《金属材料特性》PPT课件.ppt
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1、冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理第4章 模具材料与热处理第二节 金属材料特性4.2.1 钢冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理一、钢一、钢 1.1.化学成分对钢的力学性能的影响化学成分对钢的力学性能的影响2.钢的分类3.钢的牌号和应用钢的牌号和应用二、铸铁二、铸铁:三、三、非铁金属材料非铁金属材料四、四、粉末冶金材料粉末冶金材料Chapter 1 Chapter 1 金属材料特性金属材料特性主要内容主要内容冲压工艺及模具设计第第
2、1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理1.4 1.4 金金 属属 材材 料料铸铁铸铁粉末粉末冶金材料冶金材料铝铝及其合金及其合金铜铜及其合金及其合金钢钢金属材料金属材料常用的金属材料包括常用的金属材料包括钢、铸铁、铜及其合金、铝及钢、铸铁、铜及其合金、铝及其合金、粉末冶金材料其合金、粉末冶金材料等,其中以钢和铸铁应用最为等,其中以钢和铸铁应用最为广泛。广泛。图图1-141-14 芜湖长江大桥芜湖长江大桥冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理1.4.1 1.4
3、.1 钢钢1.1.化学成分对钢的力学性能的影响化学成分对钢的力学性能的影响(1 1)杂质元素的影响:)杂质元素的影响:1)1)锰、硅的影响锰、硅的影响:有益元素有益元素.MnMn和和SiSi在钢中大部分溶于铁素体在钢中大部分溶于铁素体,起强化作用。起强化作用。MnMn能减轻能减轻S S的有害作用。的有害作用。FeSFeSMnMnMnSMnSFeFe 2)2)硫的影响硫的影响:有害元素有害元素.Fe FeS SFeSFeS,FeSFeS与与FeFe易形成低熔点的共晶体,可使钢引易形成低熔点的共晶体,可使钢引起热脆性。起热脆性。3)3)磷的影响磷的影响:有害元素有害元素.P P在钢中可溶于铁素体,
4、使钢强度、硬度增加,塑性、韧性减在钢中可溶于铁素体,使钢强度、硬度增加,塑性、韧性减小,易使钢产生冷脆现象。但小,易使钢产生冷脆现象。但P P与与CuCu同时存在,可提高钢的同时存在,可提高钢的耐蚀性和耐磨性。耐蚀性和耐磨性。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理 (2)(2)合金元素的影响合金元素的影响l合金元素合金元素:是为改善钢的某些性能而在钢中特意加入的元素:是为改善钢的某些性能而在钢中特意加入的元素,对钢的力学性能有很大影响。对钢的力学性能有很大影响。1)1)对钢的强度的影响对钢的强度的影响:C C、Si
5、Si、MnMn产生固溶强化,使钢的强度提高。产生固溶强化,使钢的强度提高。C C、N N、CrCr、AlAl形成碳化物或氮化物,使钢的强度和形成碳化物或氮化物,使钢的强度和 硬度提高。硬度提高。NbNb、V V、AlAl、TiTi可细化晶粒,提高钢的强度。可细化晶粒,提高钢的强度。2 2)对钢的韧性的影响)对钢的韧性的影响:NbNb、V V等元素可细化晶粒等元素可细化晶粒,从而也显著提高钢的韧性。从而也显著提高钢的韧性。C C、SiSi、MnMn一般使钢的韧性降低一般使钢的韧性降低。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与
6、热处理(1)(1)按化学成分分类按化学成分分类:根据各种合金元素规定含量界限值根据各种合金元素规定含量界限值,将钢分为将钢分为1 1)非合金钢(碳素钢),)非合金钢(碳素钢),分普通碳素结构钢、优质碳素分普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢。含碳量小于结构钢、碳素工具钢。含碳量小于0.25%0.25%为低碳钢,为低碳钢,0.250.250.6%0.6%为中碳钢,大于为中碳钢,大于0.6%0.6%为高碳钢,。为高碳钢,。2 2)低合金高强度结构钢,低合金高强度结构钢,3 3)合金钢。)合金钢。钢的分类钢的分类化学成分化学成分质量等级质量等级主要性能主要性能使用特性使用特性2.2.钢的分类钢
7、的分类冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理表表1-2 1-2 部分合金元素规定质量分数界限值部分合金元素规定质量分数界限值 (%)(%)合金元素合金元素非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢CrCr0.300.300.300.500.300.50 0.500.50MnMn1.001.001.001.401.001.401.401.40MoMo0.050.050.050.100.050.100.100.10NiNi0.300.300.300.500.300.500.500.50SiSi0.500.500.50
