《工程材料》课件：09-第三章.ppsx

1、本次课内容本次课内容第第3 3章章 金属材料金属材料3.1 3.1 碳钢碳钢1 1、碳钢的成分和分类、碳钢的成分和分类2 2、碳钢的牌号及用途、碳钢的牌号及用途1、碳素结构钢、碳素结构钢2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢3 3、碳素工具钢、碳素工具钢3.2 3.2 合金钢合金钢1 1、合金钢的分类和编号、合金钢的分类和编号2 2、合金钢结构钢、合金钢结构钢1、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢2、合金渗碳钢、合金渗碳钢3 3、合金调质钢、合金调质钢4 4、非调质机械结构钢、非调质机械结构钢5 5、合金、合金弹簧钢弹簧钢6 6、滚动轴承、滚动轴承钢钢金属材料的分类、牌号、成分、组织、性能、用

2、途、热处理金属材料的分类、牌号、成分、组织、性能、用途、热处理第第3 3章章 金属材料金属材料金金属属材材料料黑黑色色金金属属碳钢碳钢合金钢合金钢铸钢铸钢铸铁铸铁铝及铝合金铝及铝合金铜及铜合金铜及铜合金钛及钛合金钛及钛合金轴承合金轴承合金有有色色金金属属Fe-Fe3C相图相图Al-Me相图相图LL+3.1 3.1 碳钢碳钢3.1.1 碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢普通碳素钢普通碳素钢优质碳素钢优质碳素钢高级优质碳素钢高级优质碳素钢碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢优优质质碳碳素素结结构构钢钢高高级级优优质质碳碳素素工工具具钢钢C含量含量S、P含量含量

3、用途用途成成分分分分类类热脆：热脆：S生成生成FeS,其与其与Fe形成形成985的的低熔低熔点共晶体存在于晶界点共晶体存在于晶界上，在热加工时，会上，在热加工时，会导致钢的开裂。导致钢的开裂。冷脆：冷脆：P生成生成Fe3P, 在在100 以下以下使使钢的塑钢的塑性和韧性急剧下降性和韧性急剧下降。注意注意高碳钢高碳钢和和高碳马氏体高碳马氏体含碳量含碳量的区别的区别!3.1 3.1 碳钢碳钢GB/T 700-2006 GB/T 700-2006 碳素结构钢碳素结构钢( Carbon structural steels)( Carbon structural steels) 牌号牌号等等级级化学成分

4、化学成分(质量分数质量分数) /%，不大于，不大于机械性能（厚机械性能（厚）用途用途热处理热处理CMnSiSPs(16mm ) (40mm )Q1950.120.0400.03519533轧制成轧制成钢筋、钢筋、钢板、钢管钢板、钢管等，用于桥等，用于桥梁、建筑物梁、建筑物等构件或螺等构件或螺钉、铆钉等钉、铆钉等一般情况一般情况下不再进下不再进行热处理行热处理但对某但对某些些零件，可零件，可以进行正以进行正火、调质、火、调质、渗碳等处渗碳等处理，以提理，以提高其使用高其使用性能。性能。Q215A0.150.0500.04521531B0.045Q235A0.220.0500.04523526B0

5、.200.045C0.170.0400.040可用于重要可用于重要的焊接件的焊接件D0.170.0350.035Q275A0.240.0500.04527522轧制成轧制成型钢、型钢、钢板钢板作构件作构件B0.210.0450.045C0.220.0400.040D0.200.0350.0353.1.2 碳钢的牌号和用途碳钢的牌号和用途1、碳素结构钢碳素结构钢 Q235-AFFbTZZ质量等级：质量等级：A、B、C、D，质量，质量依次提高。依次提高。2006版版标准取消了标准取消了Q255牌号牌号。3.1 3.1 碳钢碳钢GB/T 699-1999 GB/T 699-1999 优质优质碳素结构

6、钢碳素结构钢( Quality carbon structural steels)( Quality carbon structural steels) 牌号牌号化学成分，化学成分，%机械性能与用途机械性能与用途热处热处理理CMnSiSPCr08F0.050.11 0.035 0.035塑性好塑性好, 冷冲压件冷冲压件,如搪瓷盆如搪瓷盆一般一般情况情况下都下都要进要进行热行热处理，处理，常用常用正火、正火、(淬火淬火+回火回火)100.070.13冷冲压性与焊接性能良好，冷冲压性与焊接性能良好，作作冲压件冲压件及及焊接件焊接件，经过渗，经过渗碳等热处理也可以制造轴、碳等热处理也可以制造轴、销等

