第7章工業(yè)用鋼.ppt

1、第 七 章 工業(yè)用鋼,本章主要內(nèi)容 鋼的分類 鋼中的雜質(zhì)及合金元素 結(jié)構(gòu)鋼 工程構(gòu)件用鋼 機(jī)器零件用鋼 工具鋼 刃具鋼 模具鋼 量具鋼 特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼）,（GB/T13304-1991）分類方法,鋼通常的分類,按用途分類 結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼 特殊性能鋼 按化學(xué)成分分類 低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼 按質(zhì)量分類 普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,鋼的編號(hào),普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 由代表屈服點(diǎn)的拼音字母Q+屈服點(diǎn)數(shù)據(jù)+質(zhì)量等級(jí)（A、B、C、D）+脫氧方法（F、b、z、TZ）組成 如：Q235AF 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 鋼種含碳量的萬分之一表示其鋼號(hào)。 如：45 Mn的標(biāo)注，C%

2、0.6%時(shí)，Mn%=0.91.2%；C% 0.6%時(shí)， Mn%=0.71.0%；數(shù)字后標(biāo)注錳的元素符號(hào)。 如：16Mn 碳素工具鋼 牌號(hào)前加碳的拼音字頭，后跟鋼的平均含碳量的千分之一數(shù)字表示。 如T8；T10A(A表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)),鋼的編號(hào),合金結(jié)構(gòu)鋼 “數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字+”表示。 如：60Si2Mn 合金工具鋼 當(dāng)含碳量1.0%時(shí)以千分之一標(biāo)出其碳含量，合金元素的標(biāo)注同合金結(jié)構(gòu)鋼。 如：9Mn2V；CrWMn 滾動(dòng)軸承鋼 在鋼號(hào)前冠以“滾”的漢語拼音字頭“G”+Cr元素的千分之一含量標(biāo)注。 如：GCr15,鋼的編號(hào),不銹鋼及耐熱鋼 這兩類鋼鋼號(hào)前面的數(shù)字表示其含碳量的千分之一，但含碳量小于

3、或等于0.01%、0.03%及0.08%時(shí)，鋼號(hào)前分別冠以“000”、“00”和“0”。 如：9Cr18、00Cr18Ni9 鑄鋼 牌號(hào)前加以“ZG”，第一組數(shù)據(jù)表示最低屈服點(diǎn)數(shù)值，第二組數(shù)據(jù)表示最低抗拉強(qiáng)度。 如：ZG200400,結(jié)構(gòu)鋼,結(jié)構(gòu)鋼包括工程用鋼和機(jī)器零件用鋼兩大類 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 用途：熱軋鋼板、鋼帶、型鋼、棒鋼等 成分特點(diǎn)和鋼種：0.06-0.38C Q195 Q235 Q275 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 性能特點(diǎn)是，高強(qiáng)度、高韌性及良好的焊接性和成形性。 用途：橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器等。 成分特點(diǎn)：加入了少量(不大于3)的合金元素，含 碳量(0.1-0.2%)較低，以少

4、量Mn為主加元素。 熱處理特點(diǎn)：熱軋、正火態(tài)或淬火態(tài) 鋼種和牌號(hào) Q295、Q345、Q390、Q420、Q460 15MnVN,滲碳鋼,用途 制造汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪、凸輪軸、活塞銷等 性能要求 滲碳層硬度高，具有優(yōu)異的耐磨性能和接觸疲勞性能，同時(shí)有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。 滲碳件心部有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度。 有良好的熱處理工藝性能，且具有良好的淬透性。 成分特點(diǎn) 低碳,0.1-0.25之間；加入提高淬透性的元素Cr,Ni,Mn；加入少量阻礙奧氏體晶粒長大的合金元素V,Ti,Mo,W等。,滲碳鋼,熱處理特點(diǎn)(以20CrMnTi制造汽車變速齒輪為例) 工藝路線：下料鍛造正火加工齒型滲碳(930

