金属工艺学第五章1.

1第五章机械工程材料本章重难点•钢的种类、牌号、性能和用途2第五章主要内容•钢材•铸铁•有色金属及其他材料•零件的失效与材料的选用原则3第一节钢材本节重点：•结构钢的分类，牌号，性能。本节难点：牌号种类加工工艺特点大致化学成分用途与性能4第一节钢材钢的简介常用钢材炼铁与炼钢5一、炼铁与炼钢1、炼铁工艺流程6炼铁72、炼钢工艺流程炼钢的主要原理在高温下，用氧气或铁的氧化物把铁水中所含的过量的碳和其他杂质转变为气体或炉渣除去。8炼钢9二、工业用钢的简介钢的分类残存元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用101、钢的分类1）.按化学成分分类:非合金钢低合金钢合金钢普通质量钢优质质量钢特殊质量钢一、钢的概述2）.按质量等级分类:113）.按主要性能及使用特性分类：钢非合金结构钢结构钢工具钢特殊性能钢一、钢的概述低合金结构钢合金结构钢碳素工具钢合金工具钢高速工具钢不锈钢耐热钢耐磨钢122、残存元素在钢中的作用钢中基本元素为：Fe、C；残存元素主要有：Si、Mn、S、P一、钢的概述4）P冷脆3）S热脆2）SiwSi0.37%，影响不大。1）MnwMn=0.25%－0.8%，影响不大。5）氢、氮和氧气孔、夹杂、化合物133、合金元素在钢中的作用•淬透性低：一般，碳素钢水淬的最大淬透直径为10－20mm。•强度和屈强比较低：强度的有效利用率低。•回火稳定性差：不宜获得优良的的综合性能回火温度↓，强度↑，但韧性↓；回火温度↑，强度↓，但韧性↑；•不能满足特殊性能的要求：一、钢的概述1）、碳素钢的不足：142）、合金元素在钢中的作用•对钢基本相的影响•对Fe-Fe3C相图的影响•对热处理的影响一、钢的概述15•溶入、强化铁素体：原因：固溶强化•溶入渗碳体或形成特殊碳化物：强度、硬度和耐磨性提高，而塑性和冲击韧性下降。但经热处理，使碳化物呈颗粒状，强度、硬度上升，而冲击韧性不下降。（1）、对钢基本相的影响（F、Fe3C）一、钢的概述16（2）、对Fe-Fe3C相图的影响•对奥氏体相区的影响：使奥氏体区扩大：如Mn、Ni等，使A1、A3、Acm线下降，使奥氏体区缩小：如Cr、Mo等，使A1、A3、Acm线上升，•使S点、E点左移：一、钢的概述17（3）对热处理工艺的影响•对奥氏体化的影响。减慢奥氏体化速度：碳化物形成元素一、钢的概述•对过冷A转变的影响除Co外，大多数合金元素溶入A，使C曲线右移，增大A的稳定性。•对奥氏体晶粒大小的影响阻碍奥氏体晶粒的长大：强碳化物形成元素18二、常用钢材非合金钢低合金钢合金钢191、常用非合金钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢工程用铸造碳钢二、常用工业用钢20牌号：屈服点＋屈服点数值＋质量等级符号＋脱氧方法Q235A（B、C、D）F（b）1）、碳素结构钢wc=0.09%~0.33%1、常用的非合金钢应用举例：可制作一般工程结构及普通机械零件，钢板、钢带、各种型钢等。Q195、Q215作薄板，钢筋等；Q235、Q255常作螺栓、螺母、拉杆等零件性能：含碳量低、塑性好、焊接性能好。热处理：一般不经热处理，在热轧状态下使用。21牌号：阿拉伯数字＋元素符号两位数字(表示平均含碳量的万分之几)元素符号：F，b-代表沸腾钢和半镇静钢；Mn-含锰较高的钢种。A、E-高级、超级优质2）、优质碳素结构钢wc=0.05%~0.75%1、常用的非合金钢应用举例：较重要机械结构零件。热处理：一般需热处理，由含碳量和使用要求进行22优质碳素结构钢的分类1、常用的非合金钢名称含碳量常用牌号性能用途常用热处理低碳钢wC≤0.25％0810152025塑韧性好强度、硬度低冲压件渗碳件（渗碳+淬火+低温回火）中碳钢0.30％≤wC≤0.60％30354045505560综合力学性能好调质（淬火+高温回火）耐磨部位（表面淬火+低温回火）高碳钢wC0.60％6570强度、硬度高，塑、韧性低，弹性好弹簧钢（淬火+中温回火）工具钢（正火+球化退火+淬火+低温回火）233）碳素工具钢wc=0.65%~1.35%牌号：T＋数字＋元素符号T：“碳”，数字：wc(以千分之几计)。