第五章工业用钢及铸铁PPT课件.ppt
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1、工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学第五章第五章 工业用钢及铸铁工业用钢及铸铁工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学第五章第五章 工业用钢及铸铁工业用钢及铸铁第一节第一节 钢中常存元素与合金元素钢中常存元素与合金元素第二节第二节 钢的分类与编号钢的分类与编号第三节第三节 结构钢结构钢第四节第四节 工具钢工具钢第五节第五节 不锈钢、耐热钢及耐磨钢不锈钢、耐热钢及耐磨钢第六节第六节 铸铸 铁铁工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学第一节第一节 钢中常存元素与合金元素钢中常存元素与合金元素一、钢中常存元素对钢
2、性能的一、钢中常存元素对钢性能的影响影响二、钢中合金元素的作用二、钢中合金元素的作用工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学一、钢中常存元素对钢性能的影响一、钢中常存元素对钢性能的影响:1.1.有益元素:有益元素:SiSi 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用,能脱氧。能脱氧。MnMn脱氧、去硫脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。提高钢的强度和硬度。2.2.有害元素有害元素:P有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用,低温韧性差低温韧性差(冷冷脆脆)。S能引起钢在热加工时或高温工作下开裂能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂热裂)。3.3.气体元素气体元素:工工程
3、程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学气体元素:气体元素:N:钢中过饱和钢中过饱和N在常温放置过程中会发在常温放置过程中会发生时生时效脆化。效脆化。加加Ti、V、Al等元素可消除等元素可消除时效时效倾向。倾向。O:钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H:原子态的过饱和氢时将降低韧性原子态的过饱和氢时将降低韧性,引引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时,起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时,会产生很高内压,形成微裂纹,其内壁为会产生很高内压,形成微裂纹,其内壁为白色,白色,称白点或发裂。称白点或发裂。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业
4、大学河南工业大学二、钢中合金元素的作用二、钢中合金元素的作用一)一)合金元素与铁和碳的作用合金元素与铁和碳的作用二)二)合金元素对合金元素对Fe-Fe3CFe-Fe3C相图的影响相图的影响三)三)合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学一一)合金元素与铁和碳的作用合金元素与铁和碳的作用1.1.溶于基体中溶于基体中形成合金形成合金:F F 或或合金合金 A A2.2.与碳作用形成与碳作用形成合金碳化物合金碳化物 (Fe,Cr)3CFe,Cr)3C3.3.单独形成单独形成特殊碳化物特殊碳化物:TiCTiC、VCVC等等
5、工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学与碳作用形成合金碳化物与碳作用形成合金碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱强强v 弱碳化物元素弱碳化物元素:Fe、Mn。v 中强碳化物元素中强碳化物元素:Cr、Mo、W。v 强碳化物元素强碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 熔点、硬度、耐磨性最高。熔点、硬度、耐磨性最高。稳定性最高。稳定性最高。TiC、NbC、VC。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学二二)合金元素对合
6、金元素对Fe-Fe3CFe-Fe3C相图的影响相图的影响 1.1.扩大奥氏体区扩大奥氏体区:MnMn、NiNi、CoCo、CuCu、ZnZn、N N等元素,扩大奥氏体区。等元素,扩大奥氏体区。2.2.缩小奥氏体区:缩小奥氏体区:Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al、B等元素,缩小奥氏体区。等元素,缩小奥氏体区。3.3.改变共晶点和共析点的参数:改变共晶点和共析点的参数:几乎几乎所有的合金元素。使所有的合金元素。使S点和点和E点的点的成分向成分向左移左移,使使A1线的线的温度变化温度变化。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学三三)合金元素对钢的热处理的影响合金元素
