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《机械工程材料与热加工工艺》第五章 工业用钢.ppt

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《机械工程材料与热加工工艺》第五章 工业用钢.ppt
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第五章 工业用钢,以铁为主要元素,碳的质量分数一般在2%以下,并含有其他元素的材料称为钢. 按照化学成分分为:碳钢和合金钢两大类。 碳钢:指碳含量wc2.11%的铁碳合金。 合金钢:指为改善钢的组织、性能,在冶炼时特意加入合金元素的钢。,钢材及其生产过程,一、钢铁材料的生产过程 铁矿石 生铁 钢锭 型材,,,,,铸铁,轧制、挤压、拉拔、锻造等压力加工方法,1、生铁的冶炼 原料:铁矿石 燃料:焦炭 熔剂:石灰石 设备:高炉,2、钢的冶炼 原料:生铁、废钢 燃料:焦炭 熔剂:石灰石;氧化剂,脱氧剂 设备:电弧炉,,,,(钢板、型钢、钢管),,高炉,电弧炉,一、碳钢中的长存杂质元素及其作用,碳钢中除铁以外的主要元素是碳,其它长存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等,还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气体元素。,第一节 概 述,1、有益元素锰——能溶于F,使F强化,也能溶于渗碳体,提高其硬度;能增加并细化P,从而提高钢的强度和硬度;可与S形成MnS,以消除硫的有害作用。一般钢中WMn0.8%,对钢的性能影响不显著。硅——能溶于F使之强化,从而使钢的强度、硬度、弹性都得到提高。一般钢中Wsi0.4%,对钢的性能影响不显著。,,2.有害元素: 硫 ——形成低熔点的FeS,使钢产生热脆。 热脆: FeS与Fe形成的熔点(989℃ )共晶体分布在奥氏体晶界上;当钢加热到1000-1200℃进行锻压或轧制时,由于晶界上的共晶体已经熔化,使钢在晶界开裂。这种现象称热脆。磷——部分溶于F形成固溶体,部分在结晶时形成脆性很大的Fe3P,使钢在室温下的塑、韧性急剧下降。 冷脆:低温时由磷导致钢严重变形的现象称钢的冷脆,通常钢材的质量等级以硫磷含量的控制来划分,3.气体元素(钢中有害元素):,O、H、N三种气体元素在高温时融入钢液,而在固态钢中溶解度极小,冷却时来不及溢出而积聚在组织中形成高压细微气孔,使钢的塑性、韧性和疲劳强度急剧降低,严重时会造成裂纹、脆断,是必须严格控制的有害元素。,常用合金元素: 非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al 碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe 强 中强 弱,二、合金元素在钢中的作用,分析: 合金元素对钢中基本相的影响; 合金元素对Fe—Fe3C相图的影响; 合金元素对相变过程的影响。,(1)、强化铁素体,1、合金元素对钢基本相的影响,合金元素溶于F →形成合金铁素体 → 固溶强化(Ni强韧化效果最好),,(2)、形成碳化物,(Fe)Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr,弱碳化物形成元素 形成合金渗碳体 (FeMn)3C 中强碳化物形成元素 形成合金碳化物 (Cr7C3) 强碳化物形成元素 形成特殊碳化物(VC,TiC),熔点、硬度和稳定性: 特殊碳化物 合金碳化物 合金渗碳体 Fe3C,当合金元素溶入γ-Fe之后,γ相(合金元素溶于γ-Fe中形成的固溶体)所在的温度范围会改变。在纯铁中, γ-Fe的存在温度范围是1394~9120C之间。而溶入合金元素以后,γ相区的温度范围就会扩大(A3下降,A4上升)或缩小(A3上升,A4下降),故相应地使Fe—Fe3C相图中的γ相区也就扩大或缩小。,2、合金元素对Fe—Fe3C相图的影响,(1) 扩大奥氏体区的合金元素,Mn、Ni、Co等元素。,作用: 使A1线温度下降, A3线温度下降——E、S点左下移 。