例如：T7、T8元素符号Mn：较高含锰量；例如：T8MnA：高级优质碳素工具钢;例如：T10A。1、常用的非合金钢力学性能：含碳量高、硬度大、塑性差。24热处理：正火+球化退火＋淬火＋低温回火应用举例：用于制做低速、手动刀具及常温下使用的工具、模具、量具等。T7、T8－－凿子，冲子；T10－－锯条；T12－－锉刀。锉刀手锤25常用非合金钢（碳素钢）1、常用的非合金钢264）工程用铸造碳钢牌号：ZG＋数字1＋数字2ZG：“铸造用钢”，数字1：屈服强度数字2：抗拉强度二、常用工业用钢制作形状复杂的重型机械、矿山机械、冶金机械等。272、低合金钢二、常用工业用钢1)低合金高强度结构钢指低碳低合金工程结构用钢。牌号：与碳素结构钢基本相同。“Q”+屈服强度值+代表产品用途的符号例如：Q345R、Q420力学性能：高强度、高韧性和良好的焊接性和冷成形性能。应用举例：桥梁、船舶、锅炉、输油输气管道等。热处理：一般在热轧空冷状态下使用282、低合金钢2）低合金耐候钢3）低合金专业用钢即耐大气腐蚀钢，在低碳低合金的基础上加入少量Cu、Cr、Ni、Mo等，使其在金属表面形成一层保护膜。特殊的低合金结构钢，如低合金钢筋钢，铁道用低合金钢、矿用低合金钢等等。29Q390钢（15MnVN）30卢浦大桥31武汉长江大桥结构钢性能对比32南京长江大桥结构钢性能对比33芜湖长江大桥结构钢性能对比34结构钢应用举例：芜湖长江大桥：2000.9.30,Q370qE(14MnNbq)主跨跨度312m，长10616米。二、常用工业用钢武汉长江大桥：1957.10，Q235，主跨跨度128m，长1600多米；南京长江大桥：1968.12，Q345，主跨跨度160m，长6700多米；(16Mn)353、常用合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢高速工具钢36二、常用工业用钢1）常用合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢：合金弹簧钢：37化学成分：wc＝0.10%-0.25％属低碳范围a）.合金渗碳钢：指经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。1)、合金结构钢牌号：数字＋元素符号＋数字(元素含量)例如：20Cr、20MnV、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等力学性能要求：表硬里韧应用举例：承受冲击载荷和摩擦磨损的齿轮等零件。热处理：渗碳＋直接淬火(或渗碳＋二次淬火)＋低温回火3839化学成分：wc＝0.25-0.5％属中碳范围主加元素为：Mn、Cr、Si、Ni，辅加元素为V、Mo、Ti、W。牌号：含义同合金渗碳钢例如:40Cr、40MnB、40MnVB、30CrMnSi、40CrMnMo、力学性能要求：既强又韧b）.合金调质钢：指经过调质处理后使用的中碳合金结构钢。1）、合金结构钢应用举例：重荷载+冲击作用的一些重要零件，机床主轴、曲轴。热处理：淬火＋高温回火（回火索氏体）40曲轴连杆4140Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线42牌号：同合金渗碳钢例如：60Si2CrA、50CrVA、30W4Cr2VA等力学性能：高强度、高屈强比，高的疲劳极限，一定的塑、韧性，耐热性或耐蚀性c）.合金弹簧钢：指用于制造弹簧或其它弹性零件的钢种。