（2）优质钢钢中S0.035%，P0.035%（3）高级优质钢S0.030%，P0.030%（4）特级优质钢S0.015%，P0.025%,3、按用途分类（1）结构钢主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种机械零件（如齿轮、轴、螺柱、弹簧等）（2）工具钢主要用于各类刀具、量具和模具，如丝锥、扳牙、刮刀、锯条、冲模等。（3）特殊性能钢具有特殊的物理或化学性能，包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。如锅炉钢、船用钢、易切钢等。,.,20,4、按钢液脱氧程度分类（1）沸腾钢（F）沸腾钢脱氧不完全，组织不致密，成分不均匀，性能较差。（2）镇静钢（Z）镇静钢脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。优质钢和高级优质钢多为镇静钢，通常不再标注镇静钢代号。（3）半镇静钢（b）半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。,.,21,（二）、钢的编号原则,1、碳素钢的编号原则：,牌号：Q+屈服点数值+质量等级符号+脱氧方法符号质量等级：用A、B、C、D、E表示硫磷含量不同。脱氧方法：F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢（Z、TZ可省略）。,例：,Q235AF,代表屈服点S=235MPa，质量为A级的沸腾碳素结构钢,（1）碳素结构钢：,.,22,（2）优质碳素结构钢：,牌号：两位数字表示（数字表示含碳量万倍）,如40,表示钢中平均含碳量为0.40%。,*若钢中锰的含量较高（WMn的含量为0.70%1.20%）时，在数字后面附化学元素符号Mn,如65Mn,表示钢中平均含碳量为0.65%，Mn的含量为0.70%1.00%的优质碳素结构钢。,符号如果是F则表示是沸腾钢。例：08F15F,.,23,牌号：用T+两位数字表示（数字表示钢中平均含碳量的千倍）,如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,*若钢中锰的含量较高（WMn的含量为0.40%0.60%）时，在数字后面附化学元素符号Mn,*若为高级优质钢时，在数字后面加A,如T8MnA：表示碳的平均含碳量为0.8%,Mn的含量为0.40%0.6%的高级优质碳素工具钢。,.,24,（4）铸造碳钢（铸钢）,如ZG230450,牌号：ZG屈服强度抗拉强度H（单位MPa),*加H（焊）：该钢是焊接结构用碳素铸钢,表示屈服强度S230MPa，抗拉强度b400MPa的铸钢。,.,25,2、合金钢的编号方法,（1）低合金高强度钢表示方法与碳素结构钢相同。例：Q345表示屈服点S345Mpa、质量等级A的低合金高强度结构钢。,.,26,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0.60%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。,.,32,三、低合金高强度结构钢,1、成分：0.10.2%C，合金元素23%主加元素：Mn固溶强化辅加元素：Ti,Cr,Nb弥散强化,2、性能：较高的s，良好的塑性韧性,焊接性，抗蚀性，冷弯性能。,3、牌号：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460,4、使用状态：热轧或正火（F+P少量）,5、用途：工程结构桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器,.,33,四、合金结构钢,金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入合金元素（如Cr、Mn、Si、Ni、B等）形成的。主要用于制造承受较大的交变应力和冲击负荷重要机械零件，如传动齿轮、汽车半轴、高速度重载的机床主轴和内燃机曲轴等。对钢材的性能要求主要要求是良好的综合力学性能和高的淬透性。