车用金属材料

金属材料工业用钢铁材料：钢带一、碳钢的分类1．碳含量：低碳钢C%0.25%、中碳钢0.25C%0.6%、高碳钢C0.6%2．质量（S、P杂质含量）：普碳钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢3．按用途：碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢二、碳钢的牌号及作用1．普通碳素结构钢碳素结构钢分为五类20种，其牌号主要依据钢材的厚度（或直径）不大于16mm的钢的屈服强度数值进行划分，然后以钢的质量等级和脱氧方法进行细分。其牌号中符号的意义如下：Q——代表钢的屈服点字母。A、B、C、D——反映碳素结构钢中有害元素（S、P）含量多少的质量等级符号，按字母顺序，等级高含S、P量下降。F、b、Z、TZ——表示脱氧方法的符号。其中F——沸腾钢、b——半镇静钢、Z——镇静钢、TZ——特殊镇静钢。例如Q235A﹒F表示屈服强度为235MPa的质量等级为A级的沸腾钢。碳素结构钢新旧牌号对照和用途GB700－79牌号GB700－88牌号备注应用1号钢（A1、B1）Q195Q195的化学成分与B1同，力学性能与A1同塑性好，有一定强度。用于承受载荷不大的桥梁构件，也作铆钉、冲压件、焊接件A2Q215A——C2Q215B——A3Q235A——强度较高，塑性好。用于承受载荷较大的结构，也可制作转轴、心轴、拉杆、螺栓、螺母C3Q235B————Q235C用于重要焊接结构——Q235D用于重要焊接结构A4Q255A——强度更高。可制作链、销、转轴、轧辊、主轴等中等载荷零件C4Q255B——C5Q275不分等级，化学成分和力学性能均需保证2．优质碳素结构钢钢号用平均碳含量的万分数的数字表示。如：08F（F表沸腾钢），20A（后有“A”表高级优质钢），45，15Mn（表含Mn量高）。制作各种机器零件，一般进行热处理。08F塑性好，冷冲压件10，20冷冲压件，焊接件，渗碳处理。35，45，40，50齿轮、轴类60，65弹簧3．碳素工具钢0.65------1.35C%，用以制作刃具、量具、模具钢号用平均碳含量的千分数的数字和T一起表示。如：T10A（1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢）,T9（0.9%C）,T12（1.2%C,）T7，T8，强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头T9、T10、T11，强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。T12，T13，硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。4．铸钢“ZG”加平均碳含量万分数表示，如：ZG25（0.25%C），ZG45（0.45%C）形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件。一、合金钢的编号1．合金结构钢碳含量用万分数（两位）C％如40Cr，C%=0.4%（1）、合金含量用（百分数）表示,如20Cr3MoWVA,其中C%=0.2%,（2）、Cr%=3%,Mo,W,V1.5%.（3）、合金含量小于1.5%不标（4）、A：表示高级优质注2．合金工具钢，特殊性能钢（1）、碳含量大于1.0%时，不标注其含量。（2）、碳含量小于1.0%时，用千分数表示，如5CrMnMo，C％=0.5%注合金元素对钢的工艺性能的影响（1）铸造性能：Cr、Mo、V、Ti、Al使之恶化（2）塑性加工性能：热加工：Cr、Mo、W下降热塑性合金钢加热冷却需缓慢冷加工：固溶合金元素多提高冷加工硬化率，Si、Ni、Cr、Cu降低深冲性能Nb、Ti、Zr（改善硫化物形态）提高冲压性能（3）焊接性能：C%越高，合金元素多降低焊接性能少量V、Ti可提高焊接性能（4）切削性能（HB170-230）：一般合金钢比碳钢难切削易切削钢：S(0.08-0.30%)、P(0.08-0.15%)、Pb(0.10-0.30%)（5）热处理性能：淬透性（高）、变形与开裂倾向（大）、过热敏感性（P、Mn、Si大）、回火脆化倾向（P主导、Mn、Cr、Ni协同）、氧化脱碳倾向（Si大，Ni、Mo次之）五、合金结构钢和合金工具钢1、低合金高强钢①低C:＜0.2%②主加元素：以Mn、Si为主，Mn和Si固溶强化③辅加元素：V,Nb,Ti等元素细化组织Cu抗腐蚀成分特点与合金化原则：①高强度:σs＞300MN/m2（300-650MN/m2）②高韧性：低温韧性（低温工作），断裂韧性（焊接结构）③良好焊接性能和冷成形性能④较高耐腐蚀性（大气、海洋等环境）性能特点:用途：建筑结构一般供应状态(热轧空冷)下直接使用,不需热处理焊接结构可进行一次正火,改善焊区性能热处理特点按σs分6级（300、350、400、450、500、600MN/m2）:①低强度级别:16Mn一般工程结构②中等强度级别:15MnVN大型桥梁,锅炉,船舶,焊接结构.③高强度级别（500MN/m2）:18MnMoNb高压锅炉,高压容器典型钢号及其应用碳钢和低合金钢焊条成分特点与合金化原则：2、合金渗碳钢①低C:0.1%～0.25%②加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,B③加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍A晶粒长大和形成ｋ提高耐磨性④Ni增加渗层塑、韧性性能特点渗碳处理：①渗层硬度高,耐磨,抗接触疲劳,且有适当塑性,韧性②心部高韧性和足够强度③良好的热处理工艺性能用途：变速齿轮、凸轮轴、活塞销热处理特点使用态组织：表层：（HRC60-62）心部：(ak700kJ/m2)①淬透，低C的M′（HRC40-48）②未淬透，T＋M'＋F(少量)（HRC25-40）典型钢号及其应用低淬透性（800-1000MN/m2）:20Cr——冲击载荷小的耐磨件,如小轴,活塞销,小齿轮.中淬透性（1000-1200MN/m2）:20CrMnTi——有良好的力学性能和工艺性能,适合高速中载有冲击的耐磨件,如汽车、拖拉机重要齿轮,连轴器,十字销头.高淬透性（1200MN/m2）:18Cr2Ni4WA——重载大截面重要耐磨件,如柴油机曲轴,连杆①一次(二次)淬火②直接淬火正火——渗碳——尺寸稳定化处理(如冷处理)——低温回火重要零件——4、合金弹簧钢成分特点与合金化原则：①中高C：0.45%～0.70%②主加元素Si,Mn：提高淬透性，提高屈强比③辅加元素Cr,W,V：细化晶粒,耐冲击,高温强度好④控制杂质：优质（S≤0.04%,P≤0.04%）或高级优质（S≤0.03%,P≤0.035%）性能特点①高σe和σs,高屈强比②高疲劳抗力③足够塑韧性,能承受震动,冲击④有较好淬透性,不易脱C,易绕卷成形用途：弹簧典型钢号及其应用热处理特点①以Si,Mn合金化：65Mn,60Si2Mn用于汽车、拖拉机、机车的板簧和螺旋弹簧②以Cr,V,W合金化：50CrVA350℃～400℃以下重载、较大型弹簧如阀门弹簧、高速柴油机气门弹簧.①大型弹簧：热轧钢丝、钢板→热成形法弯曲成型→淬火+中温回火→喷丸②小尺寸弹簧：冷成形法铅浴450-550oC等温→冷拔钢丝→冷卷成型→去应力退火→喷丸→淬火+中温回火→冷卷成型→去应力退火→冷卷成型→淬火+中温回火5、滚珠轴承钢成分特点与合金化原则：①高C：0.95%～1.10%，GCr15中含C%≈1.5%②基本合金元素Cr（0.40-1.65％）：提高淬透性;细化ｋ;提高耐磨性和接触疲劳抗力;③辅加元素：Si,Mn提高淬透性;V提高耐磨性,防止过热④纯度要求极高（S0.02%,P0.027%）性能特点①高接触疲劳强度②高硬度和耐磨性③足够的韧性和淬透性④一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性用途：滚动轴承的滚动体、内外套圈精密量具、模具、机床丝杠典型钢号及其应用热处理特点①Cr轴承钢：GCr15——中小型轴承；冷冲模,量具,丝锥。②添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢：GCr15SiMo,GSiMnMoV——制造大型轴承.