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1、第五章第五章 金属材料金属材料钢和铸铁钢和铸铁第一节工业用钢第一节工业用钢钢的分类钢的分类GB/T133041991规定:钢按化学成分分:非合金规定:钢按化学成分分:非合金钢(碳钢)、低合金钢、合金钢三类。钢(碳钢)、低合金钢、合金钢三类。还可以按冶炼方法、脱氧程度、质量等级等分还可以按冶炼方法、脱氧程度、质量等级等分钢钢材材的的分分类类 碳碳素素钢钢合金钢合金钢 低碳钢低碳钢 含碳量含碳量0.3%中碳钢中碳钢 含碳量在含碳量在0.30.6%高碳钢高碳钢 含碳量含碳量0.6%普通碳素钢普通碳素钢按按钢的钢的质量质量 优质碳素钢优质碳素钢 高级优质碳素钢高级优质碳素钢按用途分按用途分 碳素结构钢
2、碳素结构钢 碳素工具钢碳素工具钢含含碳碳量量钢钢材材的的分分类类 碳素钢碳素钢合合金金钢钢合金工具钢:刃具钢、模具钢、合金工具钢:刃具钢、模具钢、量具钢量具钢合金结构钢:工程工件用钢合金结构钢:工程工件用钢 机器零件用钢机器零件用钢特殊性能钢:不锈钢、耐热钢、特殊性能钢:不锈钢、耐热钢、耐磨钢耐磨钢碳素钢碳素钢(简称:碳钢)(简称:碳钢)carbon-steel本内容重点是常见牌号的含义、性能、应用。本内容重点是常见牌号的含义、性能、应用。一、常存元素对碳钢性能的影响一、常存元素对碳钢性能的影响(了解)了解)1、锰、锰 Mn作用作用:脱氧,:脱氧,FeO还原还原Fe;与;与S作用作用MnS降低
3、热脆性;降低热脆性;提高强度、硬度提高强度、硬度。有益元素有益元素2、硅、硅 Si作用作用:与钢液中:与钢液中FeO生生成炉渣,提高钢质量;成炉渣,提高钢质量;溶于溶于F中,固溶强化。中,固溶强化。有益元素有益元素。3、硫、硫 S作用作用:形成:形成FeS(熔点(熔点1190),在晶界),在晶界 处,处,在在1100 1200 时,时,压力加工,产生脆裂。压力加工,产生脆裂。“热脆热脆”。有害元素有害元素4、磷、磷 P作用作用:全部溶于:全部溶于F中,固溶中,固溶强化;强化;、HB,在低温在低温下引起脆断下引起脆断“冷脆冷脆”。有害元素有害元素二、碳钢分类、牌号、用途(二、碳钢分类、牌号、用途
4、(掌握内容掌握内容)1、分类、分类(1)按钢中按钢中含碳量含碳量多少分多少分:低低碳钢碳钢中中碳钢碳钢高高碳钢碳钢Wc 0.6%(2)、按钢的质量(品质)分)、按钢的质量(品质)分:(S、P含量多少)含量多少)普通碳素钢普通碳素钢:优优 质质 钢钢:高级优质钢高级优质钢:S、P较高;较高;Wp0.05%,Ws0.045%Ws 0.035%,Wp 0.035%;Ws 0.02%.Wp 0.03%;A(3)、按钢的用途不同分)、按钢的用途不同分:碳素结构钢碳素结构钢 structural steel 碳素工具钢碳素工具钢 tool steel 铸铸 钢钢 casting steel适用于各种机器零
5、件、工程结构件适用于各种机器零件、工程结构件制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等制造量具、刀具、模具、手锤、钳子等形状复杂,难用锻造方法成形的铸钢件。形状复杂,难用锻造方法成形的铸钢件。特级优质钢特级优质钢 Ws0.020%Wp 0.025%E三三 碳钢的牌号、用途碳钢的牌号、用途1、碳素结构钢、碳素结构钢 GB7001988牌号由代表屈服点的字母牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等等级符号、脱氧方法四部分组成。其中质量等级分别用级分别用A、B、C、D表示。表示。A的的S、P量高,量高,D的的S、P量最低,且质量最好。量最低,且质量最
6、好。如:如:Q235A.FQ“屈屈”字汉语拼音字字汉语拼音字首首235s235MPaA质量等级质量等级 A级级F脱氧方法,指脱氧方法,指“沸腾钢沸腾钢”制造的钢材,一般不标出。制造的钢材,一般不标出。牌号有牌号有:Q195;Q215;Q235;Q255;Q275五类。五类。见教材见教材105页页 表表52。2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢S S、P P含量较低,用于重要零件含量较低,用于重要零件GB69988规定:牌号用规定:牌号用两位数字两位数字表示。其中表示。其中两位数字两位数字表示含碳量表示含碳量万分之几。万分之几。如如:08F、10、15、20、25、30、35、40、45、50、5