7、零件销等零件20/20Mn0.170.2335/35Mn0.320.39热处理后，可获得良好热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来的综合机械性能，用来制造制造齿轮、轴类、套筒齿轮、轴类、套筒等零件等零件40/40Mn0.370.4445/45Mn0.420.5050/50Mn0.470.5560/60Mn0.570.65主要用来制造主要用来制造弹簧件弹簧件65/65Mn0.620.703.1.2 碳钢的牌号和用途碳钢的牌号和用途2、优质、优质碳素结构钢碳素结构钢 3.1 3.1 碳钢碳钢GB/T 1298-2008 GB/T 1298-2008 碳素工具钢碳素工具钢( Carbon tool

8、 steels)( Carbon tool steels) 牌号牌号化学成分（质量分数）化学成分（质量分数）/ %机械性能与用途机械性能与用途热处理热处理CMnSiSPT70.650.74 0.030 0.035硬度高、韧性较高，硬度高、韧性较高，制造冲头、凿子、锤子制造冲头、凿子、锤子一般情况一般情况下热处理：下热处理：正火正火 球化退火球化退火 淬火淬火+低低温回火温回火T80.750.84T8Mn0.800.90T90.850.94硬度高，韧性适中，可制造丝硬度高，韧性适中，可制造丝锥、手锯条等刃具及冷作模具锥、手锯条等刃具及冷作模具T100.951.04T121.151.24硬度高，韧

9、性较低，可制作锉硬度高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规刀、刮刀等刃具及量规等量具等量具T131.251.35注：高级优质钢在牌号后加注：高级优质钢在牌号后加“A”，其，其S、P含量分别不大于含量分别不大于0.020%、 0.030% ，如，如“T8A”。3.1.2 碳钢的牌号和用途碳钢的牌号和用途3、碳素工具钢碳素工具钢 注意Q235A与T8A的区别1、制造、制造普通铁钉普通铁钉材料（材料（Q195、45、65）2、制造、制造普通螺母、螺钉普通螺母、螺钉材料（材料（Q235、08、60Mn）3、制造小轿车便携备用、制造小轿车便携备用油箱油箱材料（材料（08F、T10、80）4、制造、制

10、造曲轴曲轴材料（材料（08F、45、Q235）5、制造钳工、制造钳工锉刀锉刀材料材料（T7、T12、Q235）3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.1 合金钢的分类和编号合金钢的分类和编号低低/中中/高合金钢高合金钢铬铬/铬镍铬镍/锰锰/硅锰钢硅锰钢Me含量含量加入合金元素的目的加入合金元素的目的合金钢的分类合金钢的分类合金钢的编号合金钢的编号P/M/A/le钢钢Me元素元素正火正火/铸态显微组织铸态显微组织 提高钢的淬透性提高钢的淬透性 提高钢的强度和屈强比提高钢的强度和屈强比 提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性 满足特殊性能要求满足特殊性能要求结构结构/工具工具/特殊性能钢特殊性能钢用途用

11、途首部用数字标明碳质量分数首部用数字标明碳质量分数主要主要Me元素及其质量分数元素及其质量分数 高级优质钢，尾加高级优质钢，尾加“A A”结构钢 18 Cr2Ni4W A 工具钢 5 CrMnMo 专用钢：专用钢：GCr15/Y40Mn等等用途用途 性能要求性能要求 结构件结构件桥梁桥梁车辆车辆船舶船舶锅炉锅炉高压容器高压容器油气管道油气管道高强度高强度高韧性高韧性良好的焊接性能良好的焊接性能良好的冷成型良好的冷成型能力能力良好的低温韧性良好的低温韧性良好的耐腐蚀能力良好的耐腐蚀能力3.2 3.2 合金钢合金钢GB/T 1591-94 GB/T 1591-94 低合金高强度结构钢低合金高强度结

12、构钢(High strength low alloy structural steels)(High strength low alloy structural steels) 牌号牌号化学成分，化学成分，%机械性能机械性能旧牌号旧牌号用途用途热处理热处理CMnSiVNbTisQ295 0.160.801.500.020.150.0150.0600.020.202952309MnV09MnNb 12Mn桥梁、车辆、桥梁、车辆、容器、油罐容器、油罐一般一般在热在热轧空轧空冷状冷状态下态下使用，使用，不需不需要专要专门的门的热处热处理理Q3450.180.201.001.603452112MnV1

13、6Mn 18Nb桥、船舶、车桥、船舶、车辆、建筑结构辆、建筑结构Q390 0.200.020.203901915MnV 15MnVTi桥、船、容器、桥、船、容器、起重设备起重设备Q4201.001.704201815MnVN桥、船、高压桥、船、高压容器、管道、容器、管道、Q4604601714MnMoV锅炉、锅炉、化工容器化工容器3.2.2 合金结构钢合金结构钢1、低、低合金高强度结构钢合金高强度结构钢 主加元素主加元素Mn固溶强化固溶强化及细化及细化晶粒晶粒阻止阻止A晶粒长大及弥散硬化晶粒长大及弥散硬化 Ti、V、 Nb低低碳碳:W(c) 0.2%低合金低合金:W(Me) 3%2008版标准

