机械工程材料成型及工艺15

合金刃具钢种类:低合金刃具钢;高速钢。牌号:合金元素及含量千分之几的含碳量9SiCrW18Cr4V1.低合金刃具钢1）.性能要求:高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性,工作温度不超过300℃。2）.化学成分特点:*高碳*加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素。3）.热处理特点:球化退火淬火+低温回火9SiCr钢板牙热处理工艺曲线板牙2.高速钢(high–speedsteel)(1)性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上)、有一定的强度和韧性。高速钢---锋钢、风钢;常用W18Cr4V：18–4–1钢车刀铣刀钻头(2)化学成分特点:高碳0.7～1.5%:钨18%:钼5%:铬4%:钒1.5%:保证高硬度退火状态下形成M6C碳化物,在560℃左右回火时,弥散析出W2C,造成二次硬化,提高钢的红硬性。1%Mo的作用等同于2%W。形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。形成VC,硬度极高,提高钢的硬度和耐磨性,产生二次硬化。(3)W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点铸造锻造球化退火机加工淬火+三次570℃回火磨削加工铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。W18Cr4V钢的铸态组织W18Cr4V钢的铸态组织W18Cr4V铸态组织420锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织210球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,为淬火作好组织准备。球化退火后的组织:S+粒状CmW18Cr4V球化退火组织420W18Cr4V钢的热处理过程示意图淬火:1280℃;淬火后的组织:M+Cm+A残(20～25%)W18Cr4V钢淬火组织W18Cr4V淬火组织300三次570℃回火在570℃回火时,产生二次硬化。三次570℃回火*淬火后A残约20～25%。*第一次回火后A残约剩15～18%。*第二次回火后A残约剩3～5%。*第三次回火后A残约剩1～2%。回火后的组织:M回+Cm+A残(1～2%)组织硬度为65HRC以上。W18Cr4V淬火+一次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织420特殊性能钢不锈钢(stainlesssteel)耐热钢(heat–resistantsteel)耐磨钢(wear–resistantsteel)一.不锈钢(stainlesssteel)1.定义:在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。2.概念:*在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内的钢,称为在空气中使用的不锈钢。*在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内的钢,称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。3金属腐蚀的机理.金属腐蚀的种类:1)化学腐蚀:金属与介质(干燥气体和非电解质溶液)发生化学反应而产生的腐蚀。例如:高温氧化、脱碳等。2)电化学腐蚀:金属与介质(电解质溶液,即酸、碱、盐溶液)发生电化学反应而产生的腐蚀。电化学腐蚀过程示意图珠光体（或碳钢）电化学腐蚀示意图4.金属的防腐措施:1)覆盖层保护:涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。2)形成氧化层:加入合金元素Cr、Al、Si等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。3)提高金属的电极电位:加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高金属基体的电极电位。4)使钢在室温下呈单相组织:加入合金元素Mn、Ni、Co等能扩大γ区,可在室温获得奥氏体钢。加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等能扩大α区,可在室温获得铁素体钢。5)减少与消除钢中的各种不均匀现象:偏析、应力、组织等。6)牺牲阳极保护阴极:镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的金属块。5.化学成分特点:*低碳:耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。*合金元素:主加Cr。辅加Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn等。6.常用的不锈钢:*马氏体型不锈钢*铁素体型不锈钢*奥氏体型不锈钢1)马氏体型不锈钢：Cr13型钢化学成分特点:Wc=0.1～0.4%WCr=13%热处理特点:正火后的组体是马氏体。牌号:1Cr13～4Cr13用途:医疗器械医用镊子2)铁素体型不锈钢化学成分特点:Wc=0.1%左右WCr=17%热处理特点:不能进行热处理强化。牌号:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑性好、强度低的容器、管道等。