,Mn 元素对奥氏体区的影响,,若含量足够高,可使单相A扩大到常温,即常温下保持稳定的A组织—可获得奥氏体钢:1Cr18Ni9,,(2) 缩小奥氏体区的合金元素,Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。,作用: 使A1线温度上升, A3线温度上升——E、S点左上移 若含量足够高时,可使钢在高温与常温保持F组织。—可获得铁素体钢1Cr17,,Cr 元素对奥氏体区的影响,,(3) 改变共晶点和共析点参数的元素,几乎所有的合金元素。,作用: 使S点和E点的成分向左移,即使钢的共析含碳量和A对C的最大固溶度降低。 若含量足够高时,可以在WC=0.4%的钢中产生共析组织,在WC=1.0%的钢中产生Ld组织。 由于S点左移,在退火状态合金钢中珠光体的相对量较相同含碳量的碳钢为多,因此钢的强度也较高。,因此,对于含有强碳化物形成元素的合金钢,即使采用较高淬火温度和较长的保温时间,钢的晶粒也不会粗大。但对于锰钢来说,由于其奥氏体晶粒易于长大在淬火时应严格控制加热规范。,3、合金元素对钢相变过程的影响,除Mn 、P元素外,所有合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。,(1)、合金元素对加热时奥氏体形成的影响,强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长 大(Ti、V、Zr、Nb 等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长 大(Si、Ni、Cu、Co 等)。,(2) 合金元素对过冷奥氏体转变的影响,除 Co 元素外, 所有的合金元素均使钢的C曲线向右移。,除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。,由于合金钢具有较高的淬透性,所以合金钢淬火通常是油淬。,提高钢的淬透性, 常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。,(3) 合金元素对回火转变的影响,1)提高回火稳定性 有V、Si 、 Mo、W、Ni、Mn、Co等合金元素,,回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗软化的能力。,合金元素可使回火各阶段的转变速度大大减慢,转变温度明显提高,从而提高了钢的回火稳定性。,因此,在含碳量相同的条件下,要得到同一硬度和强度时,则合金钢的回火温度要高,保温时间要长,这对消除残余应力、提高韧性、稳定组织都是非常有利的。,W、Mo、V 等碳化物在550℃~ 600℃时,使钢达到最高硬度, 产生二次硬化。,,2) 产生二次硬化,二次硬化是指钢在二次或多次回火后硬度提高的现象,这种二次硬化现象在工具钢中是很有意义的。,,,,,3) 引起回火脆性 第二类回火脆性是指含有Cr、Mn、Cr-Ni等元素的合金钢淬火后,在脆化温度区(400~5000C)回火,或经更高温度回火后缓慢冷却,通过脆化温度区所产生的脆性。,Cr-Ni 钢的回火脆性示意图,防止第二类回火脆性的产生的方法:,在500~600 ℃快速冷却 加入合金元素W、Mo,,,三、钢的分类和编号原则,(一)钢的分类 1、按化学成分分类: 有碳素钢与合金钢两大类;,按合金元素总含量分: (1)低合金钢 (含量≤5%) (2)中合金钢(含量5~10%); (3)高合金钢(含量≥10%)。,按碳的含量分类: (1)低碳钢 wc≤0.25% (2)中碳钢 wc=0.25%~0.6% (3)高碳钢 wc≥0.60%,2、按质量分类: (1)普通钢 钢中S≤0.050%,P≤0.045% (2)优质钢 钢中S≤0.035%,P≤0.035% (3)高级优质钢 S≤0.030%,P≤0.030% (4)特级优质钢 S≤0.015%,P≤0.025%,3、按用途分类 (1)结构钢 主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种机械零件(如齿轮、轴、螺柱、弹簧等) (2)工具钢 主要用于各类刀具、量具和模具,如丝锥、扳牙、刮刀、锯条、冲模等。 (3)特殊性能钢 具有特殊的物理或化学性能,包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。如锅炉钢、船用钢、易切钢等。,4、按钢液脱氧程度分类 (1)沸腾钢( F) 沸腾钢脱氧不完全,组织不致密,成分不均匀,性能较差。 (2)镇静钢( Z) 镇静钢脱氧完全,组织致密,成分较均匀,性能较好。优质钢和高级优质钢多为镇静钢,通常不再标注镇静钢代号。 (3)半镇静钢( b) 半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。,(二)、钢的编号原则,1、碳素钢的编号原则:,牌号:Q+屈服点数值+质量等级符号+脱氧方法符号质量等级:用A、B、C、D、E表示硫磷含量不同。 脱氧方法:F、b、Z、TZ依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢(Z、TZ可省略)。,例:,Q235AF,代表屈服点σS=235MPa,质量为A级的沸腾碳素结构钢,(1)碳素结构钢:,(2)优质碳素结构钢:,牌号:两位数字表示 (数字表示含碳量万倍),如40,表示钢中平均含碳量为0.40%。,*若钢中锰的含量较高(WMn的含量为0.70%~1.20%)时,在数字后面附化学元素符号Mn,如65Mn,表示钢中平均含碳量为0.65%,Mn的含量为0.70%~1.00%的优质碳素结构钢。,符号如果是F则表示是沸腾钢。例:08F 15F,牌号:用T+两位数字表示(数字表示钢中平均含碳量的千倍),如T8:表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。,(3)碳素工具钢,*若钢中锰的含量较高(WMn的含量为0.40%~0.60%)时,在数字后面附化学元素符号Mn,*若为高级优质钢时,在数字后面加A,如T8MnA:表示碳的平均含碳量为0.8% ,Mn的含量为0.40%~0.6%的高级优质碳素工具钢。,,(4)铸造碳钢(铸钢),如ZG230—450,牌号:ZG屈服强度—抗拉强度H(单位MPa),*加H(焊):该钢是焊接结构用碳素铸钢,表示屈服强度σS≥230MPa ,抗拉强度σb≥400MPa的铸钢。,2、合金钢的编号方法,(1)低合金高强度钢表示方法与碳素结构钢相同。例:Q345A 表示屈服点σS =345Mpa、质量等级 A的低合金高强度结构钢。,含碳量+所含合金元素的种类(元素符号)+含量 一般牌号的首部是表示碳的平均质量分数的数字, 对于结构钢,以万分数计;对于工具钢以千分数计。,1)合金结构钢,60Si2Mn,09Mn2,2)合金工具钢,9Mn2V,平均含碳量1.0%时,牌号前以千分之几表示,CrWMn,平均含碳量≥1.0%时,牌号前不标数字,高速工具钢牌号中不标出含碳量 W18Cr4V,(2)合金钢的牌号,当钢中某合金元素的平均质量分数1.5,2.5……时,在该元素后面相应的用整数2,3…… 表示近似含量。,(3)滚动轴承钢,GCr15SiMn,(4)特殊性能钢,牌号:G+Cr+含量(千分之几表示),牌号:与合金工具钢基本相同 如3Cr13,当含碳量≤0.08%时,牌号前加“0”,0Cr19Ni9,当含碳量≤0.03%时,牌号前加“00”,00Cr30Mo2,第二节 结构钢,用于制造各种机器零件和工程结构的,称结构钢. 结构钢在机械制造中应用最广,用量最大,一、碳素结构钢:,用途:是工业中使用最大的一种结构钢。可用于制造不重要的机械零件。如薄板,铁丝,钉,小轴,螺栓,机座等。,化学成分: ωc=0.09%--0.33% ωMn=0.37%--0.65% ωsi=0.30% ωs≤0.035--0.05% ωp≤0.035%--0.045%,牌号:Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个级别质量等级:A、B、C、D四级,依次变优.,组织:较多的F+较少的P 性能:因为碳低,焊接性能好,一般在热扎状态使用,二、优质碳素结构钢:,化学成分:Wc=0.08%--0.85% Wsi=0.17%--0.37% Ws、p≤0.035%,一般在热处理后使用,牌号:08F、10F、15F;08、10、15……80、85;15Mn、20Mn、……65Mn、70Mn,1) 低碳钢化学成分:WC≤0.15% 组织:退火状态下,组织为较多的F和较少P 性能:σ和HBS低,而δ.ak好,锻压、焊接性好。 