,.,34,1、合金渗碳钢,(1)成分：0.10.25%C低碳量主加元素：Cr,Ni,Mn,B淬透性（心部得M板条）辅加元素：W,Mo,V,Ti细化晶粒（VC,TiC,耐磨性）,（2）性能：表面高的硬度、耐磨性心部强而韧,（）最终热处理：渗碳+淬火+低温回火组织：表层：高碳回火M+Fe3C或碳化物+残A（少量）心部：淬透：低碳回火M未淬透：F+P,（）用途：受冲击和强烈磨损、摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）,.,35,合金渗碳钢应用举例：,（5）常用钢号：20Cr20CrMnTi18Cr2Ni4W淬透性：低中高适用：小齿轮汽车变速齿轮飞机齿轮,.,36,2、合金调质钢,(1)成分：0.250.5%C中碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,Si淬透性，强化基体辅加元素：W,Mo,V,Ti细化晶粒,回火稳定性,（2）性能：良好的综合机械性能,（）热处理：预备：正火S改善组织，消除锻造应力，便于切削加工最终：调质回火S获得良好的综合机械性能表面要求高硬度,耐磨,-1，表面淬火+低温回火(回火M）,（）用途：受复合应力的重要结构件如汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件（齿轮、连杆、机床主轴）,.,37,合金调质钢应用举例,（5）常用钢号：45，40Cr30CrMnSi40CrMnMo淬透性：低中高适用：截面尺寸小截面尺寸较大受重负荷、大截面尺寸,.,38,五、合金弹簧钢,(1)成分：0.450.7%C（碳钢0.60.9%C）保证e主加元素：Mn,Si,Cr淬透性，强化基体,回火稳定性,（2）性能：高的e、b、-1，一定的塑韧性,（）热处理：热成型弹簧（尺寸大，60Si2Mn）：加热成型淬火+中温回火喷丸（回火T）3850HRC冷成型弹簧（尺寸小，65Mn）：冷拉钢丝冷绕成型去内应力退火（200300）,.,39,（5）常用钢号：65，65Mn60Si2Mn50CrVA锰钢硅锰钢铬钒钢适用：15mm的弹簧25mm的弹簧35mm的弹簧如:机车弹簧汽车弹簧高速柴油机弹簧,（）用途：弹性元件,.,40,六、易切削用钢：,（2）牌号：在同类结构钢牌号前冠以“Y”如Y20：表示易切削结构钢，其平均含碳量为0.2%。,（5）用途：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件如螺钉，螺母等,(1)成分：0.080.5%C主加元素：S,P,Pb,Ca改善切削加工性,（3）性能：良好的切削加工性（170240HBS，塑性低）,（4）热处理：一般不进行热处理，而是经冷墩、冷扎等冷压力加工和切削加工制成零件。,.,41,七、滚动轴承钢,(1)成分：0.951.15%C硬、耐磨主加元素：Cr（含量为0.40%-1.65%）淬透性，耐磨辅加元素：Si，Mn有害元素S，P含量很低0.25%5.20CrMnTi是应用最广泛的合金调质钢。,.,61,6.由于45钢的品质优于Q235钢，故中碳钢的品质优于低碳钢。7.由于T13钢中的含碳量比T8钢高，故前者的强度比后者高。8.Q235A是指屈服点值为235Mpa，质量等级为A的碳素结构钢。9.55钢和T10钢都属于优质碳素结构钢。10.硫是钢中有害元素，主要是由于硫使钢出现冷脆现象。11.磷是钢中有害元素，主要是由于磷在高温时会使钢出现冷脆现象,.,62,（二）选择题1.钢中的_元素引起钢的热脆，钢中的_元素引进钢的冷脆。A.MnB.SC.SiD.P2.不太重要的机械零件及建筑结构中的工字钢、槽钢、钢筋等选用_A.Q235B.Q195C.Q295D.Q255E.08F3.机床齿轮、轴、汽车半轴，常选用_.A.40CrB.45C.35CrMoAl4.沙发中的弹簧选用_A.60Si2MnB.60C.50CrVA5.大多数合金元素都能溶于铁素体，产生固溶强化，使铁素体_A.强度、硬度提高B.塑性下降C.韧性下降,.,63,6.采用20Cr制造的活塞销，需经_处理A.调质B.渗碳C.淬火+回火7.弹簧钢的热处理采用_A.淬火+低温回火B.调质处理C.淬火+中温回火8.冷作模具钢的最终热处理一般为_调质B.球化退火C.淬火+低温回火9.为减小铸件的变形，防止开裂，大型铸件在切削加工前应进行（）。A.软化退火B.时效处理C.正火10.钳工工具锉刀宜选（）钢制造，木工凿子宜选（）钢制造。A.T8B.T10AC.T12D.Q235