金屬工藝課件 第四章工業(yè)用鋼

第四章工業(yè)用鋼鋼中元素對性能的影響鋼的選用合金鋼碳素鋼鋼的分類和牌號第一節(jié)鋼中元素對性能的影響一、碳——C↑，鋼的強度硬度↑，塑性韌性↓二、雜質元素3.S——FeS形式，熱脆。增加Mn，可消除熱脆。三、合金元素(一)對鋼中基本相的影響強化F形成碳化物

2.Si——脫氧劑，溶于F，強化F。量少影響不顯著4.P——溶于F，室溫下使鋼變脆（冷脆）1.Mn——清除FeO，降脆；化合MnS，除S。有益雜質(二)對熱處理的影響1.細化晶粒2.提高淬透性3.提高回火穩(wěn)定性

鋼的回火穩(wěn)定性：

鋼在回火過程中，有馬氏體的分解、殘余奧氏體的轉變、碳化物的聚集長大及α相的回復再結晶四個階段。合金元素的加入可使這些過程推遲，因而鋼的軟化溫度提高，淬火鋼加熱時的抗軟化能力就稱為鋼的回火穩(wěn)定性。（三）對相圖的影響C、N、Co、Cu、

Ni、

Mn

擴大A區(qū)域；Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al縮小A區(qū)域；第二節(jié)鋼的分類和牌號一、分類3.按冶煉方法2.按品質1.按化學成分4.按用途碳素鋼合金鋼工業(yè)純鐵（C≤0.0218%）低碳鋼（C≤0.25%）中碳鋼（0.25～0.60%）高碳鋼（C≥0.60%）低合金鋼（合金≤5%）中合金鋼（5～10%）高合金鋼（合金≥10%）碳量相同時，合金鋼的強度硬度高，塑性韌性相當（或略差）——非熱處理狀態(tài)合金鋼淬透性好，適合制作大尺寸零件，淬火冷速慢（油淬）合金鋼回火穩(wěn)定性好，工作溫度較高合金元素量很高時，可形成特殊性能合金鋼與碳素鋼的區(qū)別2.按品質普通鋼（P、S均≤0.050%）優(yōu)質鋼（P、S均≤0.040%）高級優(yōu)質鋼（P、S均≤0.035%）3.按冶煉方法按爐別分按脫氧程度平爐鋼轉爐鋼電爐鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼

3.按冶煉方法

4.按用途按爐別分按脫氧程度平爐鋼轉爐鋼電爐鋼沸騰鋼鎮(zhèn)靜鋼碳素結構鋼低合金高強度結構鋼結構鋼工具鋼碳素工具鋼合金工具鋼高速工具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼特殊性能鋼普通結構鋼優(yōu)質結構鋼調質鋼彈簧鋼軸承鋼二、牌號（一）碳素鋼：1.碳素結構鋼（普碳鋼）Q+數(shù)字最低屈服強度σs的數(shù)值“屈”的第一個字母Q195——屈服強度σs≥195Mpa的碳素結構鋼Q235-A·F——屈服強度σs≥235Mpa的A級沸騰鋼Q255——屈服強度σs≥255Mpa的碳素結構鋼A、B、C、D；F、b、Z、TZ2.優(yōu)質碳素結構鋼：以平均含碳量萬分數(shù)表示。兩位數(shù)字+（Mn）

較高含Mn量含碳量的萬分之幾08F——含碳量為0.08%的優(yōu)質碳素結構鋼（沸騰鋼）45——含碳量為0.45%的優(yōu)質碳素結構鋼55Mn——含碳量為0.55%較高含Mn量的優(yōu)質碳素結構鋼脫氧方法符號：

F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼：Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標符號，即Z和TZ都可不標。

3.碳素工具鋼：T7T（碳）+兩位(一位)數(shù)字+（Mn）+（A）

較高含Mn量含碳量的千分之幾“碳”的第一個字母——含碳量為0.7%的碳素工具鋼T10MnA——含碳量為1.0%，較高含Mn量的高級優(yōu)質碳素工具鋼（二）合金鋼1.低合金高強度結構鋼（普低鋼）Q+數(shù)字最低屈服強度σs的數(shù)值“屈”的第一個字母Q295(09MnNb)——屈服強度σs≥295Mpa的低合金高強度結構鋼Q345(16Mn)——屈服強度σs≥345Mpa的低合金高強度結構鋼2.合金結構鋼20Cr兩位數(shù)字+元素+元素量+（A）

