工业用钢2.ppt
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1、第5章 工业用钢第五章第五章 工业用钢工业用钢1 钢的综述钢的综述2 结构钢结构钢3 工具钢工具钢4 特殊性能钢特殊性能钢一、一、各种金属材料及其在汽车制造中的应用各种金属材料及其在汽车制造中的应用 应用于汽车上的金属材料分为黑色金属材料和有应用于汽车上的金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。黑色金属材料占到汽车总重量色金属材料两大类。黑色金属材料占到汽车总重量的的80左右,有色金属占左右,有色金属占34.7。一般要求的汽车结构零件大多采用钢(尤其是碳一般要求的汽车结构零件大多采用钢(尤其是碳素钢)或铸铁制造,而有色金属具有很多钢铁材料所素钢)或铸铁制造,而有色金属具有很多钢铁材料所没
2、有的性能,能够满足某些机械零件的特殊性能要求。没有的性能,能够满足某些机械零件的特殊性能要求。1 钢的综述钢的综述(一)按用途可划分(一)按用途可划分 工程用钢工程用钢 结构钢结构钢 机械用钢机械用钢 工具钢工具钢 特殊性能钢特殊性能钢二、钢的分类及成分特点二、钢的分类及成分特点 建筑工程用钢 工程用钢 桥梁工程用钢 船舶工程用钢 结构钢 车辆工程用钢 低合金高强度钢 渗碳钢 机械用钢 调质钢 弹簧钢 轴承钢 刃具钢刃具钢工具钢工具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 不锈钢不锈钢 特殊性能钢特殊性能钢 耐热钢耐热钢 耐磨钢耐磨钢 1碳素钢 (1)低碳钢 C 0.25 (2)中碳钢 0.25 C 0
3、.6 (3)高碳钢 C 0.62合金钢 (1)低合金钢 M总 5 (M总为合金元素总量)(2)中合金钢 5 M总 10 (3)高合金钢 M总 10(二)按化学成分划分(二)按化学成分划分1普通钢普通钢 P 0.045,S 0.055 2优优质钢质钢 P、S均均 0.0403高级优质钢高级优质钢 P 0.035,S 0.030(三)按钢的质量划分(三)按钢的质量划分 碳是决定钢性能的主要元素。随着含碳量碳是决定钢性能的主要元素。随着含碳量的增加,碳素钢的强度和硬度都在升高,塑性的增加,碳素钢的强度和硬度都在升高,塑性和韧性都在降低。当含碳量在和韧性都在降低。当含碳量在0.9左右时,左右时,强度达
4、到最大值,以后随着含碳量的增加,硬强度达到最大值,以后随着含碳量的增加,硬度升高,强度、塑性和韧性降低,脆性增大。度升高,强度、塑性和韧性降低,脆性增大。锰是钢中的有益元素,是炼钢时用锰铁脱锰是钢中的有益元素,是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的,锰有很好的脱氧能力,还氧而残留在钢中的,锰有很好的脱氧能力,还可以与硫形成可以与硫形成MnS,从而消除了硫的有害作,从而消除了硫的有害作用。锰作为杂质一般应不超过用。锰作为杂质一般应不超过0.8。(四)钢成分特点(四)钢成分特点 磷也是钢中的有害元素,它使钢在低温时磷也是钢中的有害元素,它使钢在低温时变脆,这种现象称为冷脆性。因此,钢中含磷变脆,这种现象
5、称为冷脆性。因此,钢中含磷量也要严格控制,通常应小于量也要严格控制,通常应小于0.045。硅也是钢中的有益元素,也是作为脱氧剂硅也是钢中的有益元素,也是作为脱氧剂而进入钢的,硅的脱氧能力比锰还强,还能提而进入钢的,硅的脱氧能力比锰还强,还能提高钢的强度及质量,硅作为杂质一般应不超过高钢的强度及质量,硅作为杂质一般应不超过0.4。硫是钢中有害元素,常以硫是钢中有害元素,常以FeS形式存在,形式存在,FeS与与Fe形成低熔点的共晶体,熔点为形成低熔点的共晶体,熔点为985。钢中含硫量必须严格控制,通常应小于钢中含硫量必须严格控制,通常应小于0.05。1.碳钢淬透性低碳钢淬透性低2.碳钢强度低碳钢强
