工程材料第6、7章

1、圖標XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY工 程 材 料06 - 工業(yè)用鋼敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼 工業(yè)用鋼分為工業(yè)用鋼分為碳素鋼和合金鋼碳素鋼和合金鋼 合金鋼：合金鋼：是指為了提高鋼的性能，在碳素鋼的的基是指為了提高鋼的性能，在碳素鋼的的基礎上有意加入一定的合金元素所獲得的鐵基合金礎上有意加入一定的合金元素所獲得的鐵基合金 合金元素的作用：合金元素的作用：1）與）與Fe相互作用相互作用2）與）與C相互作用相互作用3）對相圖的影響）對相圖的影響 合金元素在鋼中有五種存在形式。合金元素在鋼中有五種存在形式。敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用

2、鋼1. 1.按化學成分分類按化學成分分類a碳素鋼碳素鋼b合金鋼合金鋼n低碳鋼低碳鋼 Wc0.25n中碳鋼中碳鋼 Wc0.250.60n高碳鋼高碳鋼 Wc 0.60n低合金鋼低合金鋼 Wme 5%n中合金鋼中合金鋼 Wme510n高合金鋼高合金鋼 Wme10 另外，根據鋼中所含主要合金種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、另外，根據鋼中所含主要合金種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻錳鈦鋼等。鉻錳鈦鋼等。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼1. 1.按化學成分分類按化學成分分類a碳素鋼碳素鋼b合金鋼合金鋼n低碳鋼低碳鋼 Wc0.25n中碳鋼中碳鋼 Wc0.250.60n高碳鋼高

3、碳鋼 Wc 0.60n低合金鋼低合金鋼 Wme 5%n中合金鋼中合金鋼 Wme510n高合金鋼高合金鋼 Wme10 另外，根據鋼中所含主要合金種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、另外，根據鋼中所含主要合金種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻錳鈦鋼等。鉻錳鈦鋼等。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼1. 1.按化學成分分類按化學成分分類a碳素鋼碳素鋼b合金鋼合金鋼n低碳鋼低碳鋼 Wc0.25n中碳鋼中碳鋼 Wc0.250.60n高碳鋼高碳鋼 Wc 0.60n低合金鋼低合金鋼 Wme 5%n中合金鋼中合金鋼 Wme510n高合金鋼高合金鋼 Wme10 另外，根據鋼中所含主要合金

4、種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、另外，根據鋼中所含主要合金種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻錳鈦鋼等。鉻錳鈦鋼等。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼1. 1.按化學成分分類按化學成分分類a碳素鋼碳素鋼b合金鋼合金鋼n低碳鋼低碳鋼 Wc0.25n中碳鋼中碳鋼 Wc0.250.60n高碳鋼高碳鋼 Wc 0.60n低合金鋼低合金鋼 Wme 5%n中合金鋼中合金鋼 Wme510n高合金鋼高合金鋼 Wme10 另外，根據鋼中所含主要合金種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、另外，根據鋼中所含主要合金種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻錳鈦鋼等。鉻錳鈦鋼等。 敦 德 勵 學

5、 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼a室溫組織室溫組織b正火組織正火組織n亞共析鋼亞共析鋼n共析鋼共析鋼n過共析鋼過共析鋼n萊氏體鋼萊氏體鋼n珠光體鋼珠光體鋼n貝氏體鋼貝氏體鋼n馬氏體鋼馬氏體鋼2. 2. 按金相組織分類按金相組織分類3. 3. 按脫氧方法分類按脫氧方法分類n沸騰鋼沸騰鋼n鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼n半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼4. 4.按用途分類按用途分類1結構鋼結構鋼2工具鋼工具鋼3特殊性能鋼特殊性能鋼n工程結構用鋼工程結構用鋼n機器零件用鋼機器零件用鋼n刃具鋼刃具鋼n模具鋼模具鋼n量具鋼量具鋼n不銹鋼不銹鋼n耐熱鋼耐熱鋼n耐磨鋼耐磨鋼目前世界鋼橋項目中

