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第一部分钢的基本知识钢是由生铁(或生铁和废钢)炼成的一般铁碳合金中含碳量在0.1~2%范围内的,通称为钢。若铁碳合金中,含碳量不超过0.1%成为熟铁。若铁碳合金中,含碳量大于2%称为生铁。但生铁的种类很多,有的是专为炼钢使用的,有的为铸造机械零件使用的,为了区别起见,通常把铸造机械零件用的生铁称为铸铁。常用的铸铁与钢的界限,如下表:常用的铸铁与钢的界限,如下表:从表中可以看出,钢和铸铁同是铁碳合金,只是由于成分的不同,铸铁比钢的含碳量大,同时含的杂质也比较多,它们的性质也截然不同。钢可以进行锻造加工,而铸铁制品只能用浇注的方法制得,所以这种铸造用的生铁又叫做铸铁。关于铸铁的性质和用途,以后再讲述它金属钢和铸铁的化学成分%碳锰硅硫磷钢0.1~2.00.1~1.20.17~0.370.02~0.070.02~0.09铸铁2.2~3.80.4~1.30.8~3.0~0.2~0.2一、钢的分类简要介绍我们工厂中常使用的材料,例如45号钢,有的人叫它“45碳钢”,有的称为“45中碳钢”,“调质钢”,“碳素结构钢”,这是怎么一回事呢?这里面有的是根据材料的化学成分叫的,有的是按用途分的。钢的分类方法很多,通常是按冶炼方法、化学成分和用途等来区分。这里仅就常用的几种分类方法作一介绍。1.按含碳量分:低碳钢-----含碳量在0.25%以下的钢。低碳钢-----含碳量在0.25%以下的钢。中碳钢-----含碳量在0.25%~0.6%范围内的钢。高碳钢-----含碳量在0.6~1.7%范围内的钢。但碳素钢的含碳量很少超过1.4%,唯有少数的合金钢,可使含碳量增加到2%左右。2.按化学成分分:碳素钢-----钢中除铁外,主要有碳、锰、硅、硫、磷等。碳素钢又分为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢和碳素工具钢。合金钢-----在碳素钢的基础上,加入其它合金元素,如:铬、镍、钨、钼、钒、钛等,如果碳素钢中,锰的含量超过1.0%或硅的含量超过0.5%时,这种钢也可以认为是合金钢。3.按用途分:结构钢-----指做机器零件、建筑结构等用的钢。工具钢-----指做刀具、模具、量具等用的钢。特殊用途钢(或称特殊性能钢)-----如不锈钢、耐热钢等材料。下表为钢的简要综合分类:钢碳钢合金钢结构钢普通碳素钢优质结构钢工具用钢工具钢高速钢有特殊物理性质的钢不锈钢耐热钢二、钢号表示法我国钢铁产品牌号的命名,根据GB221-2000的规定,除化学元素按国际化学符号表示外,产品用途,冶炼方法和浇注方法,采用汉字和汉语拼音字母代号并用的原则。汉字牌号容易记忆和识别,汉语拼音字母代号容易书写和标记。在标准化中将两种符号同时列入,相互对照。我国钢中常加入的化学成分,用化学元素符号表示如下:钢号中合金元素的表示符号1.在钢号前面的字母:A-----代表平炉炼的普通碳素钢的甲类钢T-----代表碳素工具钢G-----代表滚珠轴承钢ZG----代表铸钢锰硅铬镍钨钼钒钛铝钴硼铌MnSiCrNiWMoVTiAlCoBNb2.在钢号后面的字母:A-----表示高级优质钢E-----表示特级优质钢各种合金钢都是采用“数字加元素加数字”的表示方法。牌号前面的数字表示平均含碳量。元素后面的数字表示合金元素平均含量的百分数。下面我们举例说明各种钢号的表示法的特点及含义:种类牌号举例特点代号汉字牌号代号含义Q235例:Q235-A碳钢普通碳素钢Q235(A3)甲3例:Q235-A屈服极限235Mpa质量等级优质碳素结构钢2020例:20含碳量0.2%65Mn含碳量0.65%含锰量1%454565Mn65锰碳素工具钢T8A碳8高例:T8A碳素工具钢代号高级优质含碳量0.8%T10A碳10高T12A碳12高种类牌号举例特点代号汉字牌号代号含义合合金结构钢20Cr20铬例:20Cr含碳量0.2%含铬1%50CrVA高级优质含碳量0.5%含铬1%含钒1%40Cr40铬30CrMnSi30铬锰硅50CrVA50铬钒高CrMn铬锰例:CrMn当平均含碳量大合金钢合金工具钢CrMn铬锰例:CrMn含铬量含锰量1%1%当平均含碳量大于或等于1%时,含碳量不予标出;含碳量小于1%时,以千分之几表示CrWMn铬钨锰不锈钢与耐热钢1Cr131铬13例:1Cr13含碳量含铬量0.1%13%不锈钢,耐热钢,高速钢含碳量不予标出;如有重复钢号存在时,则应标出含碳量,以千分之几表示。