5、) 預(yù)冷淬火(830)低溫回火(200)磨齒 鋼種及牌號(hào) 低淬透性滲碳鋼 20Mn2、20MnV、20Cr 中淬透性滲碳鋼 20CrMnTi、20MnVB 高淬透性滲碳鋼 20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA,調(diào)質(zhì)鋼,用途 齒輪、軸類件、連桿、高強(qiáng)度螺栓。 以及汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等上的一些重要零件。 性能要求 承受彎曲、扭轉(zhuǎn)等多種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，要求綜合力學(xué)性能。 成分特點(diǎn) 中碳(0.25-0.50)；加入合金元素有Cr, Mn, Si, Ni, B等 加入Mo,W以消除回火脆性,調(diào)質(zhì)鋼,熱處理特點(diǎn)(以40Cr生產(chǎn)機(jī)床主軸為例) 下料鍛造退火粗機(jī)加工調(diào)質(zhì)處理表面淬火低溫回火精機(jī)加工裝配 鋼種及

6、牌號(hào) 低淬透性調(diào)質(zhì)鋼 40Cr、40MnB、40MnVB 中淬透性調(diào)質(zhì)鋼 35CrMo 高淬透性調(diào)質(zhì)鋼 37CrNi3、40CrNiMo,彈簧鋼,用途 彈簧和彈性元件 性能要求 減震、緩和沖擊。應(yīng)有高的彈性極限e、高的疲勞極限r(nóng) 、足夠的塑性和韌性，以免沖擊時(shí)發(fā)生脆斷。 成分特點(diǎn) 中、高碳(合金鋼0.45-0.70%及碳鋼0.6-0.9) 加入以Si,Mn為主的提高淬透性元素 Si、Mn主要是提高淬透性，同時(shí)提高屈強(qiáng)比，而以Si的作用最突出。但熱處理時(shí)促進(jìn)表面脫碳，Mn易使鋼過熱。重要的彈簧鋼還要加入Cr、V和W。,彈簧鋼,熱處理特點(diǎn) 熱成型彈簧 用熱軋鋼絲或鋼板，淬火中溫(450-550)回

7、火獲得回火屈氏體組織。 冷成型彈簧 冷拔前進(jìn)行“淬鉛”處理(在450-550鉛中等溫淬火)；后進(jìn)行消除應(yīng)力退火(200-300) 冷拔淬火回火 鋼種與牌號(hào) 65、65Mn、60Si2Mn、50CrVA,滾動(dòng)軸承鋼,用途 主要制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體(滾珠、滾柱、滾針)，內(nèi)外圈套等。 也可用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。 性能要求 高的接觸疲勞強(qiáng)度(壓應(yīng)力可達(dá)1500-5000MPa) 高的硬度和耐磨性(一般為HRC62-64) 足夠的韌性和淬透性,滾動(dòng)軸承鋼,成分特點(diǎn) 高碳(保證鋼的高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度)，一般為0.95-1.10C 鉻為基本加入元素(為提高淬透性。它的(CrFe)

8、3C呈細(xì)密均勻分布，能提高鋼的耐磨性特別是接觸疲勞強(qiáng)度，但Cr含量過高會(huì)增大A的量或k的不均勻性；一般量為0.4-1.65) 加入Si、Mn、V等進(jìn)一步提高淬透性，提高鋼的耐磨性并防止過熱。 純度要求極高(S0.02%、P0.027%其它非金屬夾雜對軸承鋼的性能尤其是接觸疲勞強(qiáng)度影響很大)。,滾動(dòng)軸承鋼,熱處理特點(diǎn) 球化退火 淬火(820-840)低溫回火(150-160) 為提高尺寸穩(wěn)定性淬火后可立即進(jìn)行冷處理(-60-80)；并在回火和磨削加工后進(jìn)行低溫時(shí)效處理(120-130保溫5-10小時(shí)) 鋼種和牌號(hào) 鉻軸承鋼，代表性的鋼種為GCr15 另外還有其它添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼，

