機電技術(shù)應用專業(yè)機械基礎課程PPT課件合金鋼演示文稿

1、1、合金元素對鋼組織和性能的影響 2、低合金鋼，合金鋼的分類和編號 3、低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)的牌號、性能及應用 初步了解合金元素對鋼組織和性能的影響；一般了解低合金鋼、合金鋼的分類和編號；較熟練掌握常用低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)的牌號、性能及用途，并具有初步運用的能力 。合金鋼就是在碳鋼的基礎上加入其他元素的鋼，加入的其他元素就叫做合金元素。常用的合金元素有硅（）、錳（）、鉻（）、鎳（）、鎢（W）、鉬（）、釩（V）、鈦（）、鋁（）、硼（B）及稀土元素（）等。合金元素在鋼中的作用，是通過與鋼中的鐵和碳發(fā)生作用、合金元素之間的相互作用提高了鋼的力學性能，改善鋼的熱處理工藝性能。1、低合金鋼的分類合金鋼的分類

2、方法很多，按主要用途一般分為：合金結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造重要的機械零件和工程結(jié)構(gòu)。合金工具鋼：主要用于制造重要的刃具、量具和模具。特殊性能鋼：具有特殊的物理、化學性能的鋼。（）合金鋼牌號表示方法合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用兩位數(shù)字加元素符號加數(shù)字表示。前面的兩位數(shù)字表示鋼的平均碳含量的萬分數(shù)，元素符號表示鋼中所含的合金元素，而后面數(shù)字表示該元素平均含量的質(zhì)量分數(shù)。當合金元素含量小于15%時，牌號中只標明元素符號，而不標明含量，如果含量大于1.5%、2.5%、3.5%等，則相應地在元素符號后面標出2、3、4等。例如60Si2Mn，表示平均碳含量為0.6%；含硅量約為2%，含錳量小于1.5%。（）合金鋼牌號

3、表示方法 合金工具鋼的牌號表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，其區(qū)別在于用一位數(shù)字表示平均碳含量的千分數(shù)，當碳含量大于或等于100%時則不予標出。如：9SiCr，其中平均碳含量為09%，Si、Cr的含量都小于15%；Cr12MoV，表示平均碳含量大于100%，鉻含量約為12%，鉬和釩的含量都小于15%的合金工具鋼。 除此之外，還有一些特殊專用鋼，為表示鋼的用途在鋼號前面冠以漢語拼音，而不標出含碳量。如GCr15為滾珠軸承鋼，“G”為“滾”的漢語拼音字首。還應注意，在滾珠軸承鋼中，鉻元素符號后面的數(shù)字表示鉻含量的千分數(shù)，其他元素仍用百分數(shù)表示。如GCr15SiMn，表示鉻含量為15%，硅、錳含量均小于15

4、%的滾珠軸承鋼。2、合金鋼結(jié)構(gòu)鋼(1) 工程結(jié)構(gòu)用鋼 工程結(jié)構(gòu)用鋼主要用于制造各種工程結(jié)構(gòu)，如橋梁、建筑、船舶、車輛、高壓容器等。這類鋼是在普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎上加入少量合金元素制成的鋼，故名普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（簡稱普低鋼）。由于合金元素的作用，普低鋼比相同含量的普通碳素結(jié)構(gòu)鋼強度高得多，而且還具有良好的塑性、韌性、焊接性和較好的耐磨性。因此，采用普低鋼代替普通碳素結(jié)構(gòu)鋼可減輕結(jié)構(gòu)重量，保證使用可靠，節(jié)約鋼材。如用普低鋼16Mn代替Q235鋼，一般可節(jié)約鋼材25%30%以上。普低鋼大多數(shù)是在熱軋狀態(tài)下使用。加工過程中經(jīng)常采用冷彎、冷卷和焊接成構(gòu)件后不再進行熱處理。主加元素為錳（08%18%），為

5、了某些需要，還加入釩、鈦、鈮、銅或鉻、鉬、硼等元素，合金元素總量一般不超過3%。常用普低鋼的性能和用途見表4-5。2、合金鋼結(jié)構(gòu)鋼(2) 機械制造用鋼 機械制造用鋼主要用于制造各種機械零件。它是在優(yōu)質(zhì)或高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼結(jié)構(gòu)鋼的基礎上加入合金元素制成的合金結(jié)構(gòu)鋼。這類鋼一般都要經(jīng)過熱處理才能發(fā)揮其性能。因此，這類鋼的性能與使用都與熱處理相關(guān)。機械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼按用途和熱處理特點，可以分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼等。2、合金鋼結(jié)構(gòu)鋼(2) 機械制造用鋼 1)合金滲碳鋼 在機械制造中有許多零件是在高速、重載、較強烈的沖擊和受磨損條件下工作的，如汽車、拖拉機的變速齒輪、十字軸以及內(nèi)燃機凸輪軸