6、度低3.碳钢回火稳定性差碳钢回火稳定性差4.碳钢不具备某些特殊性能碳钢不具备某些特殊性能5.碳钢价格低廉碳钢价格低廉三、碳钢和合金钢的特点 合金钢中常用的金属元素:Mn、Cr、Si、Mo、V、Ti、Ni、稀土等元素,又常分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素。碳化物形成元素:Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等。非碳化物形成元素:Ni、Co、Cu、Si、Al、N等。合金钢中常用的元素合金钢中常用的元素四、合金元素在钢中的作用四、合金元素在钢中的作用(一)(一)合金元素提高钢的机械性能。合金元素提高钢的机械性能。原因:原因:1、合金元素对铁素体起固溶强化作用。、合金元素对铁素体起固溶强化作用。2
7、、合金元素与碳形成碳化物(如:、合金元素与碳形成碳化物(如:TiC、VC),提高钢的强度、硬度、耐磨性,但),提高钢的强度、硬度、耐磨性,但塑性、韧性下降。塑性、韧性下降。3、合金元素使晶粒细化、合金元素使晶粒细化 除除Mn外,一般合金元素都有阻碍外,一般合金元素都有阻碍A晶晶粒长大的作用,从而细化钢的晶粒,提高粒长大的作用,从而细化钢的晶粒,提高了钢的韧性。了钢的韧性。合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用:(二)合金元素可以改善钢的热处理工艺性能(二)合金元素可以改善钢的热处理工艺性能提高钢的淬透性和回火稳定性提高钢的淬透性和回火稳定性 研究表明,除合金元素研究表明,除合金元素Co之外,
8、其它元素均之外,其它元素均可提高过冷可提高过冷A稳定性,使稳定性,使C曲线向右移动,降低钢曲线向右移动,降低钢的临界淬火速度的临界淬火速度VK,即增加了钢的淬透性。,即增加了钢的淬透性。碳钢被合金钢取代有时是由于碳钢被合金钢取代有时是由于b、s不够,不够,但大多数情况是由于其淬透性不够而被取代。但大多数情况是由于其淬透性不够而被取代。合金元素能提高回火稳定性,即合金元素能提高回火稳定性,即钢件硬度随钢件硬度随回火温度的升高而下降的程度减慢回火温度的升高而下降的程度减慢。对对W W、MoMo、TiTi含量较高的淬火钢,在含量较高的淬火钢,在500-600500-600度回火时,析出细小弥散分布的
9、特殊碳化物,产度回火时,析出细小弥散分布的特殊碳化物,产生二次硬化。生二次硬化。(三)合金元素能使钢获得特殊的性能 当在钢中所加入的某些合金元素足够量后,钢的组织和性能就会出现某种特殊的变化。于是可得到特殊性能的合金钢。如:不锈钢、耐热钢、抗磨钢等。碳(素)钢 碳素钢具有成本低、加工难度较小、生产工艺较成熟、炼钢能耗低、容易回收再利用、利于环境保护等优点,因此在汽车制造中得到广泛的应用。1、普通碳素结构钢 2、优质碳素结构钢 3、碳素工具钢 4、铸造碳钢(一)普通碳素结构钢 钢号:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个强度级别 牌号:Q+数字-质量等级脱氧方法 质量分A、B、C、
10、D级,D级S、P含量最低。1“Q”字表示屈服强度之义。Q195表示屈服强度为195Mpa。2.A、B、C、D表示钢材质量等级不同。A表示P、S质量分 数最高,D表示P、S质量分数最低。3“F”表示沸腾钢,“b”表示半镇静钢,不标注“F”、“b”者为镇静钢。如:Q235-A.F表示屈服强度235MPa的A级沸腾钢。sb5牌号等级化学成分 w/%sb用 途CSPMPMP%Q195-0.06-0.120.0500.045195315-39033塑性好,有一定的强度,通常轧制成钢筋、钢板、钢管等,用于制造受力不大的零件,如普通螺钉、螺母、垫圈等,及焊接件、冲压件、桥梁建设等金属结构件Q215A0.09
11、-0.150.0500.045215335-41031B0.045Q235A0.14-0.220.0500.045235375-46026B0.12-0.200.045C0.180.0400.040可用于重要的焊接件D0.170.0350.035Q255A0.18-0.280.0500.045255410-51024强度较高,用于制造承受中等载荷的零件,如小轴、销子、连杆等。B0.045sss普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途 普通碳素结构钢-应用 含碳量较低,一般在0.06%-0.38%范围内;焊接性能、塑性、韧性好;价格低;通常轧制