1Cr18Ni9Ti1铬18镍9钛高速钢W18Cr4V钨18铬4钒W9Cr4V5钨9铬4钒5滚珠轴承钢GCr15滚铬15例:GCr15轴承钢代号含铬量1.5%含碳量不予标出。含铬量以千分之几表示。三、金属材料的机械性能在生产实践中,经常要应用到各种金属材料来制造机器零件和工装夹具。这些零件在工作过程中受到各种力的作用:拉力、压力、弯曲力、冲击力、磨损等。为了使金属材料在力的作用下不致破坏,必须选择适当的金属材料来制造,以达到发挥材料的应有作用,也就是要考虑材料的机械性能。金属材料具有抵抗外力作用的能力,通称为金属材料的机械性能。机械性能包括很多,主要有强度、硬度、塑性、冲击韧性等,如下表:机械性能包括很多,主要有强度、硬度、塑性、冲击韧性等,如下表:机械性能的名称符号单位获得方法和含义应用强度屈服强度σS(Sigma)公斤/毫米²金属试件不再增加负荷的情况下,也出现显著变形时的应力工具和零件所承受的应力都不得超过σS抗拉强度σb(Sigma)金属试件抵抗拉断时所承受的最大应力σb是设计零件的重要依据机械性能的名称符号单位获得方法和含义应用塑性延伸率δ(Delta)以百分数表示%试件拉断后的长度比原来的长度相对伸长量延伸率=伸长后的长度-原来的长度/试件原来的长度δ和ψ的数值越大,塑性就越好断面收缩率ψ(Psi)试件拉断后的截面比原截面的相对收缩量收缩率=原断面积-试件断裂处面积/试件原来的断面积α韧性冲击韧性αk公斤·米/厘米²冲断试件后,单位面积上所消耗的功αk数值越大,韧性越好αk不作设计计算的数据硬度布氏硬度HB公斤/毫米²利用直径D的钢球在一定压力下,压入金属材料表面,测量压坑直径d然后查表获得硬度值测定软钢、灰生铁和有色金属、铝、铜及其合金的原材料洛氏硬度HRB无利用直径为1.58毫米钢球在100公斤压力下,压入制品表面,然后根据硬度机上的指示数,读出硬度值测定HB60~230范围内的有色金属和退火碳钢等半成品和成品洛氏硬度HRc无利用顶角120°的金刚石椎体在150公斤压力下,压入制品表面,然后根据硬度机上指示表读出硬度值测定HB230~700范围内的热处理后的各种钢的半成品和成品四、铸铁和铸钢1.铸铁(1)灰口铸铁:灰口铸铁与钢一样,也是一种铁(Fe)和碳(C)的合金,含碳量在2.5~3.5%,含硅量在1.1~2.5%范围。碳和硅是影响铸铁的主要因素,铸铁中含碳量越高,越容易进行石墨化(即石墨的析出),硅是促进石墨化的主要元素。例如含碳量为3.4%,含硅量在0.5%的铸铁是白口铸铁,如果含碳量不变,含硅量增加至2.5%时,可得到灰口铸铁。因此,保持铸铁中碳量不变,要控制铸铁中石墨数量,得到灰口铸铁。因此,保持铸铁中碳量不变,要控制铸铁中石墨数量,应当调整硅的含量。灰口铸铁是机械工业和夹具上应用最广泛的材料之一,例如夹具上的底座、支架、圆盘、平台和其他零件等,都是用铸铁制造的。铸铁的特点:(a)硬度较低,一般约为HB176~207,但是铸件表面往往有些型砂的硬皮和氧化层,这层表皮硬度很高。另外毛坯边缘有时可能出现白口铸铁,这时硬度极高,约为HB600。(b)强度低(指抗拉,抗弯强度),而抗压强度和耐磨性较高。(c)脆性大,不耐冲击。(d)可塑性好,容易铸成复杂的形状,加工容易,成本低。(e)组织比较粗松,并含有石墨,减少了材料的塑性和强度,有利于切削,吸震性能好。2.球墨铸铁在灰口铸铁中的石墨成片状,片状的石墨好像把铁一处处的割裂了,因此抗拉强度较低。目前工业中有一种含有球状石墨的特种铸铁,叫做球墨铸铁。它像灰口铸铁一样熔铸,只是在浇铁水中加入一定数量的镁或铈等金属,以及适当的硅铁和硅钙等合金。