第六章工业用钢铁材料课件.ppt
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- 第六 工业 钢铁 材料 课件
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1、第六章第六章 工业用钢铁材料工业用钢铁材料 不锈钢带不锈钢带6.1 6.1 碳钢碳钢6.2 6.2 合金钢合金钢6.3 6.3 常用铸铁材料常用铸铁材料6.1 6.1 碳钢碳钢一、碳钢中的杂质一、碳钢中的杂质1锰锰 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。2Si 有益 a.脱氧脆性 b.固溶强化3磷磷 有害 Fe3P 室温下100,脆性大冷脆冷脆4硫硫 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
2、点,有害元素985时,产生的共晶体(Fe+FeS)加入MnMnS(除硫)热脆热脆二、碳钢的分类二、碳钢的分类1碳含量:低碳钢C%0.25%、中碳钢0.25C%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、铸钢三、碳钢的牌号及作用三、碳钢的牌号及作用 1普通碳素结构钢普通碳素结构钢 碳素结构钢分为五类20种,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,然后以钢的质量等级和脱氧方法进行细分。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
3、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。例如例如Q235AF表示屈服强度为235MPa的质量等级为A级的沸腾钢。2 2优质碳素结构钢优质碳素结构钢 钢号用平均碳含量的万分数万分数的数字表示。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3碳素工具钢碳素工具钢 0.65-1.35C%,用以制作刃具、量具、模具 钢号用平均
4、碳含量的千分数千分数的数字和T一起表示。如:T10A(1.0%C,A表示高级优质碳素工具钢),T9(0.9%C),T12(1.2%C,)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铸钢铸钢“ZG”加平均碳含量万分数万分数表示,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。6.2 6.2 合金钢合金钢(Alloyed Steel)(Alloyed Steel)一、合金钢的编号一、合金钢的编号 1合金结构
5、钢 碳含量用万分数万分数(两位)C 如40Cr,C%=0.4%(1)、合金含量用(百分数百分数)表示,如20Cr3MoWVA,其中C%=0.2%,(2)、Cr%=3%,Mo,W,V1.5%.(3)、合金含量小于1.5%不标 (4)、A:表示高级优质注注2 2合金工具钢,特殊性能钢 (1)、碳含量大于1.0%时,不标注其含量。(2)、碳含量小于1.0%时,用千分数千分数表示,如5CrMnMo,C=0.5%注注二、合金元素对钢的组织和性能的影响二、合金元素对钢的组织和性能的影响 合金元素与铁和碳的作用。合金元素与铁和碳的作用。合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。相图的影响。合金元素对钢的
6、热处理的影响。合金元素对钢的热处理的影响。1.溶于基体中形成溶于基体中形成合金合金F 或合金或合金A。2.与碳作用形成与碳作用形成合金碳化物合金碳化物(Fe,Cr)3C。溶于渗碳体!。溶于渗碳体!3.单独形成单独形成特殊碳化物特殊碳化物Me在钢中的存在方式在钢中的存在方式一一)合金元素与铁和碳的作用合金元素与铁和碳的作用Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱强强弱弱强强 弱弱碳碳化化物物元元素素:Fe、Mn。中中强强碳碳化化物物元元素素:Cr、Mo、W。强强碳碳化化物物元元素素:V、Ti、Nb、Zr。熔熔 点点、硬硬 度度、耐耐 磨磨 性性 最最 高高。稳稳 定定 性性 最最 高
7、高。T iC、N b C、V C。A、扩大、扩大区并与区并与-Fe无限互无限互溶的溶的Fe-Me相图(相图(Me=Mn、Ni、Co)室温下形成单相A B、部分扩大、部分扩大区的区的Fe-Me相图相图(Me=C、N、Cu)(a)扩大相区元素(奥氏体稳定化元素)A4,A3Mn,Ni,Co作用最强,使相消失,相扩大至室温。Co,C,N,Cu作用次之。二二)合金元素对合金元素对Fe-Fe3CFe-Fe3C相图的影响相图的影响扩扩大大奥奥氏氏体体区区缩缩小小奥奥氏氏体体区区改改变变共共晶晶点点和和共共析析点点的的参参数数(1 1)影响)影响A A和和F F存在的范围存在的范围Notes:Notes:除除