14、取消了版标准取消了Q295，增加，增加了了Q500、Q550、Q620、Q690用途用途 性能要求性能要求 传动件传动件车辆变速齿轮车辆变速齿轮曲轴曲轴活塞活塞表面渗碳层硬度高表面渗碳层硬度高心部高的韧性和强度心部高的韧性和强度良好的热处理工艺性能良好的热处理工艺性能3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.2 合金结构钢合金结构钢2、合金渗碳钢合金渗碳钢 东风东风eqeq系列曲轴系列曲轴东风东风eq140eq140自卸污泥车自卸污泥车3.2 3.2 合金钢合金钢GB/T 3077-1999 GB/T 3077-1999 合金结构钢合金结构钢( Alloy structural steels)( A

15、lloy structural steels) 类类别别牌号牌号化学成分化学成分w/%热处理热处理机械性能机械性能用途用途CMnSiCrNiV其其它它渗渗碳碳淬火淬火回回火火bs低低淬淬透透性性20Mn20.170.24930880油油20078559010小变速小变速齿轮、齿轮、小轴、小轴、活塞销活塞销20Cr800油油83554020MnV880油油785590中中淬淬透透性性20CrMn0.170.23850油油930735变速齿变速齿轮、轴、轮、轴、蜗杆、蜗杆、变速箱变速箱20CrMnTi870油油108085020MnTiB0.170.24860油油1130930高高淬淬透透性性18

16、Cr2Ni4WA0.130.19850空空1180835大型变大型变速齿轮、速齿轮、轴轴20Cr2Ni40.170.23880油油11801080提高淬透性提高淬透性Mn、Cr、 Ni阻止阻止A晶粒长大晶粒长大及沉淀硬化及沉淀硬化Ti、V、 W、Mo3.2.2 合金结构钢合金结构钢2、合金渗碳钢合金渗碳钢 低低碳碳: W(c) = 0.1%0.25%用途用途 性能要求性能要求 重要传动件重要传动件车辆轴、齿轮车辆轴、齿轮机床轴、齿轮机床轴、齿轮重要连杆重要连杆重要螺栓重要螺栓综合机械性能好综合机械性能好截面受力均匀件需要整个截面淬透截面受力均匀件需要整个截面淬透弯曲、扭转受力件心部可不淬透弯曲

17、、扭转受力件心部可不淬透3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.2 合金结构钢合金结构钢3、合金调质钢合金调质钢 GB/T 3077-1999 GB/T 3077-1999 合金结构钢合金结构钢( Alloy structural steels)( Alloy structural steels)类类别别牌号牌号化学成分化学成分w/%热处理热处理机械性能机械性能应用应用CMnSiCrNiMoW其其它它淬淬火火回回火火bs低低淬淬透透性性40MnB85050098078510主轴、齿轮主轴、齿轮40MnVB520代替代替40Cr40Cr9重要轴、齿轮重要轴、齿轮中中淬淬透透性性38CrSi90060

18、083512大载荷轴大载荷轴30CrMnSi880520108088510摩擦片等高速件摩擦片等高速件35CrMo85055098083512重要曲轴、连杆重要曲轴、连杆高高淬淬透透性性38CrMoAl94064014氮化用钢氮化用钢37CrNi3820500113098010大截面高强度件大截面高强度件40CrMnMo850600980785代替代替40CrNiMo25Cr2Ni4WA850550108093011大截面高强度件大截面高强度件40CrNiMoA85060098083512发动机轴发动机轴淬透性：淬透性：Mn、Cr、 Ni、 Si、B防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性：Mo、

19、W中中碳碳:W(c) = 0.25%0.5%用途用途 性能要求性能要求 代替调质钢：代替调质钢： 齿轮齿轮 轴轴 连杆连杆 螺栓螺栓不调质也具有良不调质也具有良好的综合机械性好的综合机械性能能3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.2 合金结构钢合金结构钢4、非调质机械结构钢、非调质机械结构钢优点优点高效节能高效节能成本低成本低有利于环保有利于环保有有“绿色钢材绿色钢材”美誉美誉GB/T 15712-2008 GB/T 15712-2008 非调质机械结构钢非调质机械结构钢( (MicroalloyedMicroalloyed medium carbon steels) medium carbon