用途:08F、10F、15F 冷变形加工成型件如:机壳、容器。10~25钢 (渗碳钢)各种标准件、轴套等,2) 中碳钢 化学成分:WC=0.30%~0.6% 组织:F+P(调质后S回) 性能:σ、HBS比低碳钢略高,而δ、ak略低。具有良好的综合力学性能,切削加工性好,但焊接性一般。 用途:35 、40、45(调质钢)用于制作齿数、主轴及连杆等重要的机械零件。其中45钢常用。,3) 高碳钢 化学成分:WC0.60% 组织:T回 (淬火+中温回火) 性能:在淬火+中温回火后,具有较高的σ和良好弹性也叫弹簧钢。具有较好的耐磨性和中等硬度。 用途:主要用于制作弹簧和易磨损的零件。,三、低合金高强度结构钢,1、成分:0.1~0.2%C,合金元素2~3% 主加元素:Mn —— 固溶强化 辅加元素:Ti,Cr,Nb —— 弥散强化,2、性能:较高的σs ,良好的塑性韧性, 焊接性,抗蚀性,冷弯性能。,3、牌号:Q295,Q345,Q390,Q420,Q460,4、使用状态:热轧或正火(F + P少量),5、用途:工程结构 —— 桥梁,船舶,车辆外壳、支架、压力容器,2008年北京奥运会主体育馆——“鸟巢”钢结构采用Q460.,Q460独到之处:Q460是一种低合金高强度钢,它在受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形(这意味着如果北京遭遇1976年唐山大地震一样的地震,“鸟巢”依然能保持原状)。 这个强度要比通常建筑用钢材超出一倍。因此生产难度很大。这是国内在建筑结构上首次使用Q460规格的钢材;而这次使用的钢板厚度达到110毫米,是以前绝无仅有的,在国家标准中,Q460的最大厚度也只是100毫米。 以前这种钢一般从卢森堡、韩国、日本进口。为了给“鸟巢”提供“合身”的Q460,从2004年9月开始,河南舞阳特种钢厂的科研人员开始了长达半年多的科技攻关,前后3次试制终于获得成功。 如今,为“鸟巢”准备的Q460钢材已经开始批量生产。,四、合金结构钢,金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入合金元素(如 Cr、Mn 、 Si、Ni 、 B等)形成的。 主要用于制造承受较大的交变应力和冲击负荷重要机械零件,如传动齿轮、汽车半轴、高速度重载的机床主轴和内燃机曲轴等。 对钢材的性能要求主要要求是良好的综合力学性能和高的淬透性。,1、合金渗碳钢,(1)成分:0.1~0.25%C —— 低碳量主加元素:Cr,Ni,Mn,B —— ↑淬透性(心部得M板条)辅加元素:W,Mo,V,Ti —— 细化晶粒(VC,TiC,耐磨性↑),(2)性能:表面——高的硬度、耐磨性心部——强而韧,(3)最终热处理:渗碳 + 淬火 + 低温回火组织:表层:高碳回火M + Fe3C或碳化物 + 残A(少量)心部:淬透:低碳回火M未淬透:F+P,(4)用途:受冲击和强烈磨损、摩擦的零件(各类齿轮、凸轮),合金渗碳钢应用举例:,(5)常用钢号:20Cr 20CrMnTi 18Cr2Ni4W淬透性: 低 中 高适用: 小齿轮 汽车变速齿轮 飞机齿轮,2、合金调质钢,(1)成分:0.25~0.5%C —— 中碳钢主加元素:Cr,Ni,Mn,Si —— ↑淬透性,强化基体辅加元素:W,Mo,V,Ti —— 细化晶粒, ↑回火稳定性,(2)性能:良好的综合机械性能,(3)热处理: 预备:正火——S——改善组织,消除锻造应力,便于切削加工 最终:调质——回火S——获得良好的综合机械性能 表面要求高硬度,耐磨,↑σ-1,→表面淬火+ 低温回火(回火M),(4)用途:受复合应力的重要结构件如汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件(齿轮、连杆、机床主轴),合金调质钢应用举例,(5)常用钢号:40Cr 30CrMnSi 40CrMnMo 淬透性: 低 中 高 适用: 截面尺寸小 截面尺寸较大 受重负荷、大截面尺寸,五、合金弹簧钢,(1)成分: 0.45~0.7%C (碳钢0.6 ~ 0.9%C)——保证↑σe主加元素:Mn, Si, Cr—— ↑淬透性,强化基体, ↑回火稳定性,(2)性能:高的σe 、σb 、σ-1 ,一定的塑韧性,(3)热处理: 热成型弹簧(尺寸大,60Si2Mn):加热成型→淬火+中温回火→喷丸(回火T )38 ~ 50HRC 冷成型弹簧(尺寸小,65Mn):冷拉钢丝 → 冷绕成型→ 去内应力退火(200 ~ 300℃),(5)常用钢号: 65Mn 60Si2Mn 50CrVA 锰钢 硅锰钢 铬钒钢 适用:¢≤15mm的弹簧 ¢≤25mm的弹簧 ¢≤35mm的弹簧 如: 机车弹簧 汽车弹簧 高速柴油机弹簧,(4)用途:弹性元件,,六、易切削用钢:,(2)牌号:在同类结构钢牌号前冠以“Y” 如Y20:表示易切削结构钢,其平均含碳量为0.2%。,(5)用途:成批、大量生产时,制作性能要求不高的紧固件和小型零件如螺钉,螺母等,(1)成分:0.08~0.5%C主加元素:S,P,Pb,Ca —— 改善切削加工性,(3)性能:良好的切削加工性(170~240HBS,塑性低),(4)热处理:一般不进行热处理,而是经冷墩、冷扎等冷压力加工和切削加工制成零件。,七、 滚动轴承钢,(1)成分: 0.95~1.15%C —— 硬、耐磨 主加元素:Cr(含量为0.40%--1.65%)—— ↑淬透性,耐磨 辅加元素:Si,Mn 有害元素S,P含量很低0.025% ——高级优质钢,(2)性能:硬、耐磨, ↑σ-1 ,一定的韧性,(3)热处理: 预备:球化退火——球状P(179~207HBS),改善切削加工性 最终:淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A,(5)常用钢号: GCr15、GCr15SiMn,(4)用途:滚动轴承元件(滚珠、滚柱、轴承套),,八、铸钢,如:ZG230—450,(1)牌号:ZG屈服强度最小值—抗拉强度最小值 H,H(焊):该钢是焊接结构用碳素铸钢,(3)用途:用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁,同时具有良好的塑性和韧性,适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件,如火车轮、大齿轮等,(2)热处理: 预备:正火(或)退火——改善组织,消除残余应力 最终:调质——提高综合力学性能(或表面淬火+低温回火)——提高耐磨性,第三节 工具钢,用于制造刃具、量具和模具等工具的钢,称为工具钢。 工具钢包括: 碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢,一、碳素工具钢,⑴成分: 0.65~1.35%C —— 较高硬度、耐磨性,⑵热处理: 预备:(正火后)球化退火——改善切削加工性 最终:淬火+低温回火——回火M+细粒渗碳体+残A ↑HRC、耐磨性,⑶常用钢号:T8 、 T10 、 T12 用于制作低速手用工具和小进给量的机用工具,亦可制作尺寸较小的模具和量具。 如:如凿子、锤、小钻头、手丝锥、挫刀、冲头、冲模、量具,二、合金工具钢,合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素形成的钢.,合金工具钢是制造刃具、量具和模具的钢种。不仅有更高的硬度和耐磨性,还具有更高的红硬性。,合金工具钢包括合金刃具钢、合金模具钢和量具钢.,(一)、合金刃具钢,⑴成分: 0.8~1.5%C —— 硬、耐磨Cr, W, Mn, V —— ↑淬透性、回火稳定性,细化晶粒,⑵热处理: 预备:球化退火——改善切削加工性 最终:淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A ↑HRC、耐磨性,⑶常用钢号:9SiCr,CrWMn,9Mn2V 用于制作低速刀具:丝锥,板牙,拉刀,(二)、合金模具钢,⑴成分: ≥0.9%C —— 硬、耐磨Cr, Mn ,W, Mo,V —— ↑淬透性、回火稳定性,耐磨性,(3)最终热处理:淬火+低温回火——回火M+粒状碳化物+残A (58~62HRc),(2)常用钢号: 9Mn2V,CrWMn —— 