3-3 合金钢.ppt

1、培根说：知识就是力量,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,阿基米德说：“给我一个支点，我将撬动地球。” 老子说：“不识道，不足以成为智者；不用道，不足以驰骋人生”。 王充在论衡中说：人有知识，则有力矣。 孔子说：“学而时习之，不亦说乎” 知行合一 ；理论与实践相结合，,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,李志勇说：,1. 知识不仅给予我们智慧和力量， 而且还是指引我们行动的方向。 2. Wg=Fg*Vg*t ； 3. 大脑和知识相互作用学习； 知识和实际相互作用实践。 4. 大学时期是储能阶段内力（功),20090218,材料学院金工教研室 李志勇,今天课程的安排：,1.回

2、顾上节课的内容 2.第一节 合金钢 3.第二节 铸铁与铸钢 预习前面的内容；实验安排,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,联系金工内容讲,一、追溯求源法 二、逻辑推理法 提问？,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,一、钢中常存杂质元素的影响,钢中基本元素为：Fe 、C；杂质元素主要有：Si、Mn、S、P。 S热脆 P冷脆，是有害元素越少越好，因此衡量钢的质量的主要指标为含S、 P量。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,碳素钢小结：,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,普通碳素结构钢与优质碳素结构钢有何区别,1.普通碳素结构钢只保证机械性能，而优质碳素结

3、构钢不仅保证机械性能，还应保证化学成分。 2. 碳素结构钢：Ws0.050%、 Wp0.045%； 优质碳素结构钢：Wsp0.040%。 3.优质碳素结构钢加工完成后都需要热处理, 调质,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,三、合金钢,为了提高钢的性能，在炼钢时有意识地向钢中加入一些合金元素，这样获得的钢称为合金钢。 问题的提出？ 解决问题方法：杂交理论 钢中常加合金元素有：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Co、B、Re等。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,一、合金元素在钢中的作用,1.对钢基本相的影响 2.对Fe-Fe3C相图的影响 3.对热处理的

4、影响,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,1.、对钢基本相的影响（F、Fe3C）,溶入F、强化铁素体：固溶强化 溶入渗碳体或形成特殊碳化物： 强度、硬度和耐磨性提高，而塑性和冲击韧性下降。 但经热处理，使碳化物呈颗粒状，强度、硬度上升，而冲击韧性不下降。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,图 3-1 合金元素对退火状态铁素体性能的影响a） 对硬度的影响 b）对冲击韧度的影响,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,2、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 对奥氏体相区的影响： 使奥氏体区扩大：如Mn、Ni等，使A1、A3、Acm线下降， 使奥氏体区缩小：如Cr、Mo等

5、，使A1、A3、Acm线上升， 使S点、E点左移：,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,水韧处理（高锰钢）,钢(主要指高锰钢)加热到临界温度以上(加热至1100左右)，使钢中全部碳化物溶解到奥氏体中去，然后，迅速淬入水中，碳化物来不及从奥氏体中析出，保持了均匀的奥氏体状态(硬度不高，但具有良好的塑性和韧性)。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,3、对热处理的影响,（1）对奥氏体化及A晶粒长大的影响 减慢奥氏体化速度：合金碳化物稳定，难溶解 阻碍奥氏体晶粒的长大：除Mn和P外的合金，核增多，晶粒细小。 （2）淬透性提高 除CO以

6、外，使C曲线右移，V临，淬透性提高。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,二、合金钢的牌号 1.编号原则：数字+元素符号+数字 （1）所有的合金元素按含量多少依次排列其符号。若同时含Cr、 Ni，则Cr前 Ni后。 （2）含C量以万分之几表示（取两位数字）写在最前边； （3）合金元素含量1.5%,只标字母，不标量、若1.52.49、2.53.49分别用2、3（四舍五入方法取整数）放在该元素后边。 例如：Wc=0.12%、 Wcr =1.5%、 WNi=3.5% 12Cr2Ni4,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,2.合金工具钢的牌号编号原则特殊,数字+元素符号+数字；第一