铁素体型不锈钢的用途硝酸生产装置合成氨生产装置3)奥氏体型不锈钢：18–8型钢化学成分特点:Wc=0.08～0.14%WCr=17～19%WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等。加工特点:不能进行热处理强化,只能冷塑性变形强化。热处理特点:固溶处理;稳定化处理;消除应力退火。牌号:0Cr18Ni9(304不锈钢）、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti用途:化工容器、管道等。大型化工储罐(304)管板换热器(304)1Cr18Ni9Ti固溶处理组织金相图1Cr18Ni9Ti固溶处理组织580七、铸铁目的：了解常用铸铁的性能特点；掌握铸铁的牌号；了解铸铁的应用。7.1铸铁的分类及石墨化铸铁是指一系列主要由铁、碳(大于2.11%）和硅组成的合金总称。7.1.1铸铁的分类（碳的存在形式）1．白口铸铁2．麻口铸铁3．灰口铸铁7.1.2铸铁的分类（石墨-Graphite的形态）（1）灰铸铁碳主要以片状石墨形式出现的铸铁；（2）可锻铸铁碳主要以团絮状石墨形式出现的铸铁；（3）球墨铸铁碳主要以球状石墨形式出现的铸铁；（4）蠕墨铸铁碳主要以蠕虫状石墨形式出现的铸铁。7.1.3铸铁的石墨化铸铁中石墨的形成过程称为铸铁的石墨化。影响铸铁石墨化的因素较多，其中化学成分和冷却速度是影响石墨化的主要因素。1．化学成分的影响（五大元素）碳和硅都是强烈促进石墨化的元素碳和硅都是强烈促进石墨化的元素；磷也是促进石墨化的元素，但其作用较弱；硫和锰是阻碍石墨化的元素。2．冷却速度的影响冷却速度快，铸铁容易产生白口铸铁组织；冷却速度慢，碳原子扩散充分，有利于石墨化过程充分进行，铸铁容易获得灰口铸铁组织。灰口铸铁1．灰铸铁的化学成分、组织和性能（1）化学成分灰铸铁的化学成分一般为：wC=2.5%～4．0%，wSi=1.0%～2．5%，wMn=O．5%～1.4%，wS≤O.15%，wP≤0.3%。(2)组织由于石墨化程度的不同，灰铸铁的组织有三种类型：铁素体(F)+片状石墨(G)；铁素体(F)—珠光体(P)+片状石墨(G)；珠光体(P)+片状石墨(G)。（3）性能力学性能石墨虽然降低了灰铸铁的力学性能，但却使灰铸铁获得了许多钢所不及的优良性能。优良的性能：①良好的铸造性能；②良好的减震性；③较低的缺口敏感性；④良好的切削加工性；⑤良好的减摩性；⑥良好的抗压性能。灰口铸铁牌号b类别牌号用途举例铁素体灰铸铁HTl00低载荷和不重要零件，如盖、外罩、手轮、支架等铁索体—珠光体灰铸铁HT150承受中等应力的零件，如底座、床身、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件珠光体灰铸铁HT200承受较大应力和较重要的零件，如汽缸体、齿轮、机座、床身、活塞、齿轮箱、油缸等HT250孕育铸铁HT300床身导轨，车床、冲床等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压油缸、泵体、阀体、衬套、凸轮，大型发动机的曲轴、汽缸体、汽缸盖等HT350球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种新型铸铁，它是经过球化处理后得到的。球化处理的方法是在铁液出炉后、浇注前加入一定量的球化剂(稀土镁合金等)和孕育剂，使石墨呈球状析出。1．球墨铸铁的化学成分、组织和性能（1）化学成分是：wC=3.6%～3.9%，wSi=2.0%～2.8%，wMn=0.6%～0.8%，wS0.04%，wP≤0.1%,wMg=0.03%～0.05%（2）组织球墨铸铁的组织可分为四种类型：铁素体(F)+球状石墨(G)，铁索体(F)-珠光体(P)+球状石墨(G)，珠光体(P)+球状石墨(G)，下贝氏体(B下)+球状石墨(G)。为铁素体球墨铸铁的显微组织。（3）性能球墨铸铁的力学性能与基体的类型以及球状石墨的大小、形状及分布状况有关。由于球状石墨对基体的割裂作用最小，又无应力集中作用，球墨铸铁基体的强度、塑性和韧性可以充分发挥，所以，球墨铸铁与灰铸铁相比，有高的强度和良好的塑性与韧性。它的某些性能可以与钢相媲美，如屈服点比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有灰铸铁的减震性、减磨性和小的缺口敏感性等优良性能。球墨铸铁中的石墨球的圆整度越好，球径越小，分布越均匀，则球墨铸铁的力学性能就越好。球墨铸铁牌号基体类型牌号用途举例铁素体QT400-15QT400-10阀体，汽车、内燃机车零件，机床零件，减谴器壳铁素体+珠光体QT500-7机油泵齿轮，机车、车辆轴瓦珠光体QT700-2QT800-2柴油机曲轴、凸轮轴．汽缸体、缸套，活塞环，部分磨床、铣床、车床的主轴等下贝氏体QT900-2汽车的螺旋锥齿轮，拖拉机减速齿轮．柴油机凸轮轴可锻铸铁可锻铸铁俗称玛钢、马铁。可锻铸铁的生产过程是：首先浇注成白口铸铁件，然后经可锻化退火（可锻化退火使渗碳体分解为团絮状石墨）而获得可锻铸铁件。可锻铸铁牌号类别牌号应用举例黑心可锻铸铁KTH300-06KTH330-08KTH350—10KTH370—12汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座等，机床上用的扳手，低压阀门，管接头，铁道扣板和农具等珠光体可锻铸铁KTZ550-04KTZ700-02曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，播臂，活塞环等小结重点要求碳钢和合金元素的分类；碳钢、合金钢的编号（合金结构钢、合金工具钢）；灰口铸铁和球墨铸铁的牌号；高速钢（用途和特点、热处理特点）。