金屬材料及其焊接

1、 金屬材料及其焊接性課件 一、碳素鋼 1.1 常存雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響 1.2 碳鋼的分類 1.3 碳鋼的牌號和應用 二、合金鋼 2.1合金鋼的分類 2.2合金鋼的牌號 2.3合金結構鋼 2.4合金工具鋼 2.5特殊性能鋼 三、金屬的焊接性 3.1金屬的焊接性概念 3.2金屬的焊接性評價 3.3碳鋼的焊接 3.4 目 錄 一、碳鋼 改善鋼的質(zhì)量； 提高鋼的強度和硬度； 減輕硫的危害； 是有益元素，一般wmn0.25%0.80%。 1.1常存雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響 1、錳的影響 2、硅的影響 消除feo對鋼的不良影響； 產(chǎn)生固溶強化； 是鋼中有益元素，一般wsi0.4%。 一、碳素鋼 使鋼

2、的強度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低； 使鋼低溫時脆性嚴重（冷脆）； 是有害元素，應嚴格控制磷含量。 1.1 常存雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影 響 3、磷的影響 4、硫的影響 與鐵形成化合物fes，使鋼變脆（熱脆）； 是鋼中有害元素，應嚴格控制硫含量。 分為低碳鋼(wc0.25%)、中碳鋼(0.25wc0.60%) 和高碳鋼(wc0.60%)。 1.2 碳鋼的分類 1、按含碳量分類 2、按質(zhì)量分類 1）普通質(zhì)量碳鋼（ws0.045%、wp0.045%） 不需要特別控制質(zhì)量的鋼種，包括一般碳素結構鋼、碳素鋼 筋鋼、鐵道用一般碳素鋼等。 2）優(yōu)質(zhì)碳鋼 需要特別嚴格控制質(zhì)量的碳鋼。主要包括：機械結構用優(yōu)

3、質(zhì) 碳鋼、工程結構用優(yōu)質(zhì)碳鋼、沖壓薄板的低碳結構鋼、鍋爐 和壓力容器用碳鋼、優(yōu)質(zhì)鑄造碳鋼等。 1.2 碳鋼的分類 3、按用途分類 1）碳素結構鋼 主要用于制造各種工程構件和機器零件。一般屬于低碳 鋼和中碳鋼。 2）碳素工具鋼 主要用于制造各種刃具、量具、模具等。一般屬于高碳 鋼。 此外，鋼按冶煉時脫氧方法不同，分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼 和半鎮(zhèn)靜鋼等 1.3 碳鋼的牌號和應用 1、碳素結構鋼 牌號：由代表屈服點的字母q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、 脫氧方法符號四部分順序組成。 質(zhì)量等級有：a表示ws0.050%、wp0.045%；b表示 ws0.045%、wp0.045%；c表示ws0.040%、wp

4、0.040%； d表示ws0.035%、wp0.035%。 脫氧方法有f（沸騰鋼）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、z（鎮(zhèn)靜鋼）、 tz（特殊鎮(zhèn)靜鋼）四種，通常z和tz可省略。 例：q235af。 1.3 碳鋼的牌號和應用 2、優(yōu)質(zhì)碳素結構鋼 牌號：用兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分數(shù)。 例：45鋼。 又分為普通含錳量（wmn0.7%）和較高含錳量（wmn =0.7%1.2%）兩類。含錳量較高的鋼在兩位數(shù)字后面加 “mn”字。 例：65mn鋼。 脫氧方法表示法同碳素結構鋼。 高級優(yōu)質(zhì)鋼，加“a”；特級優(yōu)質(zhì)鋼，加“e”。 1.3 碳鋼的牌號和應用 3、碳素工具鋼 牌號：用“碳”的漢語拼音字首“t”加數(shù)字（鋼的平均

5、wc 的千分數(shù)）表示。 例：t12。 碳素工具鋼含碳量高，硫、磷雜質(zhì)含量較少，一般經(jīng)淬火， 低溫回火后硬度比較高，耐磨性好，但塑性較低。主要用于 要求不很高的刃具、量具和模具。 1.3 碳鋼的牌號和應用 4、鑄鋼 牌號：用“zg” 表示。 牌號有兩種表示方法： 以強度表示時,在“zg”后面有兩組數(shù)字，第一組數(shù)字表示該 牌號屈服點的最低值，第二組數(shù)字表示其抗拉強度的最低值， 兩組數(shù)字間用“” 隔開。 例： zg230450。 以化學成分表示鑄鋼牌號時，在“zg”后面的數(shù)字表示 鑄鋼平均碳含量的萬分數(shù)。平均碳含量1時不標出,平均 碳含量0.1時,其第一位數(shù)字為“0”。在含碳量后面排列 各主要合金元

