机械工程材料 第2版 课件 高红霞 第6-8章 碳钢、合金钢、铸铁

《工程材料》第6章碳钢

第6章、碳钢§1、碳钢的分类及牌号一.按平衡组织分（F＋PC＝0.02~0.77％）（P＋Fe3CIIC＝0.77~2.11％）亚共析钢共析钢过共析钢二.按碳量分低碳钢中碳钢高碳钢三.按用途分碳素结构钢碳素工具钢（高碳钢）（过共析钢）普通碳结钢优质碳结钢10、15、20、45（P、S＜0.04）普通碳工钢优质碳工钢（P、S＜0.03T7、T8、T12T7A、T8A、T12A（PC＝0.77％）（C＜0.25％)（C＝0.25~0.6％)（C＞0.6％)（低、中碳钢）（亚共析钢）（P、S＜0.045）（P、S＜0.04）Q215、Q235B、Q255不同牌号的碳钢的鉴别方法：碳钢由于含碳量不同，在砂轮上磨削产生的火花形状不同，由此可鉴别碳钢的牌号。§2

、碳钢的成分与性能的关系一、成分

组织

性能成分:(C%)0.02~0.77%0.77%0.77~2.11%F＋PPP＋Fe3CII

HBWA、KURm二、成分、性能的关系图(平衡状态下）00.20.40.60.81.01.2HBWAKURmC%HBWAKURm组织：性能：0.9§3

、常用碳钢的牌号、成分、组织、性能、应用1515正火4545淬＋高回T8淬＋低回60淬＋中回牌号成分:0.12％CQ195性能:塑性好平衡组织:F＋P热处理要求：退火牌号20成分:0.20％C平衡组织:F＋P性能：塑性较好，有一定强硬度。零件名称：热水器配件零件名称：轴承端盖热处理要求：无§4、碳钢的应用实例：

牌号45成分:0.45％C平衡组织：F＋P性能：综合性好

零件名称：小齿轮热处理要求：淬＋高回（调质）零件名称：小轴热处理要求：淬＋高回（调质）65成分:0.65％C平衡组织：F＋P零件名称：弹簧热处理要求：淬＋中回性能：强硬度较高，弹性。牌号牌号T12成分:1.2％C平衡组织:P＋Fe3CII

热处理要求：淬＋低回性能：硬度高，较脆。零件名称:丝锥板牙牌号T8成分:0.8％C平衡组织：P性能：强硬度高，一定韧性零件名称：模具冲头热处理要求：淬＋低回碳钢的种类及应用10、15、塑性好冲压件20、25一定强度轴套、轴承盖，冲击较大轴轮（渗碳）40、45综合性能较高轴、齿轮T8、T12硬度高低速刀具、模具、量具55、60强硬度较高弹簧热处理组织性能应用低碳钢退火或正火F+P少量强度较低，塑韧性好受力小的零件或冲压件等较低碳钢渗碳、表面淬火+低温回火表面M回，心部F+P少量一定的强度及塑韧性受力较小件，渗碳后用于受冲击较大的轴及齿轮等中碳钢调质S回强度硬度及塑性韧性均较好高强度工件高碳钢球化退火（粗加工前）、淬火+低温回火或表面淬火+低温回火（粗加工后）M回+Fe3C粒硬度高刀具模具量具等本章重点内容碳钢的热处理及其组织、性能、应用《工程材料》第7章合金钢

回顾：碳钢的种类及应用10、15、塑性好冲压件20、25一定强度轴套、轴承盖，冲击较大轴轮（渗碳）40、45综合性能较高轴、齿轮T8、T12硬度高低速刀具、模具、量具55、60强硬度较高弹簧高强度要求工作条件下，碳钢无法满足高强度矿山机械大齿轮一般机床传动齿轮40、45合金钢第7章合金钢

§1、基本理论碳钢←合金元素

Fe+C(<2.11%)+合金元素1.合金元素的种类：

Cr、Ni、Si、Mn、W、B、V、Ti、RE

2.合金元素的量：

1～40%3.合金元素存在状态：

固溶态(Cr、Ni、B等多数元素)

化合态(V、Ti、Cr、Ni等)

游离态(P、S)

VC、TiC、Cr7C3

、(Fe、Cr)3CCrP、S一、合金钢定义二、合金钢成分4.合金元素作用：

提高强度

固溶强化.细晶强化.弥散强化

提高淬透性

提高热硬性

提高特殊性

提高切削加工性

改变相图

除Co外所有元素使“C”右移各种强化、硬化作用耐蚀、耐磨、耐热Ca、S、Pb等扩大A区、缩小A区

碳钢合金钢低合金钢：与同C量碳钢相似40Cr、40钢平衡状态40Cr、40钢调质状态高合金钢：组织复杂（含大量碳化物）

T8组织W18Cr4V组织三、合金钢组织四、合金钢热处理特点加热温度高合金元素阻碍原子扩散，阻碍P—A转化淬火冷却方式不同油冷淬火、分级淬火、等温淬火回火不同回火温度高（合金阻碍M分解）回火次数多，促进A´分解（高速钢三次回火）1、水冷淬火2、油冷淬火3、分级淬火4、等温淬火1234碳钢“C”曲线,合金钢“C”曲线五、合金钢性能合金钢成分合金元素作用1.高强度