7、5、60、65、70、75。如如:45钢是钢是WC=0.45%用途见表用途见表53,P106。*20Mn、65Mn等称等称 含含锰锰量较高的优质碳素结构钢。量较高的优质碳素结构钢。3、碳素工具钢、碳素工具钢GB129888规定:牌号用规定:牌号用“碳碳”字汉语拼音字首字汉语拼音字首“T”+数字数字表示。数字表示表示。数字表示WC的的千分之几千分之几。如如:T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。等。如如T10钢钢WC=1%;T10AT10A中的中的“A A”表示为表示为高级优质高级优质碳素工具钢。碳素工具钢。用途见用途见P112,表表59铸铸 钢钢 GB/T56131995牌号:用牌号:
8、用“铸钢铸钢”汉语拼音字首汉语拼音字首 ZG表示表示。如:如:ZG200400 用变速箱体、壳等,焊接性好。用变速箱体、壳等,焊接性好。200s200MPa400b400MPa还有:还有:ZG230450;用力不大的阀体、轴承盖。用力不大的阀体、轴承盖。ZG270500热轧曲轴、连杆等热轧曲轴、连杆等注意注意:碳钢分类;说出常见钢号:碳钢分类;说出常见钢号 20、45、65Mn、Q235B、Q235A、T7、T10、T10A、T12、ZG200400等,属哪类钢,有何性能特点,用途。等,属哪类钢,有何性能特点,用途。合合 金金 钢钢 alloy-steel一、分类一、分类1、按含合金元素量多少
9、、按含合金元素量多少:(1)低合金钢)低合金钢(2)中合金钢)中合金钢(3)高合金钢)高合金钢W含量含量10%W含量含量=5%10%2、按用途分:、按用途分:(1)合金结构钢)合金结构钢(2)合金工具钢)合金工具钢(3)特殊性能钢)特殊性能钢轴、齿轮、钢筋、型钢等轴、齿轮、钢筋、型钢等刀具、模具、手用工具等刀具、模具、手用工具等不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用(了解)(了解)1、与、与铁铁作用:固溶于铁素体中,固溶强化,作用:固溶于铁素体中,固溶强化,强度、硬度强度、硬度。例例:Mn、Si铁铁素体的硬度,但超素体的硬度,但超过过一
10、定含量,一定含量,又又其其韧韧性。性。Cr、Ni既能提高其硬度,又能提高其韧性。既能提高其硬度,又能提高其韧性。总的总的看来:看来:在碳钢的基础上,加入些合金元素,提高淬透在碳钢的基础上,加入些合金元素,提高淬透性,提高综合力学性能,满足使用要求性,提高综合力学性能,满足使用要求。一、一、合金结构钢合金结构钢(一)、低合金高强度钢(一)、低合金高强度钢:GB/T15911994 牌号:标出牌号:标出 化学元素化学元素和和含量含量,含碳量含碳量WC两位数字两位数字+元素符号元素符号+数字数字含含元素量的元素量的%1.5%不标出不标出 1.52.5%用用 2表示表示2.53.5%用用 3表示表示主
11、加主加元素元素WC的万分之几的万分之几例如:例如:40Cr 、60Si2Mn、20CrMnTi合金元素总量合金元素总量3%,主要用于,主要用于桥梁、井架、电视塔架、船舶桥梁、井架、电视塔架、船舶等等。3、阻碍、阻碍奥氏体奥氏体晶粒的长大晶粒的长大2、与、与碳碳作用:作用:非碳化物形成元素非碳化物形成元素碳化物形成元素碳化物形成元素Ni Cu Si Al NFe Mn Cr Mo W V Ti形成碳化物,形成碳化物,HB、b1、成分、成分:WC0.2%;Mn为主加元素,强化铁素体。为主加元素,强化铁素体。2、性能、性能:良好的:良好的、ak,较高的较高的b、s;3、钢号、用途、钢号、用途 :P6
12、4 表表4-5 Q295;Q345;Q390;Q420;Q460常用的是:常用的是:Q345 代替旧标准代替旧标准 16Mn4、热处理、热处理:热轧后,正火状态使用。:热轧后,正火状态使用。(二)、合金渗碳钢(二)、合金渗碳钢 GB3077991、成分、成分:WC0.25%;目的保证目的保证心部心部有良好的有良好的塑性、韧性塑性、韧性。2、性能、性能:良好的淬透性;经渗碳后,耐磨性:良好的淬透性;经渗碳后,耐磨性,-1,良好的良好的、ak ,抗抗冲击。冲击。3、钢号、用途、钢号、用途:P70 表表4-14统一数字代号:统一数字代号:20Cr-A20202;20CrMnTi-A262024、热处