12、成钢板、钢带、型钢、棒钢等各种型材,用于桥梁、建筑等工程构件和要求不高的机械零件。这类钢主要保证机械性能 碳素结构钢在汽车上的应用碳素结构钢在汽车上的应用 型 号 应用举例Q235A 传动轴中间轴承支架、发动机支架、后视镜支架、油底壳加强板等Q235AF机油滤清器法兰、发电机连接板、前钢板弹簧夹箍、后视镜支架等Q235B 同步器锥盘、差速器螺栓锁片、驻车制动器操作杆棘爪和齿板等Q235BF消声器后支架、放水龙头手柄夹持架、百叶窗叶片等(二)优质碳素结构钢 钢号:08F,10F,15F,08,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85(间隔)及
13、15Mn,20Mn,25Mn,30Mn,35Mn,40Mn,45Mn,50Mn,55Mn,60Mn,65Mn,70 Mn 牌号是两位数字,表示钢的平均含碳量,单位是万分之一。如钢号45,表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。若钢中锰含量较高,则在钢号后附以符号“Mn”,如45Mn等。含Mn为0.350.6时将Mn标出。专门用钢在钢号后加字母。如20g钢为锅炉用钢 优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件。优质碳素结构钢中的低碳钢,强度和硬度不高,优质碳素结构钢中的低碳钢,强度和硬度不高,但塑性、韧性和焊接性能较好,常用于制造各种冲但塑性、韧性和焊接性能较好,常用于制造各种冲压件、焊接件和强
14、度要求不高的零件,如发动机油压件、焊接件和强度要求不高的零件,如发动机油底壳(图底壳(图5-6)、油箱、车身外壳、离合器盖(图)、油箱、车身外壳、离合器盖(图5-7)、变速叉、轮胎螺栓和螺母等。)、变速叉、轮胎螺栓和螺母等。中碳钢具有较高的强度和硬度,切削性能良好,中碳钢具有较高的强度和硬度,切削性能良好,经过热处理后具有良好的综合机械性能,常用于制经过热处理后具有良好的综合机械性能,常用于制造受力较大的汽车零件,如曲轴正时齿轮、飞轮齿造受力较大的汽车零件,如曲轴正时齿轮、飞轮齿圈、万向节叉、离合器从动盘、连杆等。圈、万向节叉、离合器从动盘、连杆等。高碳钢具有高的强度、硬度和弹性,常用于制造高
15、碳钢具有高的强度、硬度和弹性,常用于制造弹性件和耐磨件,如气门弹簧、离合器压盘弹簧、弹性件和耐磨件,如气门弹簧、离合器压盘弹簧、活塞销卡簧、空气压缩机阀片、弹簧垫圈等。活塞销卡簧、空气压缩机阀片、弹簧垫圈等。图图5-6 发动机油底壳发动机油底壳 图图5-7 离合器盖离合器盖 常用优质碳素结构钢在汽车上的应用常用优质碳素结构钢在汽车上的应用牌 号应用举例08驾驶室外壳、油底壳、油箱、离合器盖等15轮胎螺栓和螺母、发动机气门室罩、离合器调整螺栓、曲轴箱螺栓等20离合器分离杠杆、风扇叶片、驻车制动杆等35曲轴正时齿轮、半轴螺栓锥形套、机油泵齿轮、连杆螺母、汽缸盖定位销等45气门推杆、同步器锁销、变速
16、杆、凸轮轴、曲轴、离合器踏板轴及分离叉等50离合器从动盘等65 Mn 气门弹簧、转向纵拉杆弹簧、离合器压盘弹簧、活塞销卡簧等(三)碳素工具钢 钢号:T7,T8,T9,T10,T11,T12,T13 含碳量:在在0.65-1.35%之间,以千分之间,以千分之一表示含碳量,之一表示含碳量,T8钢为钢为C0.8 为为“碳碳”字字 含含Mn为为0.350.60时将时将Mn标出。标出。如如T8Mn钢。钢。碳素工具钢都是优质钢碳素工具钢都是优质钢。钢号后的钢号后的“A”字表示高级优质钢。如字表示高级优质钢。如T8A碳素工具钢-应用 碳素工具钢用来制造各种量具、刃具、模具等。T7、T8硬度高、韧性较高,可制
17、造冲头,锤子等工具。T9、T10、T11硬度更高,韧性适中,制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。T12、T13硬度很高、韧性较低制作锉刀,刮刀等刃具及量规、样套等量具。碳素工具钢使用前都要进行热处理。(四)铸造碳钢 铸钢有两种编号方法。机器零件用铸造碳钢的牌号由“ZG”碳钢的牌号组成。例如,ZG45、ZG15等。工程用铸钢的牌号由“ZG”(“铸钢”的汉语拼音字首)、最小的屈服强度值、最小的抗拉强度值组成。例如ZG200-400表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的工程用铸钢。铸钢的含碳量一般在铸钢的含碳量一般在0.150.6之间。之间。铸钢具有较好的机械性能、良好的焊