8、0.900.500.900.900.90冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理(2)(2)按主要质量等级分类按主要质量等级分类1)1)普通质量钢普通质量钢:即对生产过程中控制质量无特殊规定的、即对生产过程中控制质量无特殊规定的、一般用途的非合金钢和低合金钢。一般用途的非合金钢和低合金钢。S S、P P含量均小于含量均小于0.045%0.045%。2)2)优质钢优质钢:即在生产过程中需要按规定控制质量的钢即在生产过程中需要按规定控制质量的钢,并并达到比普通质量钢较高的质量要求。达到比普通质量钢较高的质量要求。S S、
9、P P含量均小于含量均小于0.040%0.040%。3 3)特殊质量钢:)特殊质量钢:即在生产过程中需要严格控制质量和性即在生产过程中需要严格控制质量和性能的钢能的钢,特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯洁度等。洁度等。S S、P P含量均小于含量均小于0.020%0.020%。按质量等级按质量等级普通质量钢普通质量钢优质钢优质钢特殊质量钢特殊质量钢冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理(3)(3)按使用特性分类按使用特性分类可分为:可分为:工具钢,工具钢,工程结构用钢,工程
10、结构用钢,机械结构用钢,机械结构用钢,不锈耐蚀钢,不锈耐蚀钢,耐热钢等。耐热钢等。工程工程结构用钢结构用钢耐热钢耐热钢不锈耐蚀钢不锈耐蚀钢机械机械结构用钢结构用钢工具钢工具钢使用特性使用特性冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理(1)(1)非合金钢非合金钢1)1)碳素结构钢碳素结构钢牌号牌号:例如例如 Q235FQ235F “Q”“Q”表示屈服点,表示屈服点,“235”235”表示屈服点值为表示屈服点值为235MPa,235MPa,“F”“F”表示脱氧方法(沸腾钢)。表示脱氧方法(沸腾钢)。碳素结构钢碳素结构钢w(
11、Cw(C)为为0.06%0.38%0.06%0.38%。用途用途 :主要用来制造:主要用来制造一般工程结构和普通机床零件一般工程结构和普通机床零件 ,通常轧制成各种通常轧制成各种型材、板材和线材型材、板材和线材等。等。3.3.钢的牌号和应用钢的牌号和应用冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理牌号牌号质量质量等级等级化学成分化学成分(质量分数质量分数,%),%)力学性能力学性能C CMnMnSiSiS SP Pss/MPaMPabb/MPaMPa(%)(%)不大于不大于Q195Q1950.060.0.060.1212
12、0.250.250.500.500.030.030.0500.0500.00.045451951953153154304303333Q215Q215A A0.090.0.090.15150.250.250.550.550.300.300.0500.0500.00.045452152153353354504503131Q255Q255A A0.180.0.180.28280.400.400.700.700.300.300.0500.0500.00.045452552554104105505502424Q275Q2750.280.0.280.38380.500.500.800.800.350.35
13、0.0500.0500.00.045452752754904906306302020表表1-3 1-3 碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能碳素结构钢部分牌号、成分与力学性能冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理2)2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号牌号:是用二位数字表示,这两位数字表示钢中的平是用二位数字表示,这两位数字表示钢中的平均碳的质量分数(万分数)。均碳的质量分数(万分数)。例如例如45钢钢:表示平均表示平均w(C)为为0.45%的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。若为沸腾钢,则在牌号后加若为沸腾钢,则在
14、牌号后加“F”符号,如符号,如08F。若含锰量较高,则在数字后加若含锰量较高,则在数字后加“Mn”符号。符号。用途用途:主要用来制造比较重要的机械零件,主要用来制造比较重要的机械零件,如轴、连杆、弹簧等。如轴、连杆、弹簧等。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理牌牌号号化学成分化学成分(质量分数,(质量分数,%)力学性能(不小于)力学性能(不小于)应用举例应用举例C CSiSiMnMn s s/MPMPa a b b/MPMPa a(%)(%)(%)(%)HBSHBS(热热轧)轧)08F0.050.110.030.