6、外觀最美且難度最大的美國加州新海灣鋼橋，鋼結構總重1.5萬噸。耗資2.5億。 1887年動工的埃菲爾鐵塔總重7000噸，造價740萬法郎。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼1.1.普通碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼普通碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼 Q 235 A FQ 235 A F屈服點屈服點數(shù)值沸騰鋼 這兩類鋼采用表示屈服點的拼音首位字母這兩類鋼采用表示屈服點的拼音首位字母“Q Q”+ +屈服點數(shù)值屈服點數(shù)值（MPaMPa）+ +脫氧方法等符號來表示脫氧方法等符號來表示 例如，碳素鋼結構鋼牌號例如，碳素鋼結構鋼牌號Q235AFQ235AF、Q235BZQ235BZ 低合金

7、高強度結構鋼牌號低合金高強度結構鋼牌號Q345CQ345C、Q345DQ345D 其中字母其中字母AEAE表示質量等級，表示質量等級，S S、P P含量越低，質量等級越高；含量越低，質量等級越高；F F表示沸騰鋼，表示沸騰鋼，b b表示半沸騰鋼，表示半沸騰鋼，Z Z表示鎮(zhèn)定鋼，表示鎮(zhèn)定鋼，TZTZ表示特殊鎮(zhèn)定鋼。表示特殊鎮(zhèn)定鋼。 前者常見強度在前者常見強度在275275以下，后者在以下，后者在345345以上。以上。敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼2.2.優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼 牌號用鋼中平均含碳量的兩位數(shù)字表示，單位為萬分之一。牌號用鋼中平均含碳量的兩位數(shù)字表示，單位為

8、萬分之一。 例如：例如：20、30、45、60等。等。對于對于Mn含量高的鋼，須將含量高的鋼，須將Mn元素標出。元素標出。 例如：例如：25Mn、65Mn。 沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及專門用途的優(yōu)質碳素結構鋼，應在牌號后特沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及專門用途的優(yōu)質碳素結構鋼，應在牌號后特別標出。別標出。 例如：例如：20g表示平均碳含量為表示平均碳含量為0.02%的鍋爐鋼。的鍋爐鋼。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼3 3 碳素工具鋼碳素工具鋼在牌號前加在牌號前加“T”開頭，后面跟鋼的平均含碳量的千分之幾開頭，后面跟鋼的平均含碳量的千分之幾的數(shù)字。的數(shù)字。例如：例如：T10、T12。Mn含量

9、高的要在末尾標出。含量高的要在末尾標出。例如：例如：T8Mn 高級優(yōu)質碳素工具鋼在牌號后面加高級優(yōu)質碳素工具鋼在牌號后面加“A”。例如：例如：T10A敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼4 4 合金結構鋼合金結構鋼 合金牌號由合金牌號由“數(shù)字合金元素符號數(shù)字數(shù)字合金元素符號數(shù)字”組成。前兩位數(shù)字表組成。前兩位數(shù)字表示含碳量的萬分之幾，合金元素后面的數(shù)字表示該元素的近似含量，單位示含碳量的萬分之幾，合金元素后面的數(shù)字表示該元素的近似含量，單位是百分之幾。是百分之幾。 合金元素含量小于合金元素含量小于1.5時不標數(shù)字，當合金元素含量大于等于時不標數(shù)字，當合金元素含量大于等于1.5%、2

10、.5%、3.5%時，在元素符號后面相應的標時，在元素符號后面相應的標1、2、3，以此類推。，以此類推。例如：例如：20CrMnTi、30Mn2Si 、27SiMn 等。等。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼5 5 合金工具鋼合金工具鋼 合金工具鋼的表示方法與合金結構鋼大體相同，不同的在于碳合金工具鋼的表示方法與合金結構鋼大體相同，不同的在于碳含量的表示方法不同。含量的表示方法不同。 高速鋼的鋼號，一般不標出含碳量，僅標出合金元素的含量，高速鋼的鋼號，一般不標出含碳量，僅標出合金元素的含量， 例如：例如：W6Mo5Cr4V2 表示表示W6、Mo5、Cr4、V2。 當平均含碳量分數(shù)

