大学精品课件:第五章 工业用钢.ppt
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- 大学精品课件:第五章 工业用钢 大学 精品 课件 第五 工业
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1、第五章第五章 常用工程金属材料常用工程金属材料 第五章 常用工程金属材料 第二节第二节 合金钢合金钢 2 2 第一节第一节 碳钢碳钢 3 3 1 1 第三节第三节 铸铁铸铁 3 3 3 3 第四节第四节 铝及铝合金铝及铝合金 3 3 4 4 第五节第五节 铜及铜合金铜及铜合金 3 3 5 5 第六节第六节 滑动轴承合金滑动轴承合金 3 3 6 6 以铁为主要元素,碳的质量分数一般在以铁为主要元素,碳的质量分数一般在2%2%以以 下,并含有其他元素的材料称为下,并含有其他元素的材料称为钢钢. . 碳钢碳钢:指碳含量:指碳含量wc10% 2 2、按钢的金相组织、按钢的金相组织 铁素体钢铁素体钢 C
2、r17Cr17、Cr25Cr25、Cr28Cr28。 奥氏体钢奥氏体钢 1 1Cr18Ni9Cr18Ni9、0Cr19Ni90Cr19Ni9、Mn13Mn13。 马氏体钢马氏体钢 3 3Cr13Cr13、4Cr134Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV、1Cr12WmoV1Cr12WmoV。 珠光体钢珠光体钢 1515CrMoCrMo、12CrMoV12CrMoV。 贝氏体钢贝氏体钢 1212MoVWBSiREMoVWBSiRE 第二节 合金钢 3 3、按钢中按钢中S S、P P杂质含量杂质含量 普通合金钢普通合金钢 SS0 0. .050050% % PP0 0. .045045% %
3、 优质合金钢优质合金钢 SS0 0. .035035% % PP0 0. .035035% % 高级优质合金钢高级优质合金钢 SS0 0. .025025% % PP0 0. .025025% % 特级优质合金钢特级优质合金钢 SS0 0. .015015% % PP0 0. .020020% % 4 4、按合金组元按合金组元 二元合金钢二元合金钢 MnMn钢钢、硅钢硅钢、铬钢铬钢。 三元合金钢三元合金钢 CrMnCrMn、SiSi- -CrCr、SiSi- -MnMn、CrCr- -NiNi。 多元合金钢多元合金钢 CrCr- -MnMn- -TiTi、NiNi- -CrCr- -MoMo-
4、 -V V。 5 5、按用途按用途 合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢:不锈钢、耐热合金结构钢,合金工具钢,特殊性能钢:不锈钢、耐热 钢、超强钢。钢、超强钢。 第二节 合金钢 (二)合金钢的编号(二)合金钢的编号 (1 1)合金结构钢)合金结构钢 40 Cr40 Cr Wc=0.40%Wc=0.40% WcrWcr1.5%1.5% G Cr15G Cr15 滚动轴承钢滚动轴承钢 WcrWcr1.5%1.5% 第二节 合金钢 (2 2)合金工具钢)合金工具钢 W WV V1.5%1.5% 9 Mn2 V9 Mn2 V W WMnMn=2%=2% Wc=0.9%Wc=0.9%(含(含C C 大于大
5、于1%1%不标)不标) 第二节 合金钢 WNi=9%WNi=9% 0 Cr19Ni90 Cr19Ni9 WCr=19%WCr=19% WcWc0.08%0.08% 00 Cr18Ni1000 Cr18Ni10 WcWc0.01%0.01% 000000 WcWc0.003%0.003% 3 3、特殊性能钢、特殊性能钢 第二节 合金钢 4.4.专用钢的编号专用钢的编号 滚珠轴承钢:在钢号前标以“G”(“滚”字 汉语拼音首字母)字,其后为铬(Cr)+数字, 数字表示铬含量平均值的千分之几,如“滚 铬15”(GCr15)。这里应注意牌号中铬元素后 面的数字是表示含铬量为1.5%,其他元素仍 按百分之
6、几表示。如GCr15SiMn 表示平均含 铬量为1.5%,硅、锰含量均小于1.5% 的滚动 轴承钢。 又如易切钢:前标以“Y”字,Y40Mn 表示平 均含碳量为0.4%,锰含量小于1.5%的易切削 钢。 滚珠滚柱滚珠滚柱 第二节 合金钢 三、合金结构钢三、合金结构钢 合金结构钢:分为低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调 质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢。 (一)低合金结构钢(一)低合金结构钢 1.1.性能特点性能特点 有较高的强度、良好的塑性、 韧性以及焊接工艺性能 2.2.化学成分特点化学成分特点 平均含碳量小于0.2%。主要 加入以Mn为主的合金元素 3.3.热处理特点热处理特点 一般在热轧或正火
