《工程材料基础》PPT课件

1、工程材料基础工程材料基础主讲教师：潘希德 1（二）编号（二）编号数字化学元素数字数字化学元素数字合金元素平均含量主要合金元素符号平均含碳量工程材料基础工程材料基础主讲教师：潘希德 21、含碳量的标记结构钢：wC10,000工具钢：wC1,000，为了避免与结构钢混淆，又规定wC1.0%时不予以标注，高速钢例外，其wC 1.0%也不标注。特殊性能钢： wC1,000 wC=0.080.1%，标 1 wC=0.030.08%，标 0 wC 0.03%，标 00工程材料基础工程材料基础主讲教师：潘希德 32、合金元素含量的标记wMe %800MPa,b980MPa,10%, 45%, ak50J.c

2、m-2（一）（一） 成分及性能特点成分及性能特点17（二）（二） 典型牌号典型牌号低淬透性合金调质钢低淬透性合金调质钢 40Cr、40MnB中淬透性合金调质钢中淬透性合金调质钢 35CrMo、38CrSi高淬透性合金调质钢高淬透性合金调质钢 38CrMoAl、40CrNiMoA 18四、合金弹簧钢四、合金弹簧钢是用来制造弹簧和是用来制造弹簧和其它弹性零件的钢种。其它弹性零件的钢种。如拖拉机和火车上的板如拖拉机和火车上的板弹簧和螺旋弹簧。弹簧和螺旋弹簧。弹性比功是关键。弹性比功是关键。212eE弹性比功应力 应变 e应力 应变 19 中高碳中高碳wc=0.450.70%，含，含C量量比合金调质钢

3、高，保证高强度和高比合金调质钢高，保证高强度和高的弹性极限。的弹性极限。 加加Si、 Mn、Cr、V、Nb、Mo、W, 以提高钢的淬透性和回火抗力，强以提高钢的淬透性和回火抗力，强化铁素体化铁素体 加加Mo、W、V、Nb，以降低因，以降低因Si的的加入造成的脱加入造成的脱C敏感性敏感性（一）（一） 成分及性能特点成分及性能特点2060Si2Mn含含Si、Mn元素的合金弹簧钢，用于制造元素的合金弹簧钢，用于制造截面尺寸截面尺寸25mm的弹簧，如汽车脱拉机的板的弹簧，如汽车脱拉机的板弹簧弹簧50CrVA含含Cr、V元素的合金弹簧钢，用于截面元素的合金弹簧钢，用于截面30mm并在并在350400工作

4、的重载弹簧，如工作的重载弹簧，如阀门弹簧阀门弹簧（二）典型牌号（二）典型牌号热处理：热处理：淬火+中温回火组织：组织：回火T21五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢 用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱和套圈等钢种。也可以用于制作精密和套圈等钢种。也可以用于制作精密量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油量具、冷冲模、机床丝杠及柴油机油泵的精密件如阀体、柱塞、柱塞套。泵的精密件如阀体、柱塞、柱塞套。 要求具有高的接触疲劳强度，高要求具有高的接触疲劳强度，高而均匀的耐磨性及一定的韧性和耐腐而均匀的耐磨性及一定的韧性和耐腐蚀性能。蚀性能。22高碳高碳wC=0.951.1%传统轴承钢是高传统轴承

5、钢是高C低低Cr钢，可以保证钢，可以保证钢有高的硬度和强度。钢有高的硬度和强度。wCr=0.35%1.95%，提高钢的淬透性，并形成合金渗碳体，使提高钢的淬透性，并形成合金渗碳体，使钢具有高的接触疲劳强度和耐磨性。钢具有高的接触疲劳强度和耐磨性。对于大型轴承用钢加对于大型轴承用钢加Si、Mn、Mo可可进一步提高淬透性、强度和弹性极限。进一步提高淬透性、强度和弹性极限。轴承钢要求纯度高，轴承钢要求纯度高，wS0.020%, wP0.027%（一）成分及性能特点（一）成分及性能特点23 含含Cr轴承钢轴承钢 GCr9、GCr15、GCr9SiMn、 GCr15SiMn无无Cr轴承钢，性能和轴承钢，