高級優(yōu)質

百分之幾合金元素含碳量的萬分之幾——含碳量為0.20%、Cr＜1.5%的合金結構鋼55Si2Mn——含碳量為0.55%、Si=2%、Mn＜1.5%的合金結構鋼3.合金工具鋼9SiCr一位數(shù)字（無）+元素+元素量含碳量的千分之幾（C≥1.0%不標）——含碳量為0.90%、Si、Cr均＜1.5%的合金工具鋼CrWMn——含碳量≥1.0%、Cr、W、Mn均＜1.5%的合金工具鋼4.特殊性能鋼4Cr9Si2一位數(shù)字（無）+元素+元素量含碳量的千分之幾（C≥1.0%不標）——含碳量為0.40%、Cr=9%、Si=2%的

特殊性能鋼2Cr13——含碳量為0.2%、Cr=13%的特殊性能鋼Mn13——含碳量≥1.0%、Mn=13%的特殊性能鋼注意：如何區(qū)別特殊性能鋼和合金工具鋼？合金工具鋼（合金結構鋼）中合金元素的加入原則是：“少量多元”，其總量一般不超過5%；(高合金工具鋼例外）特殊性能鋼中合金元素的加入是為了使鋼獲得某一方面的特殊性能，某一種或兩種元素的總量一般在10%以上。第三節(jié)碳素鋼一、碳素結構鋼成分及性能特點

具體含碳量不標明（一般＜0.35%），S、P高，價低，工藝性好；強度級別低（不能熱處理），通常用于制作不重要的結構件。2.選用Q195：薄板、細絲、鋼管Q215：鋼筋、型鋼、機器零件（拉桿、螺栓、螺母）Q235：鋼筋（普低鋼替代）、一般載荷結構件Q255：普通工具、農機零件、鋼軌二、優(yōu)質碳素結構鋼

1.成分及性能特點

S、P含量較少，化學成分控制嚴格，用于制作較重要的零件（小尺寸），一般熱處理后使用。2.選用A、低碳鋼：C≤0.25%強度硬度低，塑性韌性好——沖壓成型或小尺寸滲碳件（齒輪）。B、中碳鋼：0.25～0.60%調質處理后，能獲得良好的綜合機械性能——軸類件（齒輪）、重要的鍵、螺栓。C、高碳鋼：0.60～0.80%強度硬度高，又有一定的塑性韌性，特別是淬火+中溫回火后有很高的彈性極限——彈簧件；車輪、凸輪、高強度鋼絲（鋼絲繩）。思考：現(xiàn)有08F、20、45、Q235、65Mn、50等幾種鋼，要求制作駕駛室、普通螺栓、曲軸、氣門彈簧、凸輪，應如何選擇？相應的熱處理工藝如何？三、碳素工具鋼1.成分及性能特點碳量高，S、P少（均為優(yōu)質鋼或高級優(yōu)質鋼），用于制作工作溫度低（＜250℃）的小尺寸工具件。2.選用T8、T9——受沖擊的工具，鏨子、簡單模具等T10——受輕微沖擊的工具，鋸條、刨刀等T12A——不受沖擊的工具，刮刀、量規(guī)等熱處理工藝：正火+球化退火+淬火+低溫回火四、鑄造碳鋼ZG200-400、ZG310-570一般用于制作形狀較復雜，機械性能要求較高的大型構件（鑄造性不如鑄鐵）。如大型齒輪、連軸器ZG+兩組數(shù)字

最低屈服極限和最低抗拉強度第四節(jié)合金鋼一、低合金高強度結構鋼（普低鋼）1.成分及性能特點C≤0.25%，合金Mn、Si、Cr、Ti、V等總量≤3%，與碳素結構鋼相比，強度硬度↑，塑性韌性相當，耐蝕性↑。同等強度級別時，可減輕自重20～30%。工程上用于制作重要結構件。2.選用Q345（16Mn）——橋梁、車輛車身、高壓容器等二、優(yōu)質合金結構鋼（一）合金滲碳鋼

