金属工艺学第四章工业用钢

1、十五863子课题验收汇报,第四章 工业用钢,十五863子课题验收汇报,一、钢的分类 按化学成分分类 碳素钢和合金钢； 按用途分类 结构钢、工具钢、特殊性能钢； 按质量分类 普通钢、优质钢和高级优质钢。,十五863子课题验收汇报,碳对力学性能的影响,强度、硬度升高， 塑韧性下降。,4.1 碳素钢,一、化学成分对碳钢力学性能的影响,十五863子课题验收汇报,碳钢中的杂质,锰 有益；0.25-0.80% a. 脱氧剂： 降低FeO脆性， b. 脱硫剂： Mn+SMnS(降低S的有害作用) 热加工性能 c.固溶强化，使性能更优。,Si 有益 a. 脱氧脆性 b. 固溶强化,十五863子课题验收汇报,硫

2、 有害,5 O、N、H O 机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素 N 产生兰脆，有害元素 若钢中存在Al、V、Ti兰脆消失强度，硬度提高 H 氢脆、白点，有害元素,十五863子课题验收汇报,碳钢的分类,1碳含量 ：低碳钢C%0.6% 2质量 （S、P杂质含量）： 普碳钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢 3按用途 ：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢,十五863子课题验收汇报,二、碳钢的牌号和用途,1普通碳素结构钢 碳素结构钢分为五类20种， C0.38%（常用C0.25%）,其牌号主要依据钢材的厚度（或直径）不大于16mm的钢的屈服强度数值进行划分，以Q表示，其中表示该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服

3、点（Mpa），然后以钢的质量等级和脱氧方法进行细分，在钢的牌号尾部，可用A、B、C、D表示钢的质量等级。GB700-88。 常用的碳素结构钢为Q235。 其牌号中符号的意义如下： Q代表钢的屈服点字母。 A、B、C、D反映碳素结构钢中有害元素（S、P）含量多少的质量 等级符号，按字母顺序，等级高含S、P量下降。 F、b、Z、TZ表示脱氧方法的符号。其中 F沸腾钢、b半镇静钢、Z镇静钢、TZ特殊镇静钢。,十五863子课题验收汇报,碳素结构钢新旧牌号对照和用途,十五863子课题验收汇报,2优质碳素结构钢,P0.035、S0.035，用于制造较重要的机件。 GB699-88中钢号用平均碳含量的万分数

4、的数字表示。包括低碳钢（08、10、15、20、25、）中碳钢（30、35、40、45、50、55），高碳钢（60、65、70、75）。如：08F （F表沸腾钢），20A（后有“A”表高级优质钢） ，45，15Mn （表含Mn量高） 。 制作各种机器零件，一般进行热处理。 08F 塑性好，冷冲压件 10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。 35，45，40，50 齿轮、轴类 60，65 弹簧,十五863子课题验收汇报,3碳素工具钢,0.651.35C%， 大多属于共析和过共析钢，淬火后有高的硬度（60HRC）和良好的耐磨性。 钢号用T或T， 表示平均碳含量的千分数。对于硫、磷含量更低的高级优质

5、碳素工具钢，则在数后面增加符号A。用以制作刃具、量具、模具。如：T10A （1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢） T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头 T9、T10、T11，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。 T12，T13， 硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。,4铸钢,“ ZG”加平均碳含量万分数表示，如：ZG25 （ 0.25%C）， ZG45 （0.45%C） 形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件。,十五863子课题验收汇报,4.2 低合金钢,合金钢是为改善钢的某些性能，特意加入一种或几种合金元素所炼成的钢。如果钢中的含硅量大于0.5，或

6、者含硅量大于1.0，也属于合金钢。 低合金高强度结构钢，又称低合金钢，是在低碳钢的基础上加入少量合金元素(总质量分数一般5)而得到的，具有较高强度。碳的质量分数一般不超过0.20，以提高韧性、满足焊接和冷塑性成形要求。合金总量较低（3%），加入以Mn为主的合金元素，并加入铌、钛或钒等附加元素。 低合金高强度结构钢的牌号与碳素结构钢相同，即Q表示，后面三位数字表示其最低屈服强度，最后以符号表示其质量等级。,十五863子课题验收汇报,一般供应状态(热轧空冷 )下直接使用,不需热处理 焊接结构可进行一次正火,改善焊区性能。,热处理特点,碳钢和低合金钢焊条,十五863子课题验收汇报,十五863子课题验