7、状态下使用 4.4.常用钢种常用钢种 铜 陵 长 江 公 路 大 桥 铜 陵 长 江 公 路 大 桥 第二节 合金钢 (二)渗碳钢(二)渗碳钢 1 1、对渗碳钢的性能要求、对渗碳钢的性能要求: : 2 2、对渗碳钢的含碳量的要求、对渗碳钢的含碳量的要求: : 低碳低碳 3 3、渗碳钢的热处理特点、渗碳钢的热处理特点: : 渗碳渗碳 表硬里韧表硬里韧 淬火淬火 + + 低温回火低温回火(180(180200)200) 第二节 合金钢 钢号钢号 2020钢钢 20Cr20Cr钢钢 20CrMnTi20CrMnTi钢钢 名称名称 碳素渗碳钢碳素渗碳钢 合金渗碳钢合金渗碳钢 合金渗碳钢合金渗碳钢 成分
8、成分 0.2%C0.2%C 0.2%CCr1.65%Cr时时, ,会因会因A A增加而增加而 使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。 第二节 合金钢 3 3 、热处理和组织特点、热处理和组织特点 滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。 热处理:球化退火热处理:球化退火+ +淬火淬火 + +低温回火低温回火 组织:组织: M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量) ) 淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理( (- -60 60 - -80), 80), 可以减少可以减少A A、稳定、稳定 尺寸尺寸. . 轴承生产车间轴承生产车间 第二节 合金钢 4 4、常用钢号及用
9、途、常用钢号及用途 滚针轴承滚针轴承 滚柱轴承滚柱轴承 滚珠轴承滚珠轴承 大 型 轴 承 大 型 轴 承 应用最广的是应用最广的是GCr15GCr15,大量用于大中型,大量用于大中型 轴承;轴承; 大型轴承用大型轴承用GCr15SiMnGCr15SiMn。 这类钢还可用于制造模具、量具等这类钢还可用于制造模具、量具等. . 向心球向心球 轴承轴承 第二节 合金钢 5 5、滚动轴承钢的牌号、滚动轴承钢的牌号 G Cr9 Si MnG Cr9 Si Mn 含含MnMn量量W WMnMn1.51.5 % % 含含SiSi量量W WSiSi1.5 %1.5 % 含含CrCr量量W WCrCr0.9 %
10、0.9 % 滚动轴承钢滚动轴承钢 6 6、铬轴承钢制造轴承的工艺路线、铬轴承钢制造轴承的工艺路线 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火 + + 冷处理冷处理 ( ( 60 60 80;1h )80;1h ) 低温回火低温回火 磨削加工磨削加工 稳定化处理稳定化处理 (120 (120 130130;1010 20h)20h) 第二节 合金钢 四、合金工具钢四、合金工具钢 按用途分为按用途分为: : 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 模 具 模 具 刃具刃具 量具量具 第二节 合金钢 用来制造各种切用来制造各种切 削刀具的钢种。削刀具的钢种。 (一)刃具钢(一)刃具钢 切削
11、加工切削加工 第二节 合金钢 性能要求性能要求 1 1、高硬度、高硬度 (HRC60),(HRC60),主主 要取决于含碳量。要取决于含碳量。 2 2、高耐磨性、高耐磨性 靠高硬度和靠高硬度和 析出细小均匀硬碳化物来达析出细小均匀硬碳化物来达 到。到。 3 3、高热硬性、高热硬性 即高温下保即高温下保 持高硬度的能力。持高硬度的能力。 4 4、足够的韧性、足够的韧性 以防止脆以防止脆 断和崩刃。断和崩刃。 切削加工的基本形切削加工的基本形 式式 第二节 合金钢 碳素工具钢碳素工具钢 共有七个牌号:共有七个牌号: T7T7T13 T13 1 1、成分特点:、成分特点: 高碳高碳(0.65(0.6