6、性能和GCr 15相当相当GMnMoVRe、GSiMoMnV（二）典型牌号（二）典型牌号热处理：热处理：淬火+低温回火组织：组织：回火M24252627六、超高强度钢六、超高强度钢工 程 上 把 抗 拉 强 度 工 程 上 把 抗 拉 强 度 1500MPa以上的钢称为超高强度以上的钢称为超高强度钢。主要用于制造飞机起落架、钢。主要用于制造飞机起落架、机翼大粱，火箭发动机壳体、液机翼大粱，火箭发动机壳体、液体燃料氧化剂储藏箱、炮筒、枪体燃料氧化剂储藏箱、炮筒、枪筒、防弹板等等。筒、防弹板等等。28wC=0.03%0.45%，含，含C范围宽。范围宽。按少量多元的原则加入合金元素：按少量多元的原则

7、加入合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、Mo、V、Nb、Ti、Al Cr、Mn、Ni、Si 钢的淬透性；钢的淬透性；Mo、V、Nb、Ti、Al形成特殊碳形成特殊碳化物使钢产生二次硬化，化物使钢产生二次硬化，V、Nb、Ti 有细化晶粒的作用有细化晶粒的作用（一）成分及性能特点（一）成分及性能特点29低合金超高强度钢低合金超高强度钢 wMe5% 中合金超高强度钢中合金超高强度钢 5 wMe10% 高合金超高强度钢高合金超高强度钢 wMe10%分类分类304.3 合金工具钢合金工具钢 工具钢是用于制造工具钢是用于制造 刃具、模具、量具刃具、模具、量具 的钢种。的钢种。31刃具是用来进行切削加工的刃具是

8、用来进行切削加工的工具，其服役条件是：工具，其服役条件是：摩擦导致严重磨损，伴随高温摩擦导致严重磨损，伴随高温大的切削力导致刃部崩缺大的切削力导致刃部崩缺振动，冲击使刃具发生断裂振动，冲击使刃具发生断裂 一、一、 工具的服役条件工具的服役条件（一）刃具（一）刃具32冷作模具冷作模具室温金属变形的模具室温金属变形的模具热作热作 模具模具热态金属变形的模具热态金属变形的模具可能的失效可能的失效 磨损，刃口钝化，塌陷，沟磨损，刃口钝化，塌陷，沟槽，热疲劳，断裂。槽，热疲劳，断裂。（二）模具（二）模具33磨损磨损碰撞碰撞变形变形（三）量具（三）量具34(1) 高的硬度高的硬度(2) 耐磨损耐磨损(3)

9、 足够的韧性足够的韧性(4) 抗热脆性抗热脆性(5) 耐热疲劳性耐热疲劳性对工具钢的要求对工具钢的要求35二、常用合金工具钢及其热处理二、常用合金工具钢及其热处理合金工具钢合金工具钢高碳低合金高碳低合金工具钢工具钢高碳高合金高碳高合金工具钢工具钢中碳合金中碳合金工具钢工具钢36（一）高碳低合金工具钢（一）高碳低合金工具钢wc=0.85%1.1%, wMe5%加加Si、 Mn、 Cr、W、V等，等， Si、 Mn、 Cr是提高钢的淬透性和回火抗是提高钢的淬透性和回火抗力、固溶强化力、固溶强化M，从而提高强度。，从而提高强度。 W、V是形成特殊化合物，细晶提高韧性。是形成特殊化合物，细晶提高韧性。

10、. 成分及性能特点成分及性能特点379Mn2V、9SiCr、Cr2、CrWMn等等 主要用于制造低速和中速切主要用于制造低速和中速切削刀具，中等负荷的冷变形模具削刀具，中等负荷的冷变形模具及量具及量具2. 典型牌号典型牌号38393. 热处理工艺热处理工艺预先热处理预先热处理球化退火球化退火获得颗粒状碳化物获得颗粒状碳化物改善切削加工性能改善切削加工性能最终热处理最终热处理淬火淬火+低温回火低温回火冷处理和时效处理冷处理和时效处理回火后的组织：回火后的组织：细针状回火细针状回火M+细颗粒状碳化物细颗粒状碳化物+少量残余少量残余A40（二）高碳高合金工具钢（二）高碳高合金工具钢 虽然低碳低合金工