9、如：GCr15SiMn等。,工具鋼,用來制造刀具、模具和量具的鋼 按化學(xué)成分分： 碳素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼等。 按用途分： 刃具鋼、模具鋼、量具鋼,刃具鋼,用途 用于制造車刀、銑刀、鉆頭等金屬切削刀具 性能要求 高硬度(HRC60)； 高耐磨性； 高熱硬性； 足夠的塑性和韌性。,碳素工具鋼,成分特點(diǎn) 含碳0.65-1.35的高碳鋼。該類鋼的硬度隨含碳量增加硬度幾乎不變，但隨含碳量的增加其耐磨性不斷增加，韌性下降。 熱處理特點(diǎn) 預(yù)備處理：球化退火(降低硬度、改善切削加工性能) 最終熱處理：淬火(780)+低溫回火(180) 最終組織為：回火馬氏體粒狀滲碳體少量殘余奧氏體 鋼種與牌號(hào)

10、： T7 T7A T8 T8A T10 T10A等,低合金刃具鋼,成分特點(diǎn) 高碳(0.9-1.1)；加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素。Si提高回火穩(wěn)定性；W、V提高硬度和耐磨性以及防止過熱，細(xì)化組織。 熱處理特點(diǎn) 鍛后球化退火，淬火低溫回火 鋼種與牌號(hào) 9SiCr Cr2,高速鋼,成分特點(diǎn) 高碳：含碳量0.7-1.5保證與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的碳化物； 加入鉻提高淬透性(加入量均為4左右)，同時(shí)增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的抗氧化性和脫碳能力； 加入鎢、鉬：保證高的熱硬性。退火狀態(tài)下W和Mo主要以M6C型碳化物形式存在；淬火加熱時(shí)溶于奧氏體中，淬火后存在于馬氏體；在560回火時(shí)k

11、以W2C或Mo2C形式彌散，造成二次硬化，該k在500-600范圍內(nèi)非常穩(wěn)定； 加入釩提高耐磨性。,高速鋼,熱處理特點(diǎn)(以W18Cr4V制造盤銑刀為例) 性能要求：刃部硬度要求HRC63-65；高耐磨性和熱硬性 生產(chǎn)工藝路線如下： 下料鍛造球化退火機(jī)械加工淬火回火噴砂磨削加工成品,高速鋼(球化退火工藝),高速鋼球化退火前后組織,高速鋼淬火回火工藝,高速鋼,為什么采用1270-1280淬火？ 鋼的熱硬性取決于馬氏體中合金元素的含量 高速鋼熱硬性取決于W、V兩種元素,高速鋼,為什么在550-570進(jìn)行回火？ 在此溫度發(fā)生二次硬化現(xiàn)象，碳化物析出，彌散硬化。 在此溫度發(fā)生A向M轉(zhuǎn)變起到硬化作用。,高

12、速鋼,為什么進(jìn)行550-570三次回火？ 淬火態(tài)約有20-25的殘余奧氏體一次回火約有10-15在回火冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；二次回火冷卻時(shí)又轉(zhuǎn)變約10左右；三次回火后大約剩余約1-2。 每次回火還可以消除前一次回火時(shí)發(fā)生的參與奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。,模具鋼(冷模具鋼),用途 制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模以及拉絲模等。 性能要求 高硬度，一般為HRC58-62 高耐磨性； 足夠的韌性和疲勞抗力； 熱處理變形小,模具鋼(冷模具鋼),成分特點(diǎn) 高碳 多在1.0C以上，有時(shí)達(dá)2.0C 加入Cr、Mo、W、V等合金元素 熱處理特點(diǎn) 一次硬化法：在較低溫度(950-1000)下淬火，然后

13、低溫回火(150-180)硬度可達(dá)HRC61-64。 二次硬化法：在較高溫度(1100-1150)下淬火，然后于510-520多次(一般為三次)回火，產(chǎn)生二次硬化使硬度達(dá)HRC60-62。 鋼種和牌號(hào) Cr12型 (Cr12MoV Cr12等)。,模具鋼(熱作模具鋼),用途 制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和鑄模等 性能要求 高的熱硬性和高溫耐磨性； 高的抗氧化能力； 高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性，尤其是受沖擊較大大的熱鍛模鋼； 高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞； 除此之外還要求有高的淬透性和導(dǎo)熱性。,模具鋼(熱作模具鋼),成分特點(diǎn) 中碳 0.3-0.6C(保證高強(qiáng)度、高韌性，較高的硬度(HRC35