7、组数字表示C的平均千分含量，平均Wc1%的不予标出。 例如：9SiCr、平均含C量Wc=0.9%、 Cr12的平均含C量Wc=2.0%-2.3%。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,3.新标准低合金钢牌号表示方法,牌号：与碳素结构钢基本相同。 由代表屈服点的字母、屈服点数值(MPa)等几部分按顺序组成。 “Q” + 屈服点数值 + 代表产品用途的符号 例如：Q345（16Mn） Q420(15MnVN),20090218,材料学院金工教研室 李志勇,常用合金钢 1、低合金钢 合金渗碳钢 2、合金结构钢 合金调质钢 合金弹簧钢 滚动轴承钢 3、合金工具钢 4、不锈钢 5、耐热钢 6、

8、耐磨钢,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,1、低合金钢 （1）化学成分： Wc 0.2%（低）， 合金元素3%（少） 常加合金元素：Mn、Si、V、Ti、Cu、等。 （2）旧牌号表示方法： 数字+元素符号+数字,合金元素的百分含量， 1.5%时不标注 所含的合金元素 碳的平均万分含量,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,新标准低合金钢牌号表示方法： 由代表屈服点的字母、屈服点数值(MPa)等几部分按顺序组成。 例如：Q345（16Mn)表3-5P63,热 处 理：一般在热轧空冷状态下使用 力学性能：高强度、高韧性和良好的焊接性和 较高的抗大气腐蚀性性能,20090218,

9、材料学院金工教研室 李志勇,桥梁、船舶、锅炉、输油输气管道等。,低合金结构钢应用举例,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,武汉长江大桥： 1957.10， Q235， 主跨跨度128m，长1600多米；,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,九江长江大桥： 1993.1， 公路桥 1994.10，铁路桥,Q420，主跨跨度216m (15MnVN),公路桥长4460米 铁路桥长7675米,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,南京长江大桥： 1968.12， Q345， 主跨跨度160m，长6700多米 (16Mn),20090218,材料学院金工教研室 李志勇,2、

10、合金结构钢（在优质碳素结构钢里）,（1）化学成分 ：Wc=0.150.45% 主加合金元素Si、Mn、Cr、Ni等。 附加合金元素：Ti、V、Mo、W、Al等。 （2）牌号表示方法： （3）分类：按热处理方法分为合金渗碳钢和合金调质钢和合金弹簧钢等。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,化学成分：(c）0.10%-0.25 属低碳范围,a）.合金渗碳钢：,指经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。,2、合金结构钢,牌号：数字元素符号数字(元素含量) 例如：20Cr、20CrMnTi等 热处理：渗碳直接淬火低温回火 力学性能：表面强度硬度高、心部韧性好。,20090218,材料学院金工教

11、研室 李志勇,应用举例：承受强烈冲击载荷和耐磨损的机械件。20CrMnTi用于制造汽车拖拉机的变速齿轮、轴等零件。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,化学成分：(c）0.25-0.5 属中碳范围 主加元素为：Mn、Cr、Si、Ni， 辅加元素为V、Mo、Ti、W。,牌号： 例如: 40Cr、40MnB、40MnVB、30CrMnSi、40CrMnMo、 热处理：淬火高温回火 （回火索氏体） 力学性能：综合力学性能良好,b）.合金调质钢：,指经过调质处理后使用的中碳合金结构钢。,2、合金结构钢,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,应用举例：重荷载+冲击作用的一些重要零件。

12、机床主轴、曲轴 。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,牌号： 例如：55Si2Mn、60Si2CrA、50CrVA、30W4Cr2VA等 热处理：淬火中温回火 （回火托氏体） 力学性能：高强度、高屈强比，高的疲劳极限，一定的 塑、韧性，耐热性或耐蚀性。 ,c）.合金弹簧钢：,指用于制造弹簧或其它弹性零件的钢种。,2、合金结构钢,化学成分： (c） 0.45-0.7；,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,应用举例：各种弹簧。例如55Si2Mn 广泛用于汽车、拖拉机上的减振弹簧等。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,d）.滚动轴承钢(专用结构钢),化学成分：(c）