7、对钢的热处理的影响加热时对加热时对奥氏体形成奥氏体形成的影响的影响对对过冷奥氏体转变过冷奥氏体转变的影响的影响对对回火转变回火转变的影响的影响工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学1.1.合金元素对加热时奥氏体形成的影合金元素对加热时奥氏体形成的影响响除除Mn元素外元素外,所有合金元素的加所有合金元素的加 入入,均使奥氏体的形成速度减慢。均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb等等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大氏体晶粒长大(Si
8、、Ni、Cu、Co等等)。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学2.2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响v除除Co元素外元素外,所有的合金元素均使所有的合金元素均使钢的钢的TTT 曲线向右移。曲线向右移。v除除Co、Al元素外元素外,所有的合金元素所有的合金元素都使都使马氏体转变温度马氏体转变温度下降。下降。v提高钢的淬透性提高钢的淬透性,常用的元素有常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。等。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学3.3.合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响回火抗力回
9、火抗力的增加的增加二次二次硬化硬化的产生的产生产生产生回火脆性回火脆性进入第二节进入第二节工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学第二节第二节钢的分类与编号钢的分类与编号一、钢的分类一、钢的分类二、钢的编号方法二、钢的编号方法一)国标(一)国标(GB)钢产品牌号表示钢产品牌号表示方法方法二)钢铁及合金牌号统一数字代号二)钢铁及合金牌号统一数字代号体系体系工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学一、钢的分类一、钢的分类1.1.按用途分类;按用途分类;2.2.按化学成分分类;按化学成分分类;3.3.按质量等级分类;按质量等级分类;4.4.按冶
10、炼方法分类;按冶炼方法分类;5.5.按金相组织分类;按金相组织分类;6.6.按工艺方法(脱氧程度)分类按工艺方法(脱氧程度)分类;工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学1.1.按用途分类按用途分类(1 1)结构钢)结构钢 可分为工程构件用钢可分为工程构件用钢(如建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船(如建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、车辆工程用钢)和机器零舶工程用钢、车辆工程用钢)和机器零件用钢(如调质钢、渗碳钢、弹簧钢、件用钢(如调质钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢等)。轴承钢等)。(2 2)工具钢)工具钢 根据用途不同可分为刃根据用途不同可分为刃具钢、模具钢、量具
11、钢等。具钢、模具钢、量具钢等。(3 3)特殊性能钢)特殊性能钢 可分为不锈钢、可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。耐热钢、耐磨钢等。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学2.2.按化学成分分类按化学成分分类 按化学成分分为非合金钢、低合金钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢和合金钢。和合金钢。非合金钢非合金钢是指是指WCWC2.11%2.11%,并含有少量并含有少量SiSi 、MnMn 、S S、P P等杂质元素的铁碳合金,在施等杂质元素的铁碳合金,在施行新的钢分类标准以前称为碳素钢行新的钢分类标准以前称为碳素钢(简称碳钢简称碳钢)。按其含碳量又分为低碳钢。按其含碳量又
12、分为低碳钢(0.0218%(0.0218%WCWC0.25%)0.25%)、中碳钢中碳钢(0.25%(0.25%WCWC0.60%)0.60%)和高碳和高碳钢钢(WC WC 0.60%)0.60%)。低合金钢与合金钢低合金钢与合金钢是指在非合金钢基础上是指在非合金钢基础上有目的的加入了某些元素所形成的钢种有目的的加入了某些元素所形成的钢种,加入加入钢中的元素称为合金元素。钢中的元素称为合金元素。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学 3.3.按质量分类按质量分类 主要按钢中的有害杂质磷、硫含量来主要按钢中的有害杂质磷、硫含量来分类。可分为分类。可分为 普通钢普通钢