①正火：消除Cem网②球化退火：便于切削,使ｋ细小均匀,为淬火作准备③淬火：细针M+A④冷处理（-60～-80℃）：(精密零件)尺寸稳定⑤低温回火：M’⑥时效：120℃～140℃,10～20h去应力,稳定尺寸（2）合金模具钢性能特点冷模具钢①高硬度:HRC58-62②高耐磨性③足够韧性与疲劳抗力④热处理变形小热模具钢①高的热硬性和高温耐磨性②高的抗氧化性③高的热强性④足够高的韧性与热疲劳抗力用途——冷模具、热模具成分特点与合金化原则：冷模具钢①高C:1.1%②Cr,Mo,W,V提高耐磨性热模具钢①中C:0.3%～0.6%②Cr、Ni、Mn、Si提高淬透性③Mo、W、V二次硬化④Mo防止回火脆性，典型钢号及其应用①冷模具：一般——低合金刃具钢大型——Cr12型钢，Cr12MoV冷挤压模——6Cr4Mo3Ni2WV(基体钢)，Ni18Co9Mo5TiAl(马氏体时效钢)②热锻模：韧性高，热硬性不高：5CrMnMo、5CrNiMo热强度高：3Cr2W8V热处理特点与使用态组织①冷模具：低合金刃具钢：正火——球化退火——淬火＋低温回火Cr12型钢：950-1000oC淬火＋150-180oC低温回火1100-1150oC淬火＋510-520oC多次回火使用态组织：M‘＋合金ｋ＋少量A②热模具：热锻模：淬火＋550oC高温回火——S’-T’组织热压模：淬火＋600oC多次回火——M'＋粒状ｋ六、特殊性能钢――不锈钢1．抗腐蚀原理ａ.金属腐蚀的方法(化学腐蚀、电化学腐蚀)ｂ.金属腐蚀破坏的方式:①均匀腐蚀②晶间腐蚀③点腐蚀④应力腐蚀⑤腐蚀疲劳均匀腐蚀晶间腐蚀点腐蚀穿晶腐蚀不锈钢带2．常用不锈钢按照不锈钢在高温（900－1100℃）加热并在空气中冷却后的基本组织，不锈钢可以分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体－铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。种类含碳量热处理性能举例Cr12型马氏体不锈钢0.10-0.4％～1.0％淬火及回火作最终热处理回火温度依据用途选择（同结构钢）较高的强度、较好的耐腐蚀性含碳低的1Cr13、2Cr13作耐腐蚀零件，含碳高的3Cr13等作医疗器械、量具Cr17型铁素体不锈钢0.12％不能通过热处理强化，高铬铁素体不锈钢在退火或正火状态下使用耐腐蚀性优于马氏体不锈钢0Cr13Al、1Cr17等，用于硝酸和氮肥工业18-8型奥氏体不锈钢很低≦0.15％1100-1500oC水淬（固溶处理）稳定化处理去应力退火高塑性和良好的焊接性能，耐腐蚀性优于前两者1Cr18Ni9,0Cr18Ni9等，用于食品、化工、热处理设备、飞机等工业常用铸铁材料一、石墨化——铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程，称为石墨化。石墨化程度，G数量，基体中P数量所以，石墨化程度决定了铸铁的组织：1、石墨形态对铸铁性能的影响石墨相当于钢基体上的裂纹或空洞，减少基体有效截面积，引起应力集中。片状石墨引起严重应力集中，团絮状和球状作用轻。变质处理后，石墨片细化，割裂作用减轻，强度提高。蠕墨铸铁，端部钝，强度、塑性提高。可锻、球状铸铁中石墨对基体裂作用小，强度、塑性提高2、灰口铸铁的牌号如HT100,表示Ф30mm试样的最小抗拉强度值100MN/m2牌号显微组织性能基体石墨HT100F+P粗片状铸造性能好，不用人工时效，减振性好HT150F+P较粗片状HT200P中等片状强度较高，耐磨耐热，铸造性较好，但要人工时效，减振性较好HT250细P较细片状HT300索氏体或屈氏体细小片状高强度，高耐磨性，白口倾向大，铸造性差，要人工时效灰口铸铁常见牌号组织（1）HT200、HT250、HT300多属孕育铸铁（2）牌号越高，铸造性能越差，强度越高（3）同一牌号，壁厚增加，抗拉强度下降说明：二、可锻铸铁完全白口铸铁，经长时间石墨化退火（900－980oC）1．牌号F可锻铸铁KT300－6最低抗拉强度和延伸率P可锻铸铁KTZ450－5最低抗拉强度和延伸率2．热处理a）铸造纯白口铸铁b）经长时间石墨化c）控制不同冷速获得F和P基体的可锻铸铁。可锻铸铁显微组织三、球墨铸铁1、组织与性能：(F,F+P,P)+球状GG球对基体的割裂、应力集中减小到最低程度，所以，机械性能大大提高。铁素体基体珠光体基体石墨球珠光体＋铁素体球墨铸铁在铸态下，球墨铸铁的基体组织一般为：铁素体＋珠光体＋少量自由渗碳体。经热处理后可获得基体为