14、-52)和較高的熱疲勞抗力) 加入較多的提高淬透性的元素Cr,Ni,Mn,Si,Mo 加入產(chǎn)生二次硬化的Mo,W,V等元素，Mo還能防止第二類回火脆性，提高高溫強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。 熱處理特點(diǎn) 鍛造退火機(jī)械加工淬火高溫回火 鋼種和牌號(hào) 中小尺寸(300mm) 的模具采用5CrMnMo；大尺寸(400mm)的模具采用5CrNiMo；此外還有4Cr5MoSiV、3Cr2W8V等,量具鋼,用途：卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞規(guī)等 性能要求 保證長期存放不發(fā)生尺寸精度變化，耐磨； 高的硬度和耐磨性；高的尺寸穩(wěn)定性；熱處理變形小。 成分特點(diǎn) 與低合金刃具鋼相同。 熱處理特點(diǎn) 調(diào)質(zhì)處理；冷處理 ；時(shí)效處理 鋼種和牌

15、號(hào)：CrWMn,特殊性能鋼,用于制造在特殊工作條件或特殊環(huán)境(腐蝕介質(zhì)、高溫等)下具有特殊性能要求的構(gòu)件和零件的鋼材稱為特殊性能鋼。 特殊性能鋼包括：不銹鋼、耐磨鋼、耐熱鋼等等。 不銹鋼 不銹鋼是在大氣和弱腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼。 不銹鋼的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的基本原理 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕,不銹鋼的耐蝕原理,化學(xué)腐蝕 金屬直接與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。如高溫氧化、脫碳，在石油、燃?xì)庵械母g等。 電化學(xué)腐蝕 金屬在電解質(zhì)溶液里因原電池作用產(chǎn)生電流而引起腐蝕。 根據(jù)原電池原理，產(chǎn)生化學(xué)腐蝕的條件是必須有兩個(gè)電位不同的電極、有電解質(zhì)溶液，使兩電極構(gòu)成回路。,提高金屬耐蝕性的方法,減少原電池形成的可能性，使金

16、屬具有均勻的單相組織，并盡可能提高金屬的電極電位。 形成原電池時(shí)，盡可能減小兩極的電極電位差，并提高陽極的電極電位。 減小甚至阻斷腐蝕電流，使金屬“鈍化”，即在金屬表面形成致密的、穩(wěn)定的保護(hù)膜，將介質(zhì)與金屬隔離。,不銹鋼合金化特點(diǎn),碳含量 0.1-0.2； 0.85-0.95(制造刀具) 合金元素 加入鉻：提高基體的電極電位(12.5%, 25%, 37.5%)，鉻是縮小區(qū)的元素，當(dāng)含鉻量很高時(shí)可獲得單一的鐵素體組織；可在基體的表面形成致密的氧化膜。 加入鎳：可獲得單一的奧氏體組織，顯著提高鋼的耐蝕性 加入鉬、銅等：可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕性。 加入鈦、鈮等：可優(yōu)先與碳形成穩(wěn)定的碳化物，使鉻保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕晶間腐蝕傾向。 加入錳、氮：部分代替鎳獲得奧氏體組織,常用不銹鋼,奧氏體型：18-8鋼(1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti) 鐵素體型：Cr17、0Cr13 馬氏體型：1Cr134Cr13 沉淀硬化型：該類型鋼的成分與18-8鋼相近，但含鎳量較低，一般加入少量Al、Ti、Cu等強(qiáng)化元素。這些合金元素可使鋼在高溫快冷到室溫時(shí)獲得不穩(wěn)定的奧氏體或馬氏體，在500時(shí)效時(shí)可析出大量細(xì)小彌散的碳化