1）、合金结构钢化学成分：wc＝0.45％-0.7％；应用举例：各种弹簧。广泛用于汽车、拖拉机上的减振弹簧、螺旋弹簧和气缸安全阀弹簧等。热处理：淬火＋中温回火（回火托氏体）43汽车板簧阀门弹簧44大型热卷弹簧热卷大弹簧452）、合金工具钢a）量具刃具钢Wc＝0.9%～1.5％主要制造各种形状复杂、截面尺寸较大的低速切削刃具。牌号：数字＋元素符号＋数字ω(c）≥1.0%,不标；ω(c）＜1.0%,以千分之几表示；合金百分含量，同合金渗碳钢热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火举例9SiCr：板牙、丝锥、冷冲模；用来制造各种刃具、量具、模具的合金钢46量具刃具472）、合金工具钢b）耐冲击工具钢在CrSi钢的基础上，加入2.0～2.5％的W，主要制造风动工具、錾、冲模、冷作模具等。c）冷作模具钢用于制作冷塑性变形的模具，如冷冲模、冷镦模和冷挤压模等482）、合金工具钢d）热作模具钢e）塑料模具钢用于制作热变形加工的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模等493、高速工具钢二、常用工业用钢Wc＝0.7％～1.2％，并含有大量的W、V、Mo和较多的Cr，用于制作高速切削刃具。热处理的特点：淬火加热温度高－－－1200℃以上；回火温度高－－－－－560℃；次数多－－－－－－－3次。车刀铣刀钻头504、特殊性能钢不锈钢二、常用工业用钢耐热钢耐磨钢511）不锈钢定义:在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢概念:*钢在空气中的年腐蚀量≤0.01mm－－空气中使用的不锈钢。*钢在强酸、强碱介质中的年腐蚀量≤0.1mm－－在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。52•高铬a)成分特点•低碳提高铁的电极电位，不发生电化学腐蚀；当Cr含量大于12%时，形成致密的氧化膜(Cr2O3)，防止继续氧化。一般不锈钢含碳量较低，只有要求高硬度和耐磨性的不锈钢才能适当地提高含碳量。53b)分类•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。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。5455•马氏体型不锈钢化学成分特点:Wc=0.1～0.4%WCr=13%热处理特点:正火后的组织是马氏体。用途:用作耐蚀性低、强度要求高的构件。如弹簧、汽轮机叶片、水压机阀及医疗器械等。b)分类56b)分类化学成分特点: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。•奥氏体型不锈钢57用途:化工容器、管道等。大型化工储罐(304)管板换热器(304)582）.耐热钢在高温下--热化学稳定性和热强性的钢。二、常用工业用钢•用途：热工动力机械（燃气轮机、锅炉、内燃机）、化工机械、石油装置和加热炉等高温下工作的构件。•抗氧化钢、热强钢59603）.耐磨钢性能:表面硬度高、耐磨、心部韧性、强度高。常用牌号为ZGMn13，也称高锰钢。二、常用工业用钢用于运转过程中承受严重磨损和强烈冲击的零件。特点:高碳:Wc＝0.9％-1.5％－保证耐磨性和强度；高锰：wMn＝11％-14％－提高加工硬化速率；硅：改善钢的流动性，固溶强化和加工硬化能力61球磨机挖掘机颚式破碎机耐磨钢的应用二、常用工业用钢广泛用于要求耐磨、耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。铁路道岔履带62工业用钢小结1、以结构钢为重点，掌握常用工业用钢的分类，牌号，性能等。做到：牌号种类加工工艺特点大致化学成分用途与性能