1.化學成分

C≤0.25%，加入Cr、Mn、Ti等，提高淬透性，提高硬度及耐磨性

2.熱處理及性能正火+滲碳+淬火+低溫回火（外硬內韌）

3.選用大尺寸滲碳件，20Cr——變速齒輪。二、優(yōu)質合金結構鋼1.化學成分0.35%≤C＜0.50%，加入Cr、Mn、Ni、Si等，提高淬透性，提高強度及回火穩(wěn)定性。（二）合金調質鋼2.熱處理及性能調質處理，獲得良好的綜合機械性能。3.選用大尺寸調質件，40Cr——半軸。1.化學成分0.50%≤C＜0.70%，加入Cr、Mn、Si等，提高淬透性，提高彈性極限（Si），強化鋼材。（三）合金彈簧鋼2.熱處理及性能退火+淬火+中溫回火，獲得很高的彈性極限。3.選用大尺寸彈簧件，55Si2Mn——鋼板彈簧。1.化學成分0.50%≤C＜0.70%，加入Cr、Mn、Si等，提高淬透性，提高彈性極限（Si），強化鋼材。（三）合金彈簧鋼2.熱處理及性能退火+淬火+中溫回火，獲得很高的彈性極限。3.選用大尺寸彈簧件，55Si2Mn——鋼板彈簧。注意：冷成形彈簧的工藝：冷拔鋼絲+常溫卷制成形+低溫退火（200～300℃）C=0.95～0.10%，高Cr（0.50～1.65%）——含量用千分之幾表示。（四）滾動軸承鋼牌號：GCr15SiMn——Cr=1.5%，Si、Mn均＜1.5%“滾”的第一個字母三、合金工具鋼成分及性能特點碳量高，加入Cr、Mn、Si、W等，提高淬透性，提高硬度和耐磨性，提高紅硬性（高溫硬度），熱處理變形小。2.選用強度硬度↑，工作溫度↑（200～300℃），大尺寸工具件。

9SiCr、CrWMn——鉸刀、銑刀、拉刀、板牙、絲錐3.高速工具鋼高速、高溫（600℃）切削用工具鋼。（鋒鋼）W18Cr4V四、特殊性能鋼1.防銹機理①優(yōu)先與氧結合，防止進一步腐蝕。②單相組織（F、A、M）（一）不銹耐酸鋼

在腐蝕介質中具有較強抗腐蝕能力的鋼材2.種類奧氏體不銹鋼：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9——化工設備、建筑裝飾等馬氏體不銹鋼：1Cr13、2Cr13——工具、醫(yī)療器械鐵素體不銹鋼：1Cr13——家庭用具、建筑裝飾、化工設備等1.原理Cr、Si、Al——高熔點氧化膜Mo、W——提高高溫強度（二）耐熱鋼

在高溫下有較好高溫強度、不氧化起皮的鋼2.應用

4Cr9Si2——汽車排氣門

35CrMo——鍋爐閥門1.原理（三）耐磨鋼

在強大沖擊和磨損條件下使用的鋼。如鐵道岔口、坦克履帶、挖土機鏟斗。加入大量的Mn，得到單相A，水冷（水韌處理）。使用中受到劇烈沖擊時，表面A轉變?yōu)镸。高MnAM（加工硬化）水韌處理沖擊2.工藝不易切削加工，鑄造成型（ZGMn13)鋼的選用一、非熱處理狀態(tài)使用1.重要主體結構件，如橋梁、船舶、車輛等，承載較大——低合金高強度結構鋼，如Q345（16Mn）、

Q295（09MnNb）等。2.一般結構件，如支架、吊釣、普通螺釘（栓）等，承載一般——碳素結構鋼，如Q195、Q235等。3.殼體類零件，如駕駛室、燈罩等——塑性好的低碳成分鋼，如Q195、08F、10F等。二、熱處理后使用1.滲碳件，如齒輪——低碳成分的鋼小尺寸，優(yōu)質碳