12、5- -1.35%C)1.35%C) 随含碳量提高,碳化物量随含碳量提高,碳化物量 增加,耐磨性提高,但韧性增加,耐磨性提高,但韧性 下降。下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带 碳素工具钢材碳素工具钢材 料料 第二节 合金钢 2 2、热处理及组织、热处理及组织 热处理:热处理:正火正火+ +球化退火球化退火 + +淬火淬火+ +低温回火低温回火 球化退火目的:球化退火目的: 降低硬度降低硬度, , 便于加工便于加工; ; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 使用状态下的组织:使用状态下的组织: M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少少 量量) ) 球状珠光体球状珠光体 T1
13、2钢正常淬火组织钢正常淬火组织 第二节 合金钢 3 3、用途、用途 由于碳工钢热硬性、淬透性差,只用于制造小尺寸的由于碳工钢热硬性、淬透性差,只用于制造小尺寸的 手工工具和低速刃具。手工工具和低速刃具。 T7T7- -T9T9:制造承受冲击的工具,如木工工具:冲子、凿:制造承受冲击的工具,如木工工具:冲子、凿 子、锤子等。子、锤子等。 木 工 凿 木 工 凿 手锤手锤 木工钻木工钻 第二节 合金钢 T10T10- -T11T11:制造低速切削工具,如钻头、丝锥、:制造低速切削工具,如钻头、丝锥、 车刀等。车刀等。 T12T12- -T13T13:制造耐磨工具,如锉刀、锯条等。:制造耐磨工具,如
14、锉刀、锯条等。 丝锥丝锥 锉刀锉刀 手锯条手锯条 钻 头 钻 头 第二节 合金钢 1 1、成分特点:、成分特点: 高碳:高碳:0.750.75- -1.5%C1.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性: Cr: Cr、MnMn、 Si Si 提高耐回火性:提高耐回火性:SiSi 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: : W W、V V 低合金工具钢低合金工具钢 由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(3(3- -5)5)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品 第二节 合金钢 2 2、热处理及组织、热处理及组织 同碳素工具钢,只是淬火介
15、质同碳素工具钢,只是淬火介质 为油为油( (碳素工具钢为水碳素工具钢为水) )。 使用状态下的组织为:使用状态下的组织为: M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量) ) 3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途 应用最多的是应用最多的是9SiCr9SiCr。用于制。用于制 造形状复杂、要求变形小的低造形状复杂、要求变形小的低 速刃具,如丝锥、板牙等速刃具,如丝锥、板牙等. . 丝 锥 丝 锥 板牙板牙 低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手 第二节 合金钢 应用举例:应用举例: 1、用、用9SiCr钢制造圆板牙钢制造圆板牙 要求:碳化物分布均匀,防止崩刃;要求:碳化物分布均
16、匀,防止崩刃; 热处理变形小(标准件);良好的耐热处理变形小(标准件);良好的耐 磨性,硬度磨性,硬度HRC60-63 下料下料 球化退火球化退火 机械加工机械加工 淬火,低温回火淬火,低温回火 磨平面磨平面 抛槽,开口抛槽,开口 成品成品 板牙板牙 第二节 合金钢 800810 700720 500出炉空冷出炉空冷 温度,温度, 时间,时间,h h 24 68 炉冷炉冷 9SiCr球化退火工艺球化退火工艺 第二节 合金钢 温度温度 时间,时间,min 600650 850870 160200 190200 3045min 6090min 减少高温停留时间,防止脱碳减少高温停留时间,防止脱碳
17、硝盐浴分级淬火硝盐浴分级淬火 低温回火低温回火 第二节 合金钢 1 1、性能特点、性能特点: : 高热硬性高热硬性 (600)(600)、高淬透性、高淬透性 2 2、成分特点、成分特点 高碳高碳: 0.70: 0.70- -1.5%C 1.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性:提高淬透性:CrCr 提高热硬性、耐磨提高热硬性、耐磨 性性: W: W、MoMo、V V 高速钢(俗称风钢)高速钢(俗称风钢) 制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。 高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带 高速钢形材高速钢形材 第二节 合金钢 3 3、加工与热处理、加工与热处理 W18Cr4VW18Cr4V钢的铸