11、大于或等于當平均含碳量分數(shù)大于或等于1.0時，不標含碳量；小于時，不標含碳量；小于1.0 時，則在牌號前以千分之幾表示。時，則在牌號前以千分之幾表示。 例如：例如：9Mn2V的含碳量為的含碳量為0.850.95。 CrMn的含碳量為的含碳量為1.31.5。 合金元素的標注于結構鋼相同，只有平均鉻含量合金元素的標注于結構鋼相同，只有平均鉻含量1.0%時，才以時，才以含鉻量的千分之幾表示含鉻量的千分之幾表示,并加并加0以示區(qū)分。以示區(qū)分。 例如：例如：Cr06敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼該類鋼由該類鋼由GCr數(shù)字組成，數(shù)字表示含鉻量的千分之幾。數(shù)字組成，數(shù)字表示含鉻量的千分之幾

12、。 例如：例如：GCr15表示含鉻為表示含鉻為1.5的滾動軸承鋼。的滾動軸承鋼。 6 6 鉻鉻滾動軸承鋼滾動軸承鋼敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼1.1.普通碳素結構鋼普通碳素結構鋼 含碳量0.060.38，含有較多的有害雜質元素P、S和非金屬夾雜物。 一般以熱軋空冷狀態(tài)供應，組織為鐵素體+珠光體。 塑性高、可焊性好，用量約占鋼材總量的70%。 典型鋼種有Q195、Q275等。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼2.2.優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼 碳含量為0.05%0.85%，分為低碳，中碳和高碳 低碳優(yōu)質碳素結構鋼：塑性韌性好 高碳優(yōu)質碳素結構鋼：強度硬度高

13、中碳優(yōu)質碳素結構鋼性能介于兩者之間曲軸螺栓敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼3.3.低合金高強度鋼低合金高強度鋼 碳含量小于0.20，合金元素小于3 合金元素Mn、Si產生固溶強化，輔加元素為Nb、Ti、V來細化晶粒。 組織形態(tài)一般為鐵素體+珠光體。 采用16Mn建造的南京長江大橋鳥巢用鋼為國內從未生產過的Q460厚度達110毫米，用量4萬噸。造價2267億元，是世界奧運會史最奢侈的體育館。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼4.4.滲碳鋼滲碳鋼 表硬里韌；具有良好的熱處理工藝性能。性能要求：性能要求： 最終熱處理為淬火低溫回火。 組織心部為低碳回火M+鐵素體 表面

14、為高碳回火M合金滲碳體少量殘余A敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼20鋼、20Cr、20MnV。強度在8001000MPa，用于受力不大、要求耐磨并承受沖擊的小型零件。如齒輪、小軸、活塞銷等。低淬透性滲碳鋼低淬透性滲碳鋼中淬透性滲碳鋼中淬透性滲碳鋼高淬透性滲碳鋼高淬透性滲碳鋼20Cr2Ni4、18Cr2Ni4W，強度在1200MPa以上，且具有良好的韌性。用于制造承受重載與強烈磨損的極為重要的大型零件，如飛機發(fā)動機及坦克齒輪、礦山機械齒輪等。 20CrMnTi、20CrMnMo、12CrNi3A是使用最廣泛的三種滲碳鋼。強度在10001200MPa，用于制造尺寸較大、承受中等載荷

15、、重要的耐磨零件，如汽車齒輪，曲軸。敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼5.5.調質鋼調質鋼 具有良好的綜合力學性能；具有良好的淬透性。 性能要求：性能要求： 最終熱處理為淬火+高溫回火， 室溫組織一般為回火索氏體敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼40Cr最典型，還有為了節(jié)省Cr而發(fā)展的40MnB、40MnVB。強度在9001000MPa左右（45碳素調質鋼為600MPa）。廣泛用于一般的軸桿類零件。低淬透性調質鋼低淬透性調質鋼中淬透性調質鋼中淬透性調質鋼高淬透性鋼高淬透性鋼b35CrMo、40CrNi、30CrMnSi。強度1000MPa左右，用于制造界面較大的零件