13、0.951.15 高硬度、耐磨性 合金元素：铬（0.4-1.65） 牌号： GCr15 “滚” 含铬1.5 （千分之几）,2、合金结构钢,应用举例：制造滚动轴承内、外套圈和滚动体的专用钢 热处理：正火+球化退火+淬火低温回火,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,化学成分： c0.7（热模具钢除外）， S、P含量0.020.03。 牌号：数字元素符号数字,c1.0%,不标； c1.0%,以千分之几表示； 高速钢不标。,合金百分含量，同合金渗碳钢,用来制造各种加工工具的合金钢,3、合金工具钢,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,热处理：淬火+低温回火 （热作模具钢、高合金工具钢

14、需高温回火）举例：9SiCr： 板牙、丝锥 W18Cr4V：高速钢,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,量 具,刃 具,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,4、特殊性能钢,1）.不锈钢： 概念：在腐蚀介质（水、空气、海水、酸、碱等）中具 有高抗腐蚀性能的钢。,c：1-11千分之几； c0.08，0” c0.03，00”,合金百分含量，同合金渗碳钢,牌号：数字 + 元素符号 + 数字,1Cr17Ni70Cr19Ni19 00Cr19Ni11,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,1）金属有两种基本腐蚀形式： 化学腐蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀：金属与环境介质进 行氧化还

15、原反应所导致的腐蚀。金属原子与介质分子(空气）直接相互作用，金属丢失电子(被氧化)同时介质分子获得 电子(被还原)，金属直接将电子转移给氧化物质。 电化学腐蚀： 金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,2）提高金属耐腐蚀性的措施：,（1） 提高金属的电极电位（接受电子不被腐蚀）； （ 2）在钢中加入一定量（9%）的镍，使钢在室 温下成为单一A组织，避免形成原电池； （ 3）在钢中加入一定量（13%）的铬。Cr的作用一是在金属表面形成一层富铬的氧化物保护模（即金属的钝化），阻止腐蚀介质继续向金属内部侵蚀。

16、,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,化学成分： c 0.10.2；主加Cr和Ni；辅加Ti、Cu等,（1）含碳量低。大多数C=0.10.2%，而且腐 蚀性要求越高，含碳量越低。 特殊：只有制造刃具和滚动轴承的不锈钢 C=0.850.95%，但同时必须提高含Cr量。 （2）铬含量大于13% （3）对腐蚀性要求高的不锈钢，还要加入一定 量的镍。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,不锈钢的分类：,按基体组织不同分为： 铁素体型（F型); 奥氏体型(A型); 奥氏体-铁素体型(F+ A型); 马氏体型等(M型)。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,小常识,冶炼时根据

17、加入的合金元素不同，具有磁性和非磁性 1.如果往钢水里加入铬和镍的量多，炼成的A钢就是磁铁吸不上的不锈钢； 2.如果往钢水里加入铬和少量镍（或不加镍），炼成的钢就是磁铁吸得上的不锈钢，也叫F不锈钢； 3.除了A不锈钢磁铁吸不上外，F、M不锈钢都具有磁性。 4.F不锈钢难以焊接，M不锈钢不能焊接，A不锈钢具有良好的可焊性。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,2）.耐热钢,在高温下-热化学稳定性和热强性的钢。,4、特殊性能钢,用途： 热工动力机械（燃气轮机、锅炉、内燃机）、 化工机械、石油装置和加热炉等高温下工作的构件。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,4、特殊性能钢,3

18、）、耐磨钢（高锰钢） 牌号：ZGMn13 性能：有良好的耐磨性和强度。 用途：坦克履带、挖掘机铲齿。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,4)、高速工具钢 高速工具钢是C=0.71.4%，并含有大量W、Mo、Cr、V等碳化物形成元素的高合金工具钢。例如：W18Cr4V 主要性能特点：具有良好的热硬性。当切削温度高达600左右时，刀具的硬度无明显下降。,20090218,材料学院金工教研室 李志勇,在实际生产中，钢的分类：,钢,非合金钢 （碳素钢）,低合金钢,合金钢,碳素结构钢,优质碳素结构钢,普通碳素结构钢,优质碳素工具钢,高级优质碳素工具钢,碳素工具钢,低合金结构钢