7、收汇报,提高强度（达800 MN/m2）： 合金化：加入多种合金元素（Cr、Mn、Mo、Ni、Si、B） 热处理：淬火高温回火（S） 保证韧性与焊接性能： 超低碳化（0.02-0.04C）， 控制轧制5微米超细晶粒 发展专用钢,发展趋势,十五863子课题验收汇报,一、合金钢的编号及用途,4.2 合金钢,质量：优质钢、高级优质钢（A）、特级优质钢（E）。,1合金结构钢 “数字元素符号数字”表示，牌号中起首的两位数字表示钢的平均含碳量的万分数，元素符号及其后的数字表示所含合金元素及其平均含量的百分数。如40Cr，C%=0.4% （1）合金含量用（百分数）表示,如20Cr3MoWVA, 其中C%=0

8、.2%, Cr%=3%, Mo,W,V1.5%. （2）合金元素含量小于1.5% ，则不标含量。 （3）高级优质钢在牌号尾部增加符号“A”。,十五863子课题验收汇报,2. 合金渗碳钢,低C: 0.1%0.25% 加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,B 加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍A晶粒长大和形成提高耐磨性 Ni增加渗层塑、韧性,十五863子课题验收汇报,使用态组织：,表层：M A （HRC60-62） 心部：(ak700kJ/m2) 淬透，低C的M （HRC40-48） 未淬透，TMF(少量) （HRC25-40）,典型钢号及其应用,低淬透性（800-1000MN/m2）: 20Cr冲

9、击载荷小的耐磨件,如小轴,活塞销,小齿轮. 中淬透性（1000-1200MN/m2） : 20CrMnTi有良好的力学性能和工艺性能,适合高速中载有冲击的耐磨件,如汽车、拖拉机重要齿轮,连轴器,十字销头. 高淬透性（1200MN/m2） : 18Cr2Ni4WA重载大截面重要耐磨件,如柴油机曲轴,连杆,十五863子课题验收汇报,3. 合金调质钢,成分特点与合金化原则：,中C：0.25%0.50%，以0.4左右为主 加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B 加入Mo,W消除回火脆,十五863子课题验收汇报,典型钢号及其应用,低淬透性（油淬临界直径30-40mm）: 40Cr,40MnB一般尺

10、寸重要零件,如齿轮,主轴 中淬透性（油淬临界直径40-60mm）: 35CrMo截面尺寸较大零件,如曲轴,连杆. 高淬透性（油淬临界直径60-100mm）: 40CrNiMo大截面重载重要零件,航空发动机轴如汽 轮机主轴和叶轮,热处理特点,油淬+高温回火（调质）,表面淬火; 化学热处理(如氮化) (38CrMoAl氮化钢),表面耐磨,十五863子课题验收汇报,4. 合金弹簧钢,成分特点与合金化原则：,中高C：0.45%0.70% 主加元素Si,Mn：提高淬透性，提高屈强比 辅加元素Cr,W,V：细化晶粒, 耐冲击, 高温强度好 控制杂质：优质（S0.04%, P 0.04% ） 或高级优质（S

11、0.03%, P 0.035% ）,十五863子课题验收汇报,典型钢号及其应用,热处理特点,以Si,Mn合金化：65Mn, 60Si2Mn 用于汽车、拖拉机、机车的板簧和螺旋弹簧 以Cr,V,W合金化：50CrVA 350400以下重载、较大型弹簧 如阀门弹簧、高速柴油机气门弹簧.,大型弹簧：热轧钢丝、钢板热成形法弯曲成型 淬火+中温回火喷丸 小尺寸弹簧：冷成形法 铅浴450-550oC等温冷拔钢丝 冷卷成型去应力退火喷丸 淬火+中温回火冷卷成型去应力退火 冷卷成型淬火+中温回火,十五863子课题验收汇报,5. 滚珠轴承钢,高C：0.95%1.10%，GCr15中含C%1.5% 基本合金元素C