6、素符號,每個元素符號后面用整數(shù)標出含量的 百分數(shù)。 例：zg15cr1molv。 2.1合金鋼的分類 1按用途分類 l 合金結構鋼 l 合金工具鋼 l 特殊性能鋼 二、合金鋼 2按合金元素總含量分類 l 低合金鋼：合金元素總含量5。 l 中合金鋼：合金元素總含量510 l 高合金鋼：合金元素總含量10 2.2合金鋼的牌號 兩位數(shù)字（碳含量）元素符號（或漢字）數(shù)字表 示。 l 前面兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分數(shù)。 l 元素符號（或漢字）表明鋼中含有的主要合金元素。 l 后面的數(shù)字表示該元素的含量。合金元素含量小于1.5 時不標，平均含量為1.52.5，2.53.5%時，則 相應地標以2，3。

7、 1合金結構鋼 40 cr（合金結構鋼） 主要合金元素為鉻，含量在1.5以下 平均含碳量為0.40 60 si2 mn（合金結構鋼） 平均含硅量為2 平均含碳量為0.60 主要合金元素為錳，含量小于1.5 例：例： 2合金工具鋼 與合金結構鋼的區(qū)別僅在于碳含量的表示方法，它用1 位數(shù)字表示平均含碳量的千分數(shù)，當碳含量1.0時，則 不予標出。 3高速鋼 含碳量均不標出，如w18cr4v鋼的平均含碳量為0.7 0.8。 4特殊性能鋼 牌號和合金工具鋼的表示 方法相同。當含碳量為0.03 0.10時，含碳量用0表示，含 碳量小于等于0.03時，用00表 示。 l 不銹鋼2cr13表示含碳量為0.20

8、，平均含鉻量為13。 l 0cr18ni9鋼的平均含碳量為0.030.10。 l 00cr30mo2鋼的平均含碳量小于0.03。 例如：例如： 一些特殊專用鋼為表示其用途，在鋼的牌號前面冠以 漢語拼音字母字頭，而不標含碳量，合金元素含量的標注 也和上述有所不同。 5特殊專用鋼 例如：例如： 易切鋼也是在牌號前冠以拼音字母 “y”，如y15表示 含碳量為0.15的易切鋼。 滾動軸承鋼前面標 “g”，如gcr15。這里應 注意牌號中鉻元素后面的 數(shù)字是表示含鉻量的千分 數(shù)，其他元素仍用百分數(shù) 表示，如gcrl5simn表示 含鉻量為1.5，硅、錳含 量均小于1.5的滾動軸承 鋼。 滾動軸承鋼 6高

9、級優(yōu)質(zhì)合金鋼 在牌號的最后標上“a”。如38crmoala表示含碳量為 0.38高級優(yōu)質(zhì)合金結構鋼。 2.3合金結構鋼 一、低合金結構鋼 二、合金滲碳鋼 三、合金調(diào)制鋼 四、合金彈簧鋼 五、滾動軸承鋼 合金結構鋼合金結構鋼用于各類工程結構件和制造 各種機器零件的鋼。 1、低合金結構鋼 在碳素結構鋼的基礎上加入少量合金元素就形成了低合 金結構鋼。 常加入的合金元素有錳（mn）、硅（si）、鈦（ti）、 鈮（nb）、釩（v）等。 低合金結構鋼的含碳量較低，一般為0.100.25。 熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，一般不再進行熱處理。 低合金結鋼的應用 2、合金滲碳鋼 合金滲碳鋼在經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火的

10、處理后，具有 外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌的性能，用來制造既要有優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞 性、又能承受沖擊載荷作用的零件， 含碳量在0.100.25之間，加入合金元素主要是為 了提高鋼的淬透性，并防止鋼因在長時間滲碳而造成晶粒 粗大。 其典型熱處理工藝為：滲碳滲碳+淬火淬火+低溫回火低溫回火。 合金滲碳鋼的應用 3、合金調(diào)質(zhì)鋼 含碳量一般為0.250.50，屬于中碳合金鋼。 常加入少量鉻、錳、硅、鎳、硼等合金元素以增加鋼 的淬透性，使鐵素體強化并提高韌性。加入少量鉬、釩、 鎢、鈦等碳化物形成元素，可阻止奧氏體晶粒長大和提高 鋼的回火穩(wěn)定性，以進一步改善鋼的性能。 熱處理工藝是調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)（淬火淬火+高溫回火高溫回

11、火）。 合金調(diào)制鋼的應用 4、合金彈簧鋼 含碳量一般為0.450.70。 可加入的合金元素有錳、硅、鉻、釩和鎢等。 合金彈簧鋼的應用 5、滾動軸承鋼 主要用來制造各種滾動軸承的內(nèi)外圈及滾動體（滾珠、 滾柱、滾針），也可用來制造各種工具和耐磨零件。 滾動軸承鋼必須具有高的硬度和耐磨性、高的彈性極 限和接觸疲勞強度、足夠的韌性和一定的耐蝕性。 軸承鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼。 滾動軸承鋼的熱處理包括預先熱處理和最終熱處理。 預先熱處理采用球化退火球化退火，最終熱處理為淬火淬火+低溫回火低溫回火。 滾動軸承鋼的應用 2.4合金工具鋼 1、合金刃具鋼 2、合金模具鋼 3、合金量具鋼 1、合金刃具鋼 合金刃具鋼主