18、接性能,铸钢具有较好的机械性能、良好的焊接性能,但其铸造性能比较差,一般需要进行热处理,但其铸造性能比较差,一般需要进行热处理,以改善力学性能。以改善力学性能。铸钢在汽车上的应用铸钢在汽车上的应用 20 牌 号 应用举例ZG270-500机油管法兰、化油器活接头、车门限制器的限制块等ZG310-570进排气歧管压板、风扇过渡法兰、前减振器下支架、变速叉、起动爪等ZG340-640齿轮、棘轮等合金钢编号规则 1、合金结构钢 2、合金工具钢 3、特殊性能钢合金结构钢编号规则钢号由三部分组成:数字+元素+数字钢号前的两位数字表示平均含碳量,以万分之几表示。合金元素以化学元素符号表示;合金元素后的数字
19、表示含合金元素量(M),以百分之几表示;如果平均M1.5时一般不标明含量数字;如果M1.5、2.5%、3.5%、4.5%时分别标以2、3、4、5如36Mn2Si:平均约0.36%C,1.5-1.8%Mn,0.4-0.7%Si;合金结构钢均是优质钢,若是高级优质钢,在钢号后加以“A”字。例如:38CrMoAlA钢0.38C、含Cr、Mo、Al均1.5,高级优质合金结构钢。合金工具钢编号规则与合金结构钢大体相同,不同之处在于含碳量的表示方法。若含C1.0时,在钢号前不标含碳量数字,如Cr12钢,C 1.0。含C1.0时,以千分之几(一位数字)表示含碳量。如9CrSi钢,C0.9。合金元素以百分之几
20、表示,方法与合金结构钢相同。9Mn2V:0.85-0.95%C,1.7-2.0%Mn,0.1-0.25%V 特殊性能钢特殊性能钢,如不锈钢、耐热钢,与工具钢表示碳含量方法相同,也以千分之一为单位的一位数字表示碳含量。以百分之一表示含合金元素量。1Cr18Ni9Ti钢C0.1、Cr 18、Ni 9、Ti1.5%但若含碳量0.03%及 0.08的钢,在钢号前分别冠以“00”及“0”。如00Cr18Ni10,0Cr18Ni9Ti 特例铬滚动轴承钢:在钢号前注明“滚”或“G”,其后为Cr+数字。数字表示含Cr量的千分之几。例如,GCr15钢,Cr为1.5。在高速钢的钢号中,一般不标出含碳量,只标出合金
21、元素平均含量的百分之几。如W18Cr4V,0.7-0.8%C;W6Mo5Cr4V2,含0.8-0.9%C.1.钢号:Q195、Q215、Q235-A.F钢、Q235-A.b钢、Q235-C钢、Q255、Q275等2.性能与用途:1)Q195、Q215、Q235、Q235B等钢塑性较好,有一定的强度,通常轧制成钢筋、钢板、钢管,用于桥梁、建筑物等构件。2)Q235C、Q235D钢可用于重要的焊接件。3)Q255、Q275钢强度较高,可轧制成型钢或钢板。一一.工程结构钢工程结构钢(一)(一)普通碳素结构钢普通碳素结构钢2 结构钢1.钢号:Q295(12Mn)、Q345(12MnV,16Mn)、Q3
22、90(15MnV)、Q420、Q460等 2.成分特点:(1)低碳。由于韧性、焊接性能和冷成形性能高,故含碳量0.2%(2)主加元素为Mn,产生固溶强化效应;还有少量Ti、V等元素,在钢中形成细碳化物或氮化物,阻碍A晶粒的长大。3.性能与用途:(1)性能高强度、高韧性、良好的焊接性及冷成形性和耐蚀性。(2)用途1)低强度钢 Q295、Q345 钢制造工程结构,可使重量减轻2030。2)中级别强度钢 Q390 钢用于桥梁、船舶、锅炉等大型结构件。4.热处理;热轧空冷使用,s500MPa;(二)普通低合金结构钢(普低钢)(二)普通低合金结构钢(普低钢)低合金结构钢在汽车上常用于制造车架纵、横梁低合
23、金结构钢在汽车上常用于制造车架纵、横梁和前保险杠等结构件。和前保险杠等结构件。常用低合金结构钢在汽车上的应用常用低合金结构钢在汽车上的应用牌 号 应用举例Q295 水箱固定架底板、风扇叶片、车架横梁等Q345 车架纵梁、车架横梁、油箱托架、车架角撑、蓄电池固定筐后板等Q390 车架前横梁、车架中横梁、前保险杠、车架角撑等1、钢号:1)低淬透性:15,20Mn2,20Cr,20MnV,20CrV 2)中淬透性:20CrMn,20CrMnTi,20Mn2TiB,20SiMnVB 3)高淬透性:18Cr2Ni4WA,20Cr2Ni4A,15CrMn2SiMo2、渗碳钢的成分特点:低 碳:一般为0.1
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