13、(WSWS、WP0.045%)WP0.045%);优质钢优质钢(WSWS、WP0.035%)WP0.035%);高级优质钢高级优质钢(WS0.020%WS0.020%、WP0.030%)WP0.030%);特级优质钢特级优质钢(WS0.015%WS0.015%、WP0.025%)WP0.025%)等。等。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学4.4.按冶炼方法分类按冶炼方法分类 可按炉别分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。可按炉别分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。平炉钢是靠燃料(煤气或重油)的燃烧来平炉钢是靠燃料(煤气或重油)的燃烧来熔化炉料和提高钢水温度,靠炉气中的氧气熔化炉
14、料和提高钢水温度,靠炉气中的氧气和加入铁矿石进行氧化反应,由于平炉钢消和加入铁矿石进行氧化反应,由于平炉钢消耗大量燃料在我国已被淘汰。耗大量燃料在我国已被淘汰。转炉钢是把空气或氧气吹入铁水中,使铁转炉钢是把空气或氧气吹入铁水中,使铁水中的水中的C C、MnMn、SiSi、P P、S S等迅速氧化、靠氧等迅速氧化、靠氧化时放出的热量来升温,而不靠燃料供热的化时放出的热量来升温,而不靠燃料供热的炼钢方法。转炉钢由于节省燃料是目前主要炼钢方法。转炉钢由于节省燃料是目前主要炼钢设备。炼钢设备。电炉钢是利用电能作为热源的炼钢方法。电炉钢是利用电能作为热源的炼钢方法。电炉钢主要生产高质量和高合金钢。电炉钢
15、主要生产高质量和高合金钢。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学5.5.按金相组织分类按金相组织分类 钢的金相组织随处理方法不同而已。钢的金相组织随处理方法不同而已。按退火组织分:按退火组织分:亚共析钢、共析钢、过共析钢。亚共析钢、共析钢、过共析钢。按正火组织分:按正火组织分:珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢及珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢及 奥氏体钢等。奥氏体钢等。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学6.6.按工艺方法(脱氧程度)分类按工艺方法(脱氧程度)分类 按脱氧程度不同分为沸腾钢、镇静钢和半按脱氧程度不同分为沸腾钢、镇静钢和半镇静
16、钢。镇静钢。沸腾钢是指只用沸腾钢是指只用MnMn铁(价格低、脱氧效果差)脱铁(价格低、脱氧效果差)脱氧,所以钢中含氧较多,浇注时,钢中氧与碳发生作氧,所以钢中含氧较多,浇注时,钢中氧与碳发生作用析出大量用析出大量COCO,因此钢水在钢模内呈沸腾现象,称沸因此钢水在钢模内呈沸腾现象,称沸腾钢。沸腾钢成材率高,成本低,但化学成份不均匀、腾钢。沸腾钢成材率高,成本低,但化学成份不均匀、偏析、杂质多。沸腾钢钢号最后用偏析、杂质多。沸腾钢钢号最后用“F”F”表示。表示。镇静钢是指除用镇静钢是指除用MnMn铁,还用铁,还用SiSi铁(有时用铁(有时用AlAl)脱脱氧,钢中氧已很少,浇注时没有沸腾现象。镇静
17、钢化氧,钢中氧已很少,浇注时没有沸腾现象。镇静钢化学成分均匀,机械性能较好,但有缩孔,成本高。镇学成分均匀,机械性能较好,但有缩孔,成本高。镇静钢钢号后加静钢钢号后加“Z”Z”。半镇静钢的脱氧程度在镇静钢与沸腾之间,性能半镇静钢的脱氧程度在镇静钢与沸腾之间,性能也介于之间,钢号后加也介于之间,钢号后加“b”b”。半镇静钢应用较少。半镇静钢应用较少。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学一)国标钢产品牌号表示一)国标钢产品牌号表示 方法方法1.1.非合金钢的编号方法非合金钢的编号方法2.2.合金钢的编号方法合金钢的编号方法 工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础
18、础河南工业大学河南工业大学1.非合金钢的编号方法非合金钢的编号方法(1 1)普通碳素结构钢)普通碳素结构钢 (2 2)优质碳素结构钢)优质碳素结构钢 (3 3)碳素工具钢)碳素工具钢(4 4)铸造碳钢)铸造碳钢 工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学(1 1)普通碳素结构钢)普通碳素结构钢 该类钢牌号表示方法由代表屈服点该类钢牌号表示方法由代表屈服点“屈屈”字的汉语拼音字首(字的汉语拼音字首(Q Q)、)、屈服点数值、质量屈服点数值、质量等级符号等级符号(A A、B B、C C、D D、E)E)及脱氧方法符及脱氧方法符号号(F F、b b、Z Z、TZ)TZ)等四