13、理、热处理:渗碳、淬火:渗碳、淬火+低温回火,低温回火,58HRC62HRC(三)、合金调质钢(三)、合金调质钢 GB/T3077991、成分、成分:Wc=0.25-0.50%;过高,过高,ak;过低,淬不硬,过低,淬不硬,不高不高。2、性能、性能:具有良好的综合力学性能。:具有良好的综合力学性能。3、钢号、用途、钢号、用途:P72 表表4-15 代号代号40Cr-A204024、热处理、热处理:淬火:淬火+高温回火高温回火S回回(四)、合金弹簧钢(四)、合金弹簧钢 GB1222841、成分、成分:Wc=0.45-0.75%过低过低-e不高,屈服比不高,屈服比低;过高低;过高-1、ak 2、性
14、能、性能:具有高的:具有高的b;高的屈强比高的屈强比s/b,-1、足够的足够的、ak 3、钢号、用途:、钢号、用途:P74 表表4-17;60Si2Mn4、热处理:、热处理:(1)冷成形弹簧)冷成形弹簧:当:当d8mm,冷拔后冷拔后200300去去应力退火。应力退火。(五五)、滚动轴承钢、滚动轴承钢 (专用)应用在高速运转中。应用在高速运转中。1、成分、成分:Wc=0.95-1.1%,目的保证高硬度、耐磨性;目的保证高硬度、耐磨性;加加Wcr=0.4-1.6%,提高淬透性。提高淬透性。2、性能、性能:较高的:较高的-1,HB,e一定的一定的ak3、钢号、用途、钢号、用途:P81,常用的常用的
15、GCr15 小型套圈,小型套圈,直径直径25mm钢球;钢球;GCr9直径为直径为1020mm滚珠。滚珠。WCr=0.9%4、热处理、热处理:球化退火、淬火:球化退火、淬火+低温回火低温回火M回回(2)热成型弹簧)热成型弹簧:成型后:成型后淬火淬火+中温回火中温回火。组织:组织:T回回制作截面较大的弹簧制作截面较大的弹簧二、合金工具钢二、合金工具钢 GB129985Alloy toolsteel(一)、合金刃具钢(一)、合金刃具钢要求高的硬度、耐磨性,保证一定的寿命,还要要求高的硬度、耐磨性,保证一定的寿命,还要有一定的强度、塑性、韧性。有一定的强度、塑性、韧性。2、性能特点、性能特点:热硬性热
16、硬性好好在较高温度下保持较高硬度的在较高温度下保持较高硬度的能力;如能力;如600时硬度达时硬度达60HRC3、钢号、用途、钢号、用途见教材见教材P84 表表4-26;4、热处理、热处理:球化退火、淬火:球化退火、淬火+低温回火低温回火 60HRC63HRC(二)、量具钢(二)、量具钢 P84 表表4-26 自己看自己看(三)、模具钢(三)、模具钢 GB129985按工作条件不同分:按工作条件不同分:冷变形模具钢冷变形模具钢(冷作模具钢冷作模具钢)、)、热热变形模具钢变形模具钢(热作模具钢热作模具钢)两类。)两类。1、成份、成份:Wc=0.8%1.5%高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 W合金合
17、金10%W Cr Mo V 锋钢锋钢;又称;又称 白钢白钢。特点特点是高热硬性、耐磨性、淬是高热硬性、耐磨性、淬透性。透性。应用应用高速切削刀具:车刀、刨刀、钻头等。常高速切削刀具:车刀、刨刀、钻头等。常见的见的牌号牌号:W18Cr4V;W6Mo5Cr4V2三、三、特殊性能钢特殊性能钢 special steel (了解)了解)P91 4、6(一)、不锈钢(一)、不锈钢 GB122092具有抵抗大气或其他介质腐蚀的钢称为具有抵抗大气或其他介质腐蚀的钢称为 不锈钢。不锈钢。WCr12%1、铬不锈钢、铬不锈钢:1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13,见见表表4-31 P932、铬镍不锈钢、铬镍不锈钢:1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9另:铁素体不锈钢:另:铁素体不锈钢:1Cr17容器,日用品容器,日用品(二)、耐磨钢(二)、耐磨钢 GB568098 WMn=11%14%又称又称“高锰钢高锰钢”,强烈冲击力作用下发生,强烈冲击力作用下发生硬化硬化现象。现象。如如牌号:牌号:ZGMn131;ZGMn132;等应用等应用 防弹板、铁道防弹板、铁道叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。P79.
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