15、250.502951753560131要求冷成形性和焊要求冷成形性和焊接性良好的零件,接性良好的零件,如冲压件、焊接件如冲压件、焊接件等。等。200.170.230.170.370.350.654102452555156同上,且用于要求同上,且用于要求内韧外硬的渗碳件。内韧外硬的渗碳件。600.570.650.170.370.500.806754001535255经淬火和中温回火经淬火和中温回火具有较高弹性的各具有较高弹性的各类弹簧等。类弹簧等。表表1-4 1-4 优质碳素钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例优质碳素钢部分牌号、成份、力学性能及应用举例冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本
16、原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理3 3)碳素工具钢)碳素工具钢 牌号牌号:是用规定符号是用规定符号T T(碳字碳字的汉语拼音字首)和数字表的汉语拼音字首)和数字表示。示。例如例如 T10AT10A “10”“10”表示平均表示平均w(C)w(C)为为0.100.10%,“A”A”表示高级优质。表示高级优质。用途用途:用于制造不受冲击、用于制造不受冲击、高硬度、耐磨的工具,如高硬度、耐磨的工具,如锉刀、手锯条、拉丝模等。锉刀、手锯条、拉丝模等。图图1-15丝锥丝锥冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:
17、颜志勇第四章模具材料与热处理牌号牌号化学成分(质量分数,化学成分(质量分数,%)试样淬火试样淬火HRCHRC(不不小于)小于)应用举例应用举例C CSiSiMnMnT8T80.750.750.840.840.350.350.400.40(780780800800,水淬)水淬)6262承受冲击,要求较高硬承受冲击,要求较高硬度的工具。如压缩空气度的工具。如压缩空气工具等。工具等。T9AT9A0.850.850.940.940.400.40(760760780,780,水淬)水淬)6262韧性中等,硬度高的工韧性中等,硬度高的工具。如冲头、木工工具,具。如冲头、木工工具,凿岩工具。凿岩工具。T10
18、T100.950.951.041.04不受剧烈冲击、高硬度、不受剧烈冲击、高硬度、耐磨的工具。如冲头、耐磨的工具。如冲头、手锯条等。手锯条等。T12AT12A1.151.151.241.24不受冲击、要求高硬度、不受冲击、要求高硬度、高耐磨的工具。如锉刀、高耐磨的工具。如锉刀、量具等。量具等。表表1-51-5 碳素工具钢部分牌号、成份、硬度和应用碳素工具钢部分牌号、成份、硬度和应用冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理(2)(2)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢牌号牌号:例如:例如 Q390AQ390A “QQ
19、”表示屈服点,表示屈服点,“390390”表示屈服点值为表示屈服点值为390MPa390MPa,“A A”表示质量等级表示质量等级为为A A 级。级。用途用途:低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理,低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理,综合力学性能良好,用于桥梁、船舶、车辆、高压容综合力学性能良好,用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。器、管道、建筑物等。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理(3)(3)合金钢合金钢1 1)合金结构钢)合金结构钢 牌号牌号:例如例如 60Si2Mn60Si2Mn,“6