形状复杂模具Cr12,Cr12MoV —— 大型复杂模具,1、冷作模具钢,性能: 高硬度、耐磨性,足够的强度、韧性,⑴成分: 0.3~0.6%C —— 中碳Cr, Ni,Si,Mn ,W, Mo,V —— ↑淬透性、回火稳定性, ↑高温强度和韧性;产生二次硬化,细化晶粒防止高温回火脆性,(3)最终热处理:淬火+高温回火(中温回火) —— 回火S(回火T),(2)常用钢号:5CrNiMo —— 中小型热锻模 (亚共析钢)5CrMnMo ——中大型热锻模3Cr2W8V —— 压铸模 (过共析钢),2、热作模具钢,性能:高温足够的强韧性、耐磨性,良好的抗疲劳性、导热性、淬透性,(三)、量具钢,提高尺寸稳定性方法: 淬火 + 冷处理 + 低温回火 → 精磨 → 人工时效120℃,保温10~50h(消除残A) (稳定组织、尺寸),常用钢号:T10A,T12A ——简单量具(样板、塞规)9SiCr,CrWMn,GCr15——高精度量具(块规),性能要求:(1) 高硬度(大于56 HRC)和高耐磨性; (2) 高尺寸稳定性,在存放和使用过程中,尺寸不发生变化。,三、高速钢,⑴成分: 含碳量 0.7~1.2%C (不标),高硬度,高耐磨性合金元素 W,Mo,Cr,V——产生二次硬化, ↑热硬 性; ↑淬透性; ↑耐磨性,⑵热处理: 铸态:莱氏体中的共晶碳化物呈鱼骨状(力学性能降低) 锻造:使碳化物细化并均匀分布 预备:球化退火—— S+细粒状碳化物 最终:淬火(1280℃)+三次回火(560℃)——回火M+细粒状 合金碳化物+残A (63~66HRc),红硬性高(600℃),淬透性好——锋钢。,热处理特点:预热次数多→ 防变形开裂 淬火温度高→ 使合金元素尽可能多地溶入A,保证红硬性560℃回火 → 产生二次硬化 (弥散强化+二次淬火)回火次数多→ 消除残余A,及A向M转变产生的应力,⑶常用钢号: W18Cr4V(红硬性↑),W6Mo5Cr4V2(韧性↑). 广泛用作各种中、高速切削车刀、铣刀、钻头、齿轮刀具和拉刀等,,1)、常用硬质合金的分类与牌号,(1)钨钴类硬质合金 主要成分是碳化钨(WC)和粘结剂钴(Co)。 牌号用“YG+数字”表示,常用:YG6、YG8 (2)钨钛钴类硬质合金 主要成分是碳化钨、碳化钛(TiC)和粘结剂钴。 牌号用“YT+数字”表示,常用:YT30、YT14、YT5。 (3)通用硬质合金 主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽(或碳化铌)和粘结剂钴。 牌号用“YW+数字”表示,常用:YW1、YW2。,四、硬质合金,,2)、常用硬质合金的化学成分、性能与应用,(1)钨钴类硬质合金碳化钨的含量越高,粘结剂钴的含量越低,则合金的硬度、耐磨性、红硬性越高,抗弯强度和韧性越低。适宜于加工脆性材料(如铸铁等)。 (2)钨钛钴类硬质合金由于碳化钛的加入,提高了硬度、耐磨性和热硬性,但抗弯强度和韧性有所下降。同时,在合金表面形成一层氧化钛薄膜,切削时不易粘刀。适于加工韧性材料(如钢等)。 (3)通用硬质合金因含碳化钽(或碳化铌),有利于提高抗弯强度、硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化能力。可用来加工铸铁和各种钢材。,第四节 特殊性能钢,特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的一种高合金钢.它主要包括不锈钢,耐热钢,耐磨钢等.,一、不锈钢:能抵抗大气,酸,咸或其它介质腐蚀的钢。,不锈钢在石油化工、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得到广泛应用,例如化工装置中的各种管道、阀门和泵,医疗手术器械,防锈刃具和量具等。,常用的不锈钢可分三种:,马氏体型不锈钢,铁素体型不锈钢,奥氏体型不锈钢,,,马氏体型不锈钢,不锈钢船用螺旋桨,1Cr13, 2Cr13 淬火+高温回火(回火S) 耐蚀结构件 8Cr13 淬火+低温回火(回火M+碳化物+残A) 医疗器械、工具,含碳为0.1%--0.4%,含铬为12%--13%.主要用于力学性能要求不高,耐蚀性要求较低的零件.,,不锈钢剪刀,铁素体型不锈钢,这类钢的铬质量分数为17%~30%,碳质量分数低于0.15%.