6、等，要求零件的表面具有高硬度、高耐磨性，而心部有足夠的韌性，為了滿足這樣的性能要求，可采用合金滲碳鋼。所謂合金滲碳鋼，就是用于制造滲碳零件的合金鋼。合金滲碳鋼的碳含量一般在01%025%之間，加入的主要合金元素是鉻、鎳、錳、硼等，還加入少量的釩、鈦等元素。經(jīng)過滲碳處理后，再進行淬火和低溫回火處理，達到表面高硬度、高耐磨性和心部高強度并有足夠韌性。20CrMnTi是應用最廣泛的合金滲碳鋼。2、合金鋼結(jié)構(gòu)鋼(2) 機械制造用鋼 2)合金調(diào)質(zhì)鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼一般指經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（淬火后高溫回火）后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼。這種鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有高強度和高韌性相結(jié)合的良好的綜合力學性能。為了獲得綜合力學性能，必須

7、具有合理的化學成分。合金調(diào)質(zhì)鋼的碳含量在025%050%之間，主加合金元素為錳、鉻、硅、鎳、硼等，還加入少量的鉬、鎢、釩、鈦等元素。合金調(diào)質(zhì)鋼主要用于那些在重載荷、受沖擊條件下工作的零件，如機床主軸、汽車后橋半軸、連桿等。40Cr鋼是合金調(diào)質(zhì)鋼中最常用的一種，其強度比40鋼高20%，并有良好的韌性。2、合金鋼結(jié)構(gòu)鋼(2) 機械制造用鋼 3)合金彈簧鋼 合金彈簧鋼是用于制造各種彈簧的專用合金結(jié)構(gòu)鋼。彈簧是各種機構(gòu)和儀表的重要零件。它是利用在工作時產(chǎn)生彈性變形，在各種機械中起緩和沖擊和吸收振動的作用，并可利用其儲存能量，使機件完成規(guī)定動作。彈簧一般是在動載荷下工作，要求合金彈簧鋼具有高的彈性極限、

8、高疲勞強度、足夠的塑性和韌性、良好的表面質(zhì)量。因此，合金彈簧鋼具有合理的化學成分，并進行適當?shù)臒崽幚?。合金彈簧鋼碳含量一般?45%075%之間，加入主要元素有錳、硅、鉻等，有些彈簧鋼還加入鉬、鎢、釩等元素。合金彈簧鋼經(jīng)淬火后進行中溫回火處理。 常用合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼和合金彈簧鋼的性能和用途見表4-6。3、滾珠軸承鋼 滾珠軸承鋼是制造各種滾動軸承的滾動體和內(nèi)、外套圈的專用鋼。滾動軸承在工作時，承受著高而集中的交變應力，還有強烈的摩擦，因此滾珠軸承鋼必須具有高而均勻的硬度和耐磨性，高的疲勞強度，足夠的韌性和淬透性，以及一定的耐蝕性等。目前應用最廣的是高碳鉻鋼，其碳含量在095%115%之間，

9、鉻含量在06%165%之間，其中GCr15和GCr15SiMn應用最多。 由于滾珠軸承鋼的化學成分和主要性能特點與低合金工具鋼相近，生產(chǎn)中常用它制造刃具、冷沖模具、量具以及性能要求與滾動軸承相似的零件。3、滾珠軸承鋼 滾珠軸承鋼是制造各種滾動軸承的滾動體和內(nèi)、外套圈的專用鋼。滾動軸承在工作時，承受著高而集中的交變應力，還有強烈的摩擦，因此滾珠軸承鋼必須具有高而均勻的硬度和耐磨性，高的疲勞強度，足夠的韌性和淬透性，以及一定的耐蝕性等。目前應用最廣的是高碳鉻鋼，其碳含量在095%115%之間，鉻含量在06%165%之間，其中GCr15和GCr15SiMn應用最多。 由于滾珠軸承鋼的化學成分和主要性

10、能特點與低合金工具鋼相近，生產(chǎn)中常用它制造刃具、冷沖模具、量具以及性能要求與滾動軸承相似的零件。 4、合金工具鋼 碳素工具鋼淬火后，雖能達到高的硬度和耐磨性，但因它的淬透性差、紅硬性差（只能在200 以下保持高硬度），因此模具、量具及刃具大多都要采用合金工具鋼制造。合金工具鋼按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。 4、合金工具鋼 （）合金刃具鋼 合金刃具鋼分為低合金刃具鋼和高速鋼。 1)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（一般為3%5%）形成的一類鋼。這類鋼中常加入鉻、錳、硅等元素，此外還加入鎢、釩等元素，硬度、耐磨性、強度、淬透性均比碳素工具鋼好。但其紅硬性略高于