加入镁或铈金属,能促使碳素球化,所以叫它球化剂,硅铁和硅钙等合金能使碳析出,能促使碳素球化,所以叫它球化剂,硅铁和硅钙等合金能使碳析出,所以叫它墨化剂。球墨铸铁中的石墨结成球状,跟铁的接触面积减小,于是就大大提高了铸铁的强度和韧性。球墨铸铁的性质跟铸钢相近,有的甚至有过之无不及,而且成本比铸钢低,在某些情况下,可以代替大部分韧性铸铁和一部分铸钢或钢锻件,用来制造承受冲击而又耐磨铸铁件。可做抗磨和高强度的零件,如曲轴、齿轮、汽缸套、连杆等的材料。球墨铸件的热处理,常施行正火处理,使其机械性能进一步提高,然后再进行回火处理,以消除内应力。正火温度为840±10℃,回火温度为600℃左右。3.铸钢碳素钢的铸件一般含碳量范围在0.1~0.5%,由于铸钢晶粒较粗,机械性能差,加工性能也不好,但对于有些大型体座而尺寸大,形状复杂,又需能经受震动较厉害的零件,由于锻造困难,用铸铁件又不合适,就有时需采用铸钢件,铸钢件在机械加工前一般要经正火处理,以消除铸造时残余应力和硬度不均,以利切削加工。第二部分一般热处理知识一.钢的热处理大部分零件在制造时要经过热处理。经过热处理的钢件,归纳起来可以获得下列几点作用。1.提高硬度与强度(硬化),增强零件的耐磨性,充分发挥钢材的机械性能潜在能力。械性能潜在能力。2.降低硬度(软化),提高塑性和韧性,改善钢的切削加工性。3.改善钢件的内部组织,消除因受加工外力的作用所引起的内部应力。4.提高钢件表面的耐磨性、耐热性、耐蚀性以及耐疲劳、承受冲击等性能(化学处理后)。热处理根据其不同的要求和目的,可以将它分成:退火、正火、淬火、回火和化学热处理(如渗碳、氮化、氰化)下表为钢的主要热处理种类:名称操作方法目的退火将钢件加热到临界温度以上,保温一段时间,然后在炉中或绝热物中缓慢的冷却下来。1.使钢降低硬度,改善加工性能。2.增加塑性和韧性。3.消除内应力。4.改善内部组织,为淬火做准备。正火将工件加热到临界温度以上,保温一段时间,然后在空气中冷却。冷却的速度比退火快。1.得到细密的组织结构。2.提高硬度、强度、韧性。3.减少内应力。冷却的速度比退火快。3.减少内应力。4.改善加工性能。淬火将工件加热到临界温度以上,保温一段时间,然后在水、盐水或油中急冷下来。1.提高硬度和强度。2.增高耐磨性。3.得到要求的其它机械性能。(淬火时会引起内应力,使钢变脆,淬火后必须回火)回火将淬硬的钢加热到临界温度以下,保温一段时间,然后在空气或油中冷却下来1.消除淬火后的脆性和内应力。2.提高塑性和冲击韧性。名称操作方法目的调质淬火后高温回火,称为调质。1.获得高的韧性。2.获得高的强度。3.消除内应力。4.减少变形。时效天然时效:在空气中长期的存放人工时效:加热到0~200℃,保温10~20小时或更多的时间。1.使淬火后的零件慢慢消除残余内应力。2.减少变形。高频表面用电流感应使工件表面迅速加热至1.使钢表层具有高的硬度和耐磨性。高频表面淬火用电流感应使工件表面迅速加热至淬火温度,然后喷水或浸入油中冷却。1.使钢表层具有高的硬度和耐磨性。2.使钢内部保持原有的强度和韧性。化学热处理渗碳使工件表面饱和碳元素。1.低碳非淬火钢,提高表面硬度和耐磨性。2.提高抗疲劳强度。氮化氮化使工件表面饱和氮元素。1.用于含铬、钼、铝的特种钢增加表面硬度和耐磨性。2.增加耐蚀性、疲劳强度。氰化使工件表面饱和碳和氮元素,即碳氮共渗。1.提高硬度、耐磨性和疲劳强度。2.提高机械性能、工具的切削能力和耐久性。常用热处理方法及应用表热处理方法加热与冷却适于处理零件或钢材目的退火完全退火加热高于AC330~50℃缓冷含碳量﹤0.8%的各种钢材1.降低硬度2.消除应力3.细化晶粒、均匀组织不完全退加热在AC1与AC3(ACm)1.降低硬度下表为常用热处理方法及其应用火︵焖火︶不完全退火加热在AC1与AC3(ACm)之间
本文标题:常用材料与热处理
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