18、态组织钢的铸态组织 加工工艺路线:下料加工工艺路线:下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火回火回火 磨削磨削 高速钢是莱氏体高速钢是莱氏体 钢,其铸态组织钢,其铸态组织 为亚共晶组织,为亚共晶组织, 由由鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体 与树枝状与树枝状M+TM+T组成组成, 脆性大且无法热脆性大且无法热 处理改善。处理改善。 第二节 合金钢 退火目的:退火目的: 降低硬度,便于切降低硬度,便于切 加工;加工; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 退火后组织:退火后组织: S+S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 锻造目的:锻造目的:打碎粗大的鱼骨状碳化物,使其均匀分打碎粗大的鱼骨状碳化物,使其均匀分 布
19、于基体中。布于基体中。 W18Cr4VW18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 第二节 合金钢 W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织 淬火目的淬火目的: : 获得高合金元获得高合金元 素含量的马氏素含量的马氏 体。因此淬火体。因此淬火 温度高温度高 (1200)(1200)。 淬火后组织:淬火后组织: M+M+未溶碳化未溶碳化 物物(10%)+A(10%)+A (20%)(20%) 第二节 合金钢 析出析出W W、MoMo、V V的碳化物,产生二次硬化。的碳化物,产生二次硬化。 碳及合金元素含量下降,碳及合金元素含量下降,MsMs点上升,回火冷却时,点上升,回火冷却时,A A转转
20、 变为变为M M。 每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 回火目的:回火目的:主要主要 为减少为减少A A。消除内应力、。消除内应力、 稳定组织。稳定组织。 常用常用560560三次回火三次回火. . 回火时的组织变化:回火时的组织变化: 高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系 第二节 合金钢 W18Cr4V钢热处理工艺示意图钢热处理工艺示意图 第二节 合金钢 W18Cr4VW18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织 4 4、使用状态下组织、使用状态下组织 M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A(少量)(少量) 第
21、二节 合金钢 不同状态下不同状态下W18Cr4VW18Cr4V的组织的组织 铸态铸态 淬火回火态淬火回火态 淬火态淬火态 退火态退火态 第二节 合金钢 5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途 常用钢号为常用钢号为W18Cr4V(18W18Cr4V(18- -4 4- -1)1) 和和W6Mo5Cr4V2(6W6Mo5Cr4V2(6- -5 5- -4 4- -2)2)。 用于高速切削刃具,如车刀、用于高速切削刃具,如车刀、 刨刀、铣刀、钻头等。刨刀、铣刀、钻头等。 车刀车刀 铣刀铣刀 高速钢铣刀高速钢铣刀 钻头钻头 第二节 合金钢 (二)、模具钢(二)、模具钢 汽车冲压模具汽车冲压模具 用以制
22、造冷热模具的钢种. 一)一) 冷作模具钢冷作模具钢 制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. . 1 1、性能要求、性能要求 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。 良好的工艺性能良好的工艺性能(淬 透性、切削加工性等) 第二节 合金钢 2 2、常用钢种、常用钢种 小尺寸、形状简单、受小尺寸、形状简单、受 力不大的模具力不大的模具, , 可用碳素工具可用碳素工具 钢和低合金工具钢制造。钢和低合金工具钢制造。 截面、受力大的冷模具截面、受力大的冷模具 用用Cr12Cr12型冷作模具钢制造型冷作模具钢制造. . 成分特点:高碳成分特点:高碳(1.4(1.4-
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