12、r（0.40-1.65）： 提高淬透性; 细化;提高耐磨性和接触疲劳抗力; 辅加元素：Si,Mn提高淬透性; V提高耐磨性,防止过热 纯度要求极高（S0.02%, P0.027%）,性能特点,高接触疲劳强度 高硬度和耐磨性 足够的韧性和淬透性 一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性,用途：滚动轴承的滚动体、内外套圈 精密量具、模具、机床丝杠,十五863子课题验收汇报,典型钢号及其应用,热处理特点,Cr轴承钢：GCr15中小型轴承；冷冲模,量具,丝锥。 添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢： GCr15SiMo,GSiMnMoV制造大型轴承.,正火：消除Cem网 球化退火：便于切削, 使细小均匀,为淬火作准备

13、 淬火：细针M+A 冷处理（-60-80 ）：(精密零件)尺寸稳定 低温回火： M 时效：120140,1020h去应力,稳定尺寸,十五863子课题验收汇报,6合金工具钢刃具钢、模具钢、量具钢，特殊性能钢 “数字元素符号数字”，牌号中起首是一位数字表示平均含碳量的千分数，含碳量超过1%时不标出。合金元素的作用是增加钢的淬透性、耐磨性及红硬性。适于制造形状复杂、尺寸较大、切削速度较高或工作温度较高的工具和模具。如5CrMnMo，C=0.5%,十五863子课题验收汇报,十五863子课题验收汇报,典型钢号及其应用,低合金刃具钢（250-300oC） Si-Cr系:9SiCr如,板牙,丝锥,冷冲模,

14、木工工具,低速切削刃具 Cr-W-Mn系:CrWMn 如拉刀,冲模,样板,量规 高速钢高速切削刃具（ 600oC） W系:W18Cr4V热硬性突出，少热处理脱碳、过热倾向 W-Mo系:W6Mo5Cr4V2热塑性、韧性突出,热处理特点,低合金刃具钢 正火球化退火机加工淬火低温回火 高速钢 锻造（莱氏体碎化）球化退火(预热)淬火(1220-1280oC) 回火(550-570oC，三次),十五863子课题验收汇报,双头钻,高速钢刀具,十五863子课题验收汇报,（2）合金模具钢,性能特点,冷模具钢 高硬度:HRC58-62 高耐磨性 足够韧性与疲劳抗力 热处理变形小 热模具钢 高的热硬性和高温耐磨性

15、 高的抗氧化性 高的热强性 足够高的韧性与热疲劳抗力,用途冷模具、热模具,十五863子课题验收汇报,典型钢号及其应用,冷模具：一般低合金刃具钢 大型Cr12型钢， Cr12MoV 冷挤压模6Cr4Mo3Ni2WV(基体钢)， Ni18Co9Mo5TiAl(马氏体时效钢) 热锻模：韧性高，热硬性不高：5CrMnMo、5CrNiMo 热强度高：3Cr2W8V,热处理特点与使用态组织,冷模具： 低合金刃具钢：正火球化退火淬火低温回火 Cr12型钢：950-1000oC淬火150-180oC低温回火 1100-1150oC淬火510-520oC多次回火 使用态组织： M合金 少量A 热模具： 热锻模：淬火550oC高温回火S-T组织 热压模：淬火600oC多次回火M粒状,十五863子课题验收汇报,7. 特殊性能钢不锈钢,1）抗腐蚀原理,. 金属腐蚀的方法(化学腐蚀、电化学腐蚀) . 金属腐蚀破坏的方式: 均匀腐蚀 晶间腐蚀 点腐蚀 应力腐蚀 腐蚀疲劳,不锈钢带,十五863子课题验收汇报,d.不锈钢的合金化原理： 含C量尽可能低；一般0.1-0.2，刃具和轴承0.85-0.95（同时 Cr