11、具钢的虽然低碳低合金工具钢的淬透性、回火抗力及耐磨性比淬透性、回火抗力及耐磨性比碳素工具钢好，但是回火温度碳素工具钢好，但是回火温度高于高于300时，其硬度变急剧下时，其硬度变急剧下降不能适合高温的要求。降不能适合高温的要求。41wc=0.70%2.3%, wMe10%具有优良的淬硬性、回火具有优良的淬硬性、回火抗力、红硬性和耐磨性抗力、红硬性和耐磨性1. 成分及性能特点成分及性能特点42高速钢高速钢 用于制造高速切削刀用于制造高速切削刀具的钢种有钨系、钼系、钒系等。具的钢种有钨系、钼系、钒系等。高铬钢高铬钢 用于制造承受重载荷、用于制造承受重载荷、形状复杂，要求变形小、耐磨性形状复杂，要求变

12、形小、耐磨性高、红硬性好的模具材料。典型高、红硬性好的模具材料。典型有有Cr12和和Cr12MoV2. 典型分类典型分类43高碳和大量的碳化物形成元素高碳和大量的碳化物形成元素wC = 0.701.5% wCr = 3.84.0%wW = 6.019.0% wMo = 06.0%wV = 1.05.0% 高速钢高速钢a) 成分成分44Cr23C6、 W2C、 Mo2C、 Fe3W3C、Fe3Mo3C、 VC 保证钢的高硬度，高耐磨性，红硬性。保证钢的高硬度，高耐磨性，红硬性。b) 性能性能Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。抗脱碳，抗腐蚀

13、能力。W和和Mo提高钢的淬透性，回火抗力，热硬提高钢的淬透性，回火抗力，热硬性，性， W2C、 Mo2C 可以在可以在500600产生二次硬化。产生二次硬化。45c) 锻造工艺锻造工艺在制造工具前必须进行锻造使粗大在制造工具前必须进行锻造使粗大的碳化物成小颗粒均匀分布以提高的碳化物成小颗粒均匀分布以提高钢的强度，塑性和韧性。钢的强度，塑性和韧性。46d)热处理工艺热处理工艺预先热处理预先热处理球化退火球化退火进一步细化碳化物进一步细化碳化物降低硬度降低硬度改善切削加工性能改善切削加工性能组织为：组织为：S+细粒状碳化物细粒状碳化物最终热处理最终热处理淬火淬火+高温回火高温回火冷处理和时效处理冷

14、处理和时效处理回火后的组织：回火后的组织：细针状回火细针状回火M+细颗粒状碳化物细颗粒状碳化物+少量残余少量残余A47e) 常用高速钢常用高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V248高碳高碳 高铬高铬Cr12 : wC = 2.002.30% wCr = 11.5013.00%Cr12MoV:wC=1.451.70% wCr = 11.0012.50% 高铬钢高铬钢a) 成分成分49可以承受重载荷可以承受重载荷 形状复杂形状复杂 要求变形小要求变形小 耐磨性高耐磨性高 红硬性好红硬性好b) 性能性能Cr提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，提高钢的淬透性，回火抗力，抗氧化，抗脱碳，抗腐蚀能力。抗脱碳，抗腐蚀能力。50c) 制造工艺制造工艺球化退火球化退火锻锻 造造机加工机加工淬火淬火+回火回火热处理工艺热处理工艺1热处理工艺热处理工艺2低温淬火低温淬火低温回火低温回火高温淬火高温淬火高温回火高温回火5152（三）中碳合金工具钢（三）中碳合金工具钢 这类钢主要用来制造热作这类钢主要用来制造热作模具，如热锻模、热挤压模、模具，如热锻模、热挤压模、压铸模。压铸模。53wc=0.350.60%加加Mn、