16、，如曲軸、連桿等。c40CrNiMo、40CrMnMo。Cr、Ni的適量配合，可大大提高淬透性。制造高強度的主軸、葉輪、飛機發(fā)動機軸等。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼6 6 彈簧鋼彈簧鋼具有較高的彈性極限；較高的疲勞極限及足夠的韌性和塑性。 性能要求：性能要求： 碳素彈簧鋼含碳量一般為碳素彈簧鋼含碳量一般為0.60.60.90.9 合金彈簧鋼的含碳量為合金彈簧鋼的含碳量為0.450.450.70.7 通過通過 Si Si、MnMn來提高彈性極限來提高彈性極限敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼7 7 滾動軸承鋼滾動軸承鋼 要求材料要具有高的接觸疲勞強度，高硬度、

17、高耐磨性，以及良好的耐蝕性。 碳含量為0.951.10，以保證高硬度、高耐磨性和高強度。 主加元素Cr提高淬透性 最終熱處理采用淬火低溫回火。 室溫組織：回火M細小均勻分布的碳化物少量的殘余A。 敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼7.7.碳素工具鋼碳素工具鋼 含碳量0.651.35，保證高硬度和高耐磨性。 用球化退火預處理，降低硬度，改善切削性。 最終熱處理：淬火低溫回火。 最終組織：回火回火M粒狀滲碳體少量殘余粒狀滲碳體少量殘余A，硬度可達6065HRC。 特點特點：鍛造及切削性好，價格最便宜，在手動工具和機用低速工具上得到廣泛應用。但淬透性低，水淬時容易淬裂、變形。紅硬性差，

18、只能在200以下使用。 鑿巖工具敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼8.8.低合金工具鋼低合金工具鋼 預備熱處理：球化退火。最終熱處理：淬火低溫回火組織：回火M未溶碳化物殘余A。 低合金工具鋼廣泛應用于制造各種形狀復雜，要求變形小的低速切削工具。板牙絲錐敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼高速鋼常在550左右進行三次回火。一是為了穩(wěn)定組織、產生二次硬化。二是為了充分消除殘余A。最后組織為回火M少量碳化物未溶碳化物。 3 高速工具鋼高速工具鋼主要用于制造各種高速切削刃具敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼要具備高的硬度及耐磨性；高的強度與足夠的韌性；良好的工藝

19、性能。冷作模具鋼冷作模具鋼 含碳量為1.32.3，以便形成足夠的碳化物來保證高的耐磨性。主加元素為Cr，含量11%13，用來提高淬透性。附加元素有W、Mo、V等，主要是和Cr一起形成高硬度的合金滲碳體，提高耐磨性，同時細化晶粒。 性能要求：性能要求：敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼熱作模具鋼熱作模具鋼 熱作模具鋼最終熱處理是采用淬火高溫回火熱作模具鋼最終熱處理是采用淬火高溫回火， 室溫組織：回火索氏體組織室溫組織：回火索氏體組織含碳量為0.30.6，以保證足夠的強度和韌性。良好的熱疲勞性能；良好的淬透性；良好的抗氧化性能； 良好的導熱性與切削加工性能。性能要求：性能要求：圖標X

20、IAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY工 程 材 料07 鑄鐵敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼定義：在鐵碳相圖中，含碳量大于在鐵碳相圖中，含碳量大于2.112.11的合金稱為鑄鐵的合金稱為鑄鐵。鑄鐵的性能特點鑄鐵的性能特點： 1）抗拉強度低，塑性韌性差，抗壓強度高 2）耐磨性、減震性好，缺口敏感度低 3）鑄造性能優(yōu)良，切削加工性好，壓力加工及焊接性能差鑄鐵中的五大元素鑄鐵中的五大元素：碳C 硅Si 錳Mn 硫S 磷P敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼碳的三種存在形式碳的三種存在形式敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼按照碳在鑄鐵中的存