11、碳素工具鋼，一般僅在250以下保持高硬度。常用的低合金刃具鋼是9CrSi和CrWMn，主要用于制造絲錐、板牙、鉸刀等。 4、合金工具鋼 （）合金刃具鋼 2)高速鋼 高速鋼是一種含鎢、鉻、釩等多種元素的高合金刃具鋼。經(jīng)過適當熱處理后，具有高的硬度、紅硬性和耐磨性。當其切削刃的溫度高達600 時，仍能保持其高硬度和高耐磨性。高速鋼主要合金元素總量達到10%25%，具有較高的淬透性。常用的高速鋼有：鎢系高速鋼，其代表為W18Gr4V；鉬系高速鋼，其代表為W6Mo5Cr4V2。高速鋼主要用于制造切削速度較高的刃具（車刀、鉆頭等）和形狀復雜、負荷較重的成形刀具（銑刀、拉刀等）。此外，高速鋼還可用于制造冷

12、沖模、冷擠壓模以及某些耐磨零件。 為了使高速鋼具有良好性能，必須經(jīng)過正確鍛造和熱處理。 4、合金工具鋼 （）合金模具鋼 模具鋼是指用于制造沖壓、熱鍛、壓鑄等成形模具的鋼。根據(jù)工作條件不同，可分為冷變形模具鋼和熱變形模具鋼。 1)冷變形模具鋼 冷變形模具鋼是用于制造使金屬在冷態(tài)下變形的模具，如冷沖模、冷壓模等。 2)熱變形模具鋼 熱變形模具鋼是用來制造使金屬在高溫下成形的模具，如熱鍛模、壓鑄模等。熱模具在高溫下工作并承受很大的沖擊力，因此要求熱模具鋼要在高溫下能保持足夠的強度、韌性和耐磨性，以及較高的抗熱疲勞性和導熱性。目前常采用CrMnMo和5CiNiMo制作熱鍛模，采用3Cr2W8制作熱擠壓

13、模和熱鑄模。 4、合金工具鋼 （）合金量具鋼 合金量具鋼是用于制造測量工具的鋼。測量尺寸的工具即量具，如千分尺等。它們的工作部分要求高硬度、高耐磨性和高的尺寸穩(wěn)定性，一般采用微變形合金工具鋼制造，如CrWMn、GCr15等。 常用合金工具鋼的特性用途見表4-7。 5、特殊性能鋼 特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學性能的鋼。特殊性能鋼的種類很多，在機械制造中常用的有不銹耐酸鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。 刃具鋼9CrSiCrMnCrWMn高硬度，高耐磨性，高淬透性，變形小要求較高的量具及一般模具刃具，如塊規(guī)、絲錐等高速鋼W18Cr4VW6Mo5Cr4V2高熱硬性，高硬度，高耐磨性、高強度中速切削刃具及復雜刃

14、具，如車刀、銑刀等冷變形模具鋼Cr12Cr12MoV高硬度耐磨性，高淬透性，強度韌性好，變形小尺寸大、變形小的冷模具，如沖模熱變形模具鋼5CrNiMo3Cr2W8V高溫下強度韌性高，耐磨性及抗熱疲勞性好尺寸大的熱鍛模及熱擠壓模 5、特殊性能鋼 （）不銹耐酸鋼 不銹耐酸鋼是指在腐蝕介質(zhì)中具有高的抗腐蝕能力的鋼，一般稱不銹鋼。常用不銹鋼有鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。鉻不銹鋼可抗大氣、海水、蒸氣等的銹蝕。常用鉻不銹鋼為Cr13型不銹鋼，牌號有1Cr13、2Cr13、3Cr13和4Cr13，鋼中的鉻含量約為13%，碳含量為0.1%0.4%。其中1Cr13、2Cr13用于制造汽輪機葉片、水壓機閥等，3Cr13

15、、4Cr13用于制造彈簧、軸承、醫(yī)療器械及在弱腐蝕條件下工作而要求高強度的耐蝕零件。 鉻鎳不銹鋼主要用于制造在強腐蝕介質(zhì)（硝酸、磷酸、有機酸及堿水溶液等）中工作的設備，如吸收塔、貯槽、管道及容器等。這些鋼的化學成分為平均鉻含量為18%、鎳含量為8%11%，其牌號為0Cr18Ni9、1Cr18Ni9，這些鋼含碳量很低，前一牌號碳含量C0.08%，后一牌號碳含量0.14%。 5、特殊性能鋼 （）耐熱鋼 鋼的耐熱性是高溫抗氧化性和高溫強度（熱強性）的總稱。耐熱鋼通常分為抗氧化鋼和熱強鋼。 1)抗氧化鋼 抗氧化鋼又稱不起皮鋼，其特點是高溫下有較好的抗氧化能力并有一定強度。這類鋼主要用于制造長期工作在高溫下的零件，如各種加熱爐底板、滲碳箱等。常 用的抗氧化鋼有4Cr9Si2、1Cr13SiAl等。 2)熱強鋼 熱強鋼的特點是在高溫下有良好的抗氧化能力并具較高的高溫強度。常用的熱強度鋼有15CrMo、4Cr14N