2.高淬透性

3.高热硬性

4.高特殊性

Q235Re

＝23516MnRe

＝35040钢水淬Ф15，40Cr油淬Ф25T10<250℃W18Cr4V<560℃耐蚀.1Cr18Ni9耐热.15CrMo<500℃1Cr18Ni9<750℃ZG3Cr26Ni161000℃.温度再高的？耐磨.ZGMn13南京长江大桥正桥长1577米.铁路桥全长6772米，宽19.5米。公路桥全长4589米，宽19.5米。六、合金钢应用高强度件大截面件高速刀具特殊性能件七、合金钢分类结构钢工具钢特殊性能钢低合金高强钢（普低钢）渗碳钢调质钢弹簧钢轴承钢易切钢刀具钢模具钢（热模、冷模）量具钢耐热钢耐蚀钢耐磨钢§2、合金结构钢

成分牌号热处理组织性能应用低合金钢0.1～0.20%C主MnQ345(16Mn)Q390(15MnV)退或正F+P塑性好容器.槽罐冲压件渗碳钢调质钢弹簧钢滚轴承钢易切钢0.20～0.25%C主CrNiMn

20Cr20CrMnTi渗碳+淬+低回

表M回+Fe3C心M回

表硬心强韧冲击大的轴、轮0.25～0.5%C主CrNiSiMn40Cr40CrNiMn调质S回

综合性能高大型.重载轴轮0.5～0.7%C主SiMn65Mn60Si2Mn淬+中回

T回

弹性高弹簧0.9～1.1%C主CrGCr15GCr15Mn球退+淬+低回

M回+Fe3C硬轴承低C→高C加PbSCa

Y12Y40MnT10Pb与C有关切削性能好大批与C有关容器.槽罐汽车变速器齿轮产品名称：连杆产品名称：凸轮轴冲击大的轴、轮大型.重载轴轮各种弹簧各种轴承§3、合金工具钢成分牌号热处理组织性能应用刀具模具量具0.7～1.1%C主Cr9SiCr<350CrWMn<500W18Cr4V<650球退＋淬+低回M回+Fe3C硬、热硬、一定韧性低速

高速>1%C主CrCr12MoVCr12球退＋淬+低回M回+Fe3C高硬冷冲模>1%C主Cr9SiCrCrWMn球退＋淬+低回M回+Fe3C硬量具各种刀具丝锥板牙低速刀具高速铣刀高速刀具深孔钻工作温度高的刀具各种热作模具压铸模具热拉模具锻造模具电机壳底冷冲压模具汽车尾灯座冲压模具冷冲压模具各种量具千分尺游标卡尺圆锥环规塞规塞规冷冲压模具的制造过程材料：Cr12

本章重点内容合金钢与碳钢性能、应用比较16Mn15MnV(10、15)退或正

塑性好

高压容器.大型槽罐重要冲压件(一般容器、冲压件)(20、25)

表硬心强韧冲击大的轴、轮20Cr20CrMnTi渗碳+淬+低回

(冲击较大的轴、轮)40Cr40CrNiMn调质综合性能高大型.重载轴、轮(40、45)(一般轴、轮)65Mn60Si2Mn弹性高高强、大型弹簧淬+中回

(60、65)(一般弹簧)

9SiCrW18Cr4V球退＋淬+低回硬、热硬、一定韧性高速刀具

(T10、T12)(低速刀具)《工程材料》第8章铸铁

第8章铸铁（灰铸铁）§1、基本理论一、铸铁定义生铁熔化、浇注(加Si、Mn）冷却二、铸铁成分Fe+C(2.4～4.0%)＋Si、Mn

、

P、S

C大多以G存在，少量以Fe3C存在

灰铸铁三、铸铁组织用Fe—

G、Fe—Fe3C双重相图分析LL+AFe—

G、Fe—Fe3C双重相图AA+Fe3CA+GF+Fe3CF+GF(A+G)+AF+G冷速慢时P+G冷速快时F+P+G冷速中时即：钢基体＋GFF+P+GP四、铸铁分类灰铸铁(HT)

G片蠕墨铸铁(RUT)

G虫可锻铸铁(KT)

G团球墨铸铁(QT)

G球灰铁(F基）蠕铁(未侵蚀）球铁(F基）可铁(F基）五、铸铁性能与基体有关

F→F+P→P

Rm↑，A↓

与G有关

形状：G片→

G虫→

G条→

G球

Rm↑，A↑

大小：G越小，Rm越高

分布：G越均匀，Rm越高

与钢相比性能特点1、高硬耐磨、减震2、铸造性好3、切削加工性好5、成本低，工艺简单缺点：

Rm

低不可锻导热性差优点：六、铸铁热处理退火：消除白口、去应力表面淬火：高频、火焰、激光七、铸铁应用1、形状复杂件：

2、耐磨件：

机床床身、阀门、泵壳、风机壳、气缸体、缸盖

工作台、机床导轨

3、大批件：皮带轮减速器外壳阀门发动机气缸机床床身机架机床导轨铣床工作台泵皮带轮§2、各种铸铁牌号组织性能生产热处理应用灰铁HT150HT250FF+P+G虫PRm低A低

熔化浇注退火表淬箱体、气缸、工作台蠕铁RuT260RuT340FF+P+G片PRm较高热强热疲劳熔化蠕化浇注退火正火汽缸盖、排气管、压缩机壳可铁KTH330-08KTZ450-06F+G团P+G团Rm较高Rm高熔化浇注退火退火后桥、轮壳（轴、轮）球铁QT450-10QT700-2FF+P+G球PRm高A高熔化球化浇注退火正火调质后桥、轮壳轴、轮减速器外壳阀门发动机气缸机床床身机架汽车发动机气缸体汽车排气管汽车驱动桥汽车轮圈球铁阀体球铁曲轴§3、合金铸铁添加合金元素→高强度、耐热、耐蚀、耐磨高强铸铁加Cr,Ni,Mo等制造曲轴、传动轮等