20、 steels)牌号牌号化学成分化学成分w/%机械性能机械性能应用应用CMnSiV其它其它RmRelAZKU2F35VS590390184047优于调质态的优于调质态的40钢钢F40VS640420163537代替代替40钢生产连杆钢生产连杆F45VS685440153035代替代替45钢生产曲轴钢生产曲轴F30MnVS7004501430实测实测F35MnVS735460173537代替代替55钢生产连杆钢生产连杆F38MnVS8005201225实测实测F40MnVS785490153332代替代替45、40CrF45MnVS835510132828代替代替45钢钢F49MnVS78045

21、0820实测实测中碳中碳: W(c) = 0.32%0.52%细化晶粒细化晶粒及沉淀硬化：及沉淀硬化：V细化细化及增加及增加P含量：含量：Mn用途用途 性能要求性能要求 弹性元件弹性元件高弹性极限高弹性极限高曲强比高曲强比高疲劳强度高疲劳强度足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.2 合金结构钢合金结构钢5、合金弹簧钢合金弹簧钢 GB/T 1222-2007 GB/T 1222-2007 弹簧钢弹簧钢( Spring steels)( Spring steels)牌号牌号化学成分化学成分w/%热处理热处理机械性能机械性能应用应用CMnSiCr其它其它淬火淬火回火回火

22、bs65Mn8305409807858截面截面25mm25mm的弹的弹簧，如车厢缓冲簧，如车厢缓冲弹簧弹簧60Si2Mn87048012751180560Si2MnA87044015701375555SiMnVB860460137512255截面截面30mm30mm的重的重要弹簧，如小型要弹簧，如小型汽车、载重车板汽车、载重车板簧，温度低于簧，温度低于350350C C的耐热弹簧的耐热弹簧60Si2CrA87042018001600660Si2CrVA85041019001700650CrVA85050013001150955CrMnA85050012500.211006热成型大弹簧：热成型大

23、弹簧：热成型热成型淬火淬火中温回火中温回火冷成型冷成型1）铅淬冷拔钢丝：铅）铅淬冷拔钢丝：铅淬淬(等温等温)冷拔冷拔卷绕卷绕退退小弹簧小弹簧2）油淬回火钢丝：冷拔）油淬回火钢丝：冷拔油油淬淬回火回火卷绕卷绕退退 3）退火钢丝：冷拔）退火钢丝：冷拔退火退火卷绕卷绕淬淬火火回火回火中、高中、高碳碳: W(c) = 0.5%0.7%淬透性、屈强比：淬透性、屈强比：Mn、Si、 Cr、V优质或高级优质钢优质或高级优质钢3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.2 合金结构钢合金结构钢1）用途）用途2 2）性能要求）性能要求 6、滚动轴承滚动轴承钢钢 滚动体、内外套圈滚动体、内外套圈量具、模具、丝杠量具、模具

24、、丝杠高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性足够的韧性和淬透性足够的韧性和淬透性3）成分特点）成分特点 高碳高碳： W(c) = 0.95%1.10%基本基本合金合金元素元素W(Cr) = 0.4%1.65%：形成形成(FeFe,CrCr)3C加入硅、锰、钒等，提高淬透性加入硅、锰、钒等，提高淬透性高冶金质量：高冶金质量：S0.025%,P0.027%滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承滚动轴承3.2 3.2 合金钢合金钢3.2.2 合金结构钢合金结构钢4）钢种）钢种6、滚动轴承滚动轴承钢钢 铬轴承钢：最常用的是铬轴承钢：最常用的是GCr15添加添加 MnMn、S

25、iSi、MoMo、V V的轴承钢：的轴承钢： GCrl5SiMn、GCrl5SiMnMoV5）热处理）热处理6）组织性能）组织性能 正火球化退火(淬火 + 低温回火)极细的回火马氏体极细的回火马氏体粒状碳化物粒状碳化物少量残少量残余奥氏体余奥氏体本次课小结本次课小结第第3 3章章 金属材料金属材料3.1 3.1 碳钢碳钢1 1、碳钢的成分和分类、碳钢的成分和分类2 2、碳钢的牌号及用途、碳钢的牌号及用途1、碳素结构钢、碳素结构钢2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢3 3、碳素工具钢、碳素工具钢3.2 3.2 合金钢合金钢1 1、合金钢的分类和编号、合金钢的分类和编号2 2、合金钢结构钢、合金钢结构钢1、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢2、合金渗碳钢、合金渗碳钢3 3、合金调质钢、合金调质钢4 4、非调质机械结构钢、非调质机械结构钢5 5、合金、合金弹簧钢弹簧钢6 6、滚动轴承、滚动轴承钢钢金属材料的分类、牌号、成分、组织、性能、用途、热处理金属材料的分类、牌号、成分、组织、性能、用途、热处理