8、MnMn外均为非碳化外均为非碳化合物形成元素,而合物形成元素,而MnMn的碳的碳化物稳定性也是最差的!化物稳定性也是最差的!主要还是以固溶形式存在!主要还是以固溶形式存在!MnMn 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响(b)缩小 相区元素(F稳定化元素)A3,A4 Cr,Mo,W,V,Ti,Al,Si作用强,可使相区完全封闭。B,Nb,Zr作用次之。Me对铁碳相图的影响对铁碳相图的影响D、缩小并封闭、缩小并封闭区,与区,与a-Fe无无限互溶的限互溶的Fe-Me相图相图与与a-Fe无限互溶无限互溶C、缩小并封闭、缩小并封闭区,与区,与a-Fe有有限互溶的限互溶的Fe-Me相图相图与与a-Fe
9、有限互溶有限互溶Notes:Notes:除除AlAl、SiSi外均为外均为强碳化合物形成元素!强碳化合物形成元素!CrCr 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响 (2 2)使)使S S、E E点大大左移点大大左移Me对铁碳相图的影响对铁碳相图的影响几乎所有的合金元素。几乎所有的合金元素。作用作用:使使S点和点和E点的点的成分向左移成分向左移。使使A1线线的的温度变化温度变化。合合金金元元素素对对 S 点点成成分分的的影影响响 合金元素对合金元素对 S S 点成分的影响点成分的影响合金元素对合金元素对A1A1线的影响线的影响Why:Why:3Cr2W8V 热模具钢0.3%C 却属过共析钢?W
10、18Cr4V 高速钢铸态下(500 MN/m2)使用态组织使用态组织: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 热处理特点热处理特点 按 分6级(300、350、400、450、500、600 MN/m2):低强度级别:16Mn一般工程结构中等强度级别:15MnVNi大型桥梁,锅炉,船舶,焊接结构.高强度级别(500 MN/m2):18MnMoNb高压锅炉,高压容器 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥万吨远洋轮万吨远洋轮提高强度(达800 MN/m2):合金化:加入多种合金元素(Cr、Mn、Mo、Ni、Si、B)
11、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700kJ/m2)淬透,低C的M(HRC40-48)未淬透,TMF(少量)(HRC25-40)典型钢号及其应用典型钢号及其应用 p低淬透性(800-1000MN/m2):20Cr冲击载荷小的耐磨件,如小轴,活塞销,小齿轮.p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.p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 一次(二次)淬火直接淬火正火渗碳尺寸
12、稳定化处理(如冷处理)低温回火重要零件3、合金调质钢、合金调质钢(0.3-0.5%C)成分特点与合金化原则:成分特点与合金化原则:中C:0.25%0.50%,以0.4左右为主主:主:加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B辅:辅:加入Mo,W消除回火脆性 性能特点性能特点 高水平综合机械性能,能满足多种和较复杂的工作条件 用途:齿轮、轴、连杆、高强螺栓用途:齿轮、轴、连杆、高强螺栓使用态组织:使用态组织:S(表面M)典型钢号及其应用典型钢号及其应用 低淬透性(油淬临界直径30-40mm):40Cr,40MnB一般尺寸重要零件,如齿轮,主轴中淬透性(油淬临界直径40-60mm):35CrMo
13、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4、合金弹簧钢(、合金弹簧钢(0.5-0.7%C)成分特点与合金化原则:成分特点与合金化原则:中高C:0.45%0.70%主主:Si,Mn:提高淬透性,提高屈强比辅辅:Cr,Mo,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(S0.03%,P 0.035%)性能特点性能特点 高e 和s,高屈强比高疲劳
14、抗力足够塑韧性,能承受震动,冲击有较好淬透性,不易脱C,易绕卷成形 用途:弹簧用途:弹簧使用态组织使用态组织 T 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 热处理特点热处理特点 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:热成形: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5、滚珠轴承钢、滚珠轴承钢(0.95-
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