21、在形式鑄鐵可分為：按照碳在鑄鐵中的存在形式鑄鐵可分為：1）灰鑄鐵；2）白口鑄鐵；3）麻口鑄鐵敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼1500150014001400130013001200120011001100100010009009008008007007006006001 12 23 34 45 56 615381538 12271227 AH 0.09JBNECFDKSP 0.0218LL+L+FeFe3 3C C+Fe+Fe3 3C C+Fe3C0.532.114.31148 727 0.77FeFe3Cw（C）%+ + +G 912 QE2.08S0.68738 1154

22、C 4.26DFK+G+G+G敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼 第一階段石墨化：第一階段石墨化：液相及共晶反應階段發(fā)生的石墨化，包括從過共晶的鐵液中直接析出初生石墨、一次滲碳體及在共晶轉變過程中形成的共晶石墨； 第二階段石墨化：第二階段石墨化：共晶與共析溫度之間的石墨化，指共析轉變過程中形成的共析石墨。從奧氏體中析出的二次石墨。 第三階段石墨化充分進行時，組織為鐵素體鐵素體+石墨石墨； 第三階段石墨化部分進行時，組織為鐵素體鐵素體珠光體珠光體+石墨； 第三階段石墨化不能進行時，組織為珠光體珠光體+ +石墨石墨。 第三階段石墨化：在共析線第三階段石墨化：在共析線及以下發(fā)生的石墨化

23、，共析轉變生成的共析石墨。敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼F片狀石墨F+P片狀石墨P片狀石墨鋼基體鋼基體鐵素體FP珠光體敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼鑄鐵的牌號鑄鐵的牌號灰鑄鐵灰鑄鐵：“HT+數(shù)字” HT表示灰鑄鐵，數(shù)字表示鑄鐵的最低抗拉強度（MPa） 例如：HT100 HT350球墨鑄鐵球墨鑄鐵：“QT+數(shù)字數(shù)字” QT表示球墨鑄鐵，前面的數(shù)字表示最低抗拉強度（MPa），后面的數(shù)字表示最低斷后伸長率，單位為百分之幾 例如：QT400-15 QT700-2敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼 價格便宜

24、，應用廣泛，主要用于各種箱體、泵體、缸體的制造。價格便宜，應用廣泛，主要用于各種箱體、泵體、缸體的制造。 塑性、韌性幾乎為零，屬于塑性、韌性幾乎為零，屬于脆性材料，但抗壓強度高脆性材料，但抗壓強度高。 鑄鐵中，石墨片數(shù)量越多，越粗大，分布越不均勻，灰口鑄鐵的力學性鑄鐵中，石墨片數(shù)量越多，越粗大，分布越不均勻，灰口鑄鐵的力學性能越差。能越差。工藝性能工藝性能n焊接性能很差；焊接性能很差；n不能用于鍛造；不能用于鍛造；n切削性能好；切削性能好；n鑄造性能極好：流動性好，收縮率小。鑄造性能極好：流動性好，收縮率小。由于，碳結晶成石墨時體積膨脹，抵消了部分收縮灰鑄鐵灰鑄鐵敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼n減振性好減振性好：石墨本身松軟能吸收：石墨本身松軟能吸收振動能。振動能。n耐磨性好耐磨性好：石墨本身就是良好的：石墨本身就是良好的固體潤滑劑，又可儲存潤滑油。固體潤滑劑，又可儲存潤滑油。其它性能其它性能敦 德 勵 學 知 行 相 長6工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼可鍛鑄鐵可鍛鑄鐵 將將鑄造出白口鑄鐵鑄件，進行高溫、長時間退火，使鑄造出白口鑄鐵鑄件，進行高溫、長時間退火，使FeFe3 3C C分解分解成成FeFe和和C C原子，原子，C C