12、要用來制造車刀、銑刀、鉆頭等 各種金屬切削刀具。刃具鋼要求高硬度、耐磨、高 熱硬性及足夠的強度和韌性等。 11低合金刃具鋼 低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎上加入 少量合金元素的鋼。 l 加入鉻、錳、硅等元素，目的是提高鋼的淬透性，同 時還能提高鋼的強度。 l 加入鎢、釩等強碳化物形成元素，目的是為了提高鋼 的硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持晶粒細小。 低合金刃具鋼的預備熱處理是球化退火球化退火，最 終熱處理為：淬火淬火+低溫回火低溫回火。 低合金刃具鋼的應用 1.2高速鋼 高紅硬性、高耐磨性的高合金工具鋼。 鋼中含有較多的碳（0.71.50）和大量的鎢、鉻、 釩、鉬等強碳化物形成元素。

13、l 高的含碳量：保證形成足夠量的合金碳化物，并使高速 鋼具有高的硬度和耐磨性。 l w、mo：提高鋼紅硬性的主要元素。 l 鉻：提高鋼的淬透性。 l 釩：提高鋼的硬度、耐磨性和紅硬性，并能細化晶粒。 高速合金鋼的應用 2、合金模具鋼 用于制作模具的鋼稱為模具鋼模具鋼。 11冷作模具鋼 冷作模具鋼用于制造使金屬在冷狀態(tài)下變形的模具， 如沖裁模、拉絲模、彎曲模、拉深模等。 1.2熱作模具鋼 熱作模具鋼是用來制造使金屬在高溫下成形的模具， 如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。 熱作模具鋼要具備較高的強度、韌性、高溫耐磨性及 熱穩(wěn)定性，并具有較好的抗熱疲勞性能。 熱作模具鋼的最終熱處理是淬火淬火+中溫回火中

14、溫回火（或高溫回 火），以保證其具有足夠的韌性。 熱鍛模、壓鑄模和擠壓模 3、合金量具鋼 2.5 特殊性能鋼 1、不銹鋼 2、耐熱鋼 3、耐磨鋼 1、不銹鋼 不銹鋼不銹鋼主要是指在空氣、水、鹽的水溶液、酸 及其他腐蝕性介質(zhì)中具有高度化學穩(wěn)定性的鋼。 不銹鋼是不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱，能抵抗大氣 腐蝕的鋼稱為不銹鋼不銹鋼，而在一些化學介質(zhì)（如酸類） 中能抵抗腐蝕的鋼稱為耐酸鋼耐酸鋼。 常用不銹鋼按化學成分分為鉻不銹鋼、鉻鎳不 銹鋼和鉻錳不銹鋼等。按金相組織特點分為馬氏體 不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼等。 11奧氏體不銹鋼 含碳量很低（0.15），含鉻量為18，鎳為9， 這種不銹鋼習慣上稱為18

15、8型不銹鋼，屬于鎳鉻不銹鋼。 常用的奧氏體不銹鋼有1cr18ni9、0cr18ni9n等。 1.2馬氏體不銹鋼 鋼中含碳量為0.101.20，淬火后能得到馬氏體， 屬于鉻不銹鋼。 淬火、回火后使用。馬氏體不銹鋼的耐蝕性、塑性和 焊接性都不如奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼，但由于它具 有較好的力學性能與一般的耐蝕性相結合，故應用廣泛。 馬氏體不銹鋼鍛造后需退火，以降低硬度、改善切削 加工性能。在沖壓后也需進行退火，以消除硬化、提高塑 性，便于進一步加工。 1.3鐵素體不銹鋼 含碳量0.12，含鉻量在11.5030之間，屬于 鉻不銹鋼。 鉻是縮小奧氏體相區(qū)的元素，可使這類鋼獲得單相鐵 素體組織。 抗大

16、氣與耐酸能力強，具有良好的高溫抗氧化性，特 別是抗應力腐蝕性較好，但力學性能不如馬氏體不銹鋼， 塑性不及奧氏體不銹鋼。 2、耐熱鋼 耐熱鋼耐熱鋼在高溫下具有良好的化學穩(wěn)定性和較高強 度，能較好適應高溫條件的特殊性能鋼。 鋼的耐熱性包含高溫抗氧化性和高溫強度兩個指標。 在高溫下具有抗高溫介質(zhì)腐蝕能力的鋼稱為抗氧化鋼抗氧化鋼；在 高溫下仍具有足夠力學性能的鋼稱為熱強鋼熱強鋼。 耐熱鋼是抗氧化鋼和熱強鋼的總稱。 常用的抗氧化鋼有4cr9si2、0cr13al等。典型的熱強 鋼是4cr14ni14w2mo。 3、耐磨鋼 耐磨鋼耐磨鋼在巨大壓力和強烈沖擊載荷作用下能發(fā)生 硬化的高錳鋼。 耐磨鋼的典型牌號是zgmn13，它的化學成分特點是 高碳（含碳量為0.9%1.4%），高錳（含錳量為11% 14%）。 為使高錳鋼獲得單相的奧氏體組織，須對其進行“水 韌處理”。所謂水韌處理水韌處理，就是將高錳鋼加熱至1000 1100，