主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件,例如化工设备中的容器和管道等。,奥氏体型不锈钢,这类不锈钢属铬镍不锈钢,碳含量很低(约0.1%),耐蚀性很好。,常用:1Cr17,常用: 1Cr18Ni9等,热处理:固溶处理(淬火)→ 单相 A;区别于普通淬火:无相变,淬火后硬度低应用举例:耐酸容器,餐具,二、耐热钢,常用钢号:15CrMo,25Cr2MoVA 1Cr13,1Cr17,1Cr18Ni9Ti,性能要求:高温抗氧化性和高温热强度,三、耐磨钢 (就是高锰钢 如:ZGMn13),成分:1.1~1.3%C ,13%Mn,应用:挖掘机铲斗、坦克履带、铁轨道岔、保险箱、防弹钢板等,履带,铁轨分道叉,破碎机颚板,挖掘机斗齿,,(一)判断题 1.非合金钢中的常见元素硅可以消除硫的有害作用。 2.由于合金钢的C曲线向右移,临界冷却速度降低,从而使钢的淬透性下降。 3.非合金钢都要经过热处理后使用。 4.合金渗碳钢是典型的表面强化钢,所以钢中含碳量Wc0.25% 5.20CrMnTi是应用最广泛的合金调质钢。,6.由于45钢的品质优于Q235钢,故中碳钢的品质优于低碳钢。 7.由于T13钢中的含碳量比T8钢高,故前者的强度比后者高。 8.Q235A是指屈服点值为235Mpa,质量等级为A的碳素结构钢。 9.55钢和T10钢都属于优质碳素结构钢。 10.硫是钢中有害元素,主要是由于硫使钢出现冷脆现象。 11.磷是钢中有害元素,主要是由于磷在高温时会使钢出现冷脆现象,(二)选择题 1.钢中的____元素引起钢的热脆,钢中的_____元素引进钢的冷脆。 A. Mn B. S C. Si D. P 2.不太重要的机械零件及建筑结构中的工字钢、槽钢、钢筋等选用_____________ A. Q235 B. Q195 C. Q295 D.Q255 E. 08F 3.机床齿轮、轴、汽车半轴,常选用___________. A. 40Cr B. 45 C. 35CrMoAl 4.沙发中的弹簧选用____________ A. 60Si2Mn B. 60 C.50CrVA 5.大多数合金元素都能溶于铁素体,产生固溶强化,使铁素体_________ A. 强度、硬度提高 B.塑性下降 C.韧性下降,6.采用20Cr制造的活塞销,需经__________处理 A.调质 B.渗碳 C.淬火+回火 7.弹簧钢的热处理采用____________ A.淬火+低温回火 B.调质处理 C.淬火+中温回火 8.冷作模具钢的最终热处理一般为__________ 调质 B.球化退火 C.淬火+低温回火 9.为减小铸件的变形,防止开裂,大型铸件在切削加工前应进行( )。 A.软化退火 B.时效处理 C. 正火 10.钳工工具锉刀宜选( )钢制造,木工凿子宜选( )钢制造。 A.T8 B.T10A C.T12 D.Q235 11.下列钢号中,( )是合金渗碳钢,( )是合金调质钢。 A.20 B.45Mn2 C.45 D.20CrMnTi E.40Cr,作 业 5 1.为什么一般的钳工用锯条在烧红后置于空气中冷却即变软,并可进行加工,而机用锯条烧红后(约9000C)空冷,却仍具有相当高的硬度。 2.W18Cr4V钢的wc=0.79%~0.8%,Ac1≈8200C,请回答: (1)为什么W18Cr4V钢的铸态组织中有莱氏体存在? (2)按一般工具钢淬火温度,在淬火回火后能否达到高速切削刃具的性能要求? (3)用W18Cr4V钢制造的刃具在正常淬火后要进行5600C的三次回火,为什么?,3.指出下列牌号钢的名称·数字及符号含义,主要用途举1~2例 Q235;20钢;45钢;60钢;Q345;20CrMnTi;40Cr;GCr15;60Si2Mn;W18Cr4V;1Cr18Ni9;1Cr13;9SiCr;CrWMn;W6Mo5Cr4V2,
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本文标题:《机械工程材料与热加工工艺》第五章 工业用钢.ppt
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