19、个部分按顺序组成。等四个部分按顺序组成。例如例如Q235-AFQ235-AF,即表示屈服点为即表示屈服点为S235MPa S235MPa、A A等级质量的沸腾钢。等级质量的沸腾钢。F F、b b、Z Z、TZ TZ 依次表示沸腾钢、半镇依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢,一般情况下符静钢、镇静钢、特殊镇静钢,一般情况下符号号Z Z与与TZTZ在牌号表示中可省略。在牌号表示中可省略。质量等级符号反映碳素结构钢中磷、硫含质量等级符号反映碳素结构钢中磷、硫含量的多少,量的多少,A A、B B、C C、D D质量等级依次增加。质量等级依次增加。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南
20、工业大学河南工业大学(2 2)优质碳素结构钢)优质碳素结构钢 其牌号用两位数字表示,两位数字表示其牌号用两位数字表示,两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍。例如钢中平均碳的质量分数的万倍。例如 4545钢钢,表示平均表示平均WCWC0.45%0.45%;0808钢表示平均钢表示平均WCWC0.08%0.08%。优质碳素结构钢按锰的质量分数不同优质碳素结构钢按锰的质量分数不同,分分为普通锰为普通锰(WMnWMn0.25%0.25%0.80%)0.80%)与较高锰与较高锰(WMnWMn0.70%0.70%1.2%)1.2%)两组。较高锰的优质碳素结两组。较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加构钢牌号
21、数字后加“MnMn”,”,如如 6565MnMn。沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢,应在牌号后特别标出,如碳素结构钢,应在牌号后特别标出,如0808F F即即指平均含碳量为指平均含碳量为0.08%0.08%的沸的沸腾钢;腾钢;1515g g即指平即指平均碳质量分数为均碳质量分数为0.15%0.15%的锅炉钢。的锅炉钢。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学(3 3)碳素工具钢)碳素工具钢 其牌号冠以其牌号冠以“T”(“T”T”(“T”为为“碳碳”字的汉字的汉语拼音字首语拼音字首),后面的数字表示平均碳的质量,后面的数字
22、表示平均碳的质量分数的千倍。碳素工具钢分优质和高级优质分数的千倍。碳素工具钢分优质和高级优质两类。若为高级优质钢,则在数字后面加两类。若为高级优质钢,则在数字后面加“”字。字。例如例如T8AT8A钢,表示平均钢,表示平均W W0.8%0.8%高级优高级优质碳素工具钢。质碳素工具钢。对含较高锰对含较高锰(WMnWMn0.40%0.40%0.60%)0.60%)的碳素的碳素工具钢,则在数字后加工具钢,则在数字后加“MnMn”。如如T8Mn T8Mn、T8MnA T8MnA 等。等。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学(4 4)铸造碳钢)铸造碳钢 其牌号用其牌号用“Z
23、G”ZG”代表铸钢二字代表铸钢二字汉语拼音字首,后面第一组数字为汉语拼音字首,后面第一组数字为屈服点数值屈服点数值(单位单位MPaMPa),第二组数字第二组数字为抗拉强度为抗拉强度(单位单位MPaMPa)。例如例如ZG200ZG200400 400,表示屈服点表示屈服点(或或0.2)200MPa0.2)200MPa,抗拉强抗拉强度度b400MPa b400MPa 的铸造碳钢件。的铸造碳钢件。工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学2.2.合金钢的编号方法合金钢的编号方法(1 1)低合金高强度结构钢)低合金高强度结构钢 (2 2)合金结构钢)合金结构钢 (3 3)滚动
24、轴承钢)滚动轴承钢 (4 4)易切削钢)易切削钢(5 5)合金工具钢)合金工具钢 (6 6)不锈钢与耐热钢)不锈钢与耐热钢 (7 7)铸造合金钢)铸造合金钢(8 8)塑料模具钢)塑料模具钢工工程程材材料料及及成成形形工工艺艺基基础础河南工业大学河南工业大学(1 1)低合金高强度结构钢)低合金高强度结构钢 通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”Q”。屈屈服点数值服点数值(单位为单位为MPaMPa)和表和表5.25.2中规定的质量等级、脱中规定的质量等级、脱氧方法等符号,按顺序组成牌号。例如:氧方法等符号,按顺序组成牌号。例如:Q345CQ345C,Q345DQ
25、345D。低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢,低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢,但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号“Q”Q”、屈服点数值和教材中表屈服点数值和教材中表5.25.2规定的代表产品用途的符号规定的代表产品用途的符号等表示,例如:压力容器用钢牌号表示为等表示,例如:压力容器用钢牌号表示为“Q345R”Q345R”;耐候钢其牌号表示为:耐候钢其牌号表示为:Q340NHQ340NH。根据需要,通用低合金高强度结构钢的牌号也可根据需要,通用低合金高强度结构钢的牌号也可以采
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