20、060”表示平均表示平均w(C)=0.6%w(C)=0.6%,“Si2 Si2”表示平均表示平均w(Siw(Si)=2%)=2%,“MnMn ”表示平均表示平均w(Mnw(Mn)1.5%)1.5%。用途用途:合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢,常合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢,常用来制造用来制造重要的零件重要的零件,如,如齿轮、轴类、弹簧齿轮、轴类、弹簧等。等。例:渗碳钢,例:渗碳钢,20CrMnTi20CrMnTi;调质钢,调质钢,40CrMn40CrMn;弹簧钢,弹簧钢,60Si2Mn60Si2Mn。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助
21、学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理2 2)合金工具钢)合金工具钢牌号牌号:例例1 1:低合金工具钢低合金工具钢:9SiCr9SiCr “9 9”表示平均表示平均w(C)=0.9%w(C)=0.9%,“SiSi”表示平均表示平均w(Si)1.5%w(Si)1.5%,“CrCr”表示平均表示平均 w(Cr)1.5%w(Cr)1.5%。用途用途:合金工具钢的力学性能:合金工具钢的力学性能 优于碳素工具钢,优于碳素工具钢,广泛用于制广泛用于制造各种刃具、量具、模具等。如造各种刃具、量具、模具等。如钻头、绞刀、量块和冲模等。钻头、绞刀、量块和冲模等。图图1-161-16 硬质合金冲模硬质合金冲模冲
22、压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理例例1:高合金工具钢:高合金工具钢高速钢:高速钢:W18Cr4V平均平均w(C)w(C)为为0.70.70.8%0.8%,“W18”W18”表示平均表示平均 w(W)=18%w(W)=18%,“Cr4”Cr4”表示平均表示平均w(Cr)=4%w(Cr)=4%,“V”V”表示平均表示平均w(V)w(V)1.5%1.5%。用于制作车刀、刨刀、钻头、铣刀等。用于制作车刀、刨刀、钻头、铣刀等。冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇
23、第四章模具材料与热处理(4)(4)铸钢铸钢 即在凝固过程中即在凝固过程中不经历共晶转变不经历共晶转变的用于生产铸件的的用于生产铸件的铁基合金。铁基合金。性能特点性能特点:铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁,:铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁,用途用途:主要用于制造承受:主要用于制造承受 重载荷及冲击载荷重载荷及冲击载荷的构件。的构件。如锻锤机架、齿轮、轧辊等。如锻锤机架、齿轮、轧辊等。在各类铸造合金中,在各类铸造合金中,铸钢的应用仅次于铸铁。铸钢的应用仅次于铸铁。主要主要分为分为:铸造碳钢和:铸造碳钢和 铸造合金钢。铸造合金钢。图图1-171-17 铸钢件铸钢件冲压工艺及模具设计第第1章章冲
24、压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具材料与热处理1)1)铸造碳钢铸造碳钢牌号牌号:例如例如 ZG230450450b450MPa;230s(0.2)230MPa;ZG“铸钢铸钢”汉语拼音首字母。汉语拼音首字母。性能特点性能特点:有一定的强度和较好的塑性、有一定的强度和较好的塑性、韧性,焊接性能良好,切削加韧性,焊接性能良好,切削加工性尚好。工性尚好。用途用途:作砧座、轴承盖、齿轮等。:作砧座、轴承盖、齿轮等。图图1-181-18 各种各种铸钢件铸钢件冲压工艺及模具设计第第1章章冲压变形的基本原理冲压变形的基本原理模具制造技术助学课件主讲:颜志勇第四章模具
25、材料与热处理牌号牌号化学成分(质量化学成分(质量分数,分数,%)力学性能(最小值)力学性能(最小值)主要特点及应用主要特点及应用C CSiSiMnMn s s(0.20.2)/MPaMPa b b/MPaMPa(%)(%)ZG2004000.200.500.8020040025塑性、韧性较好,强度、塑性、韧性较好,强度、硬度较低,焊接性良好,硬度较低,焊接性良好,但铸造性能差,用于受力但铸造性能差,用于受力不大,韧性要求较高的零不大,韧性要求较高的零件。如机座、机架等。件。如机座、机架等。ZG3406400.600.600.9034064010强度、硬度较高,塑性、强度、硬度较高,塑性、韧性较
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