机械工程材料-charpt6

1、 机械工程材料 机电学院 机械工程材料 机电学院6.1 6.1 合金元素与铁和碳的相互作用合金元素与铁和碳的相互作用 1.1.合金元素与铁的相互作用合金元素与铁的相互作用 1 1）扩大奥氏体相区元素）扩大奥氏体相区元素Ni、Mn、Co C、N、Cu、Zn、Au 机械工程材料 机电学院奥氏体稳定元素奥氏体稳定元素开启相区： Ni、Mn、Co 扩展区：C、N、Cu、Zn、Au 作用：使A3，A4，区扩大，促进形成 机械工程材料 机电学院 2 2）扩大铁素体相区元素）扩大铁素体相区元素（1）封闭）封闭相区：相区：Ti、V、Mo、 W、Cr（强（强K形成元素）、形成元素）、Si、Al （2）缩小）缩小

2、相区：相区：B、Zr、Nb、Ta 机械工程材料 机电学院铁素体稳定元素铁素体稳定元素封闭相区： Ti、V、Mo、 W、CrSi Al缩小区：B、Zr、Nb、Ta 作用：使A3 ，A4 ，缩小，促进形成 机械工程材料 机电学院 2.2.合金元素与碳的相互作用合金元素与碳的相互作用合金元素分类合金元素分类n非非K形成元素：形成元素：nNi、Si、Al、Cu、nCo、N、P等等K形成元素：形成元素：Ti、Nb、V、W、Mo、Cr；Mn、Fe 机械工程材料 机电学院6.2.6.2.合金元素对合金元素对Fe-CFe-C相图的影响相图的影响重点重点：Me对钢的临界点对钢的临界点A1、A3、Acm以及以及S

3、、E点点的影响，反映在相图上则表现为的影响，反映在相图上则表现为相区的扩大或缩相区的扩大或缩小小 1 1对对S S、E E点的影响点的影响 普遍规律普遍规律（1）所有）所有Me均使均使S、E点左移，这就意味着：相同点左移，这就意味着：相同C量，量，合金钢比碳钢中合金钢比碳钢中P多多 ；含；含C小于小于0.8%就有可能为过共析钢就有可能为过共析钢（40Cr13）；含）；含C小于小于2.0%就会出现莱氏体（就会出现莱氏体（W18Cr4V） 机械工程材料 机电学院A稳定元素均使稳定元素均使S、E点向左下方移动；点向左下方移动；F稳定元素使稳定元素使S、E点向左上方移动。点向左上方移动。S点左移：意味

4、着共析点左移：意味着共析C量减小量减小 ；E点左移：意味着出现莱氏体的点左移：意味着出现莱氏体的C量降低量降低 （2 2）S S、E E点向左移，则点向左移，则ESES线即线即AcmAcm左移左移 2.2.对对A1A1、A3A3线的影响线的影响 F F稳定元素稳定元素CrCr、SiSi等使等使A1A1（A3A3）线向上移动）线向上移动 A A稳定元素稳定元素NiNi、MnMn等使等使A1A1（A3A3）线向下移动）线向下移动； 机械工程材料 机电学院 3 3对对 区的影响区的影响 铬对钢铬对钢区的影响区的影响 锰对钢锰对钢区的影响区的影响 机械工程材料 机电学院6.3 6.3 合金元素对钢的相

5、变影响合金元素对钢的相变影响 1 1对对A A形成速度的影响形成速度的影响 K K形成元素降低形成元素降低FeFe和和C C的扩散系数，减缓的扩散系数，减缓A A体化过程。体化过程。 K K形成元素提高钢的临界点，形成元素提高钢的临界点，A A体化温度较高。体化温度较高。 非非K K形成元素增大形成元素增大C C的扩散系数，加速的扩散系数，加速A A体化过程。体化过程。 2 2对对A A晶粒大小的影响晶粒大小的影响 K K形成元素抑制形成元素抑制A A晶粒长大。晶粒长大。 非非K K形成元素抑制形成元素抑制A A晶粒长大作用较弱。晶粒长大作用较弱。 Mn, P, CMn, P, C促进奥氏体晶

6、粒长大。促进奥氏体晶粒长大。 机械工程材料 机电学院 3 3对过冷奥氏体分解转变的影响对过冷奥氏体分解转变的影响除除CoCo外，合金元素增大过冷奥氏体稳定性，使曲线右移。外，合金元素增大过冷奥氏体稳定性，使曲线右移。除除CoCo，AlAl外，合金元素使外，合金元素使MsMs和和MfMf点下降，点下降，ArAr量增多。量增多。凡扩大凡扩大A A区的元素：区的元素：NiNi、MnMn、CuCu等，降低等，降低A1A1点，使点，使P P相变区移向较低温相变区移向较低温度；度；凡缩小凡缩小A A区的元素：区的元素：Si Si 、AlAl、CrCr、WW、MoMo、V V等，升高等，升高A1A1点，使点

7、，使P P相区相区变移向较高温度。变移向较高温度。 4 4对回火转变的影响对回火转变的影响提高钢的耐回火性提高钢的耐回火性抑制残余奥氏体的分解抑制残余奥氏体的分解阻碍碳化物的析出和长大阻碍碳化物的析出和长大提高铁素体的再结晶温度提高铁素体的再结晶温度 机械工程材料 机电学院6.4 6.4 钢的分类与编号钢的分类与编号结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢中碳钢中碳钢 0.250.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%碳素钢

8、碳素钢合金钢合金钢 机械工程材料 机电学院 1 1、碳素结构钢和低合金高强度钢、碳素结构钢和低合金高强度钢 Q+Q+最低屈服强度值最低屈服强度值+ +质量等级符号质量等级符号+ +脱氧方法符号脱氧方法符号 Q235AFQ235AF、Q235BZQ235BZ 低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345CQ345C 机械工程材料 机电学院 2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢 牌号用两位数字表示。牌号用两位数字表示。 这两位数字表示钢平均含碳量的这两位数字表示钢平均含碳量的万分之

9、几万分之几。 如如4545钢钢平均含碳量为万分之四十五（即平均含碳量为万分之四十五（即0.45%0.45%）的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。 机械工程材料 机电学院 当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.502.49%1.502.49%、2.50 3.49%2.50 3.49%、 3.504.49%3.504.49%、4.505.49%4.505.49%、时，在相应的合金元素时，在相应的合金元素 符号后标符号后标2 2、3 3、4 4、5 5 等数字。如等数字。如20CrNi320CrNi3 3 3、合金结构钢和合金弹簧钢、合金结构钢和合金弹簧钢 两位数字（表示平均含碳量的两位数

10、字（表示平均含碳量的万分之几万分之几）+ +合金元素符号合金元素符号+ +该元该元 素百分含量数字素百分含量数字+ 当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%1.50%时，只标元素符号，不标含量；时，只标元素符号，不标含量； 机械工程材料 机电学院 4 4、工具钢、工具钢 碳素工具钢碳素工具钢 T + T + 数字数字 T T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢” ” ； 数字表示平均含碳量的数字表示平均含碳量的千分之几千分之几. . 如如T8T8其平均含碳量为千分之八其平均含碳量为千分之八(0.8%C)(0.8%C)。 * *说明说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在：碳

11、素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加钢号后加“A”A”，如，如T8AT8A。 机械工程材料 机电学院 合金工具钢合金工具钢 含碳量含碳量+ +合金元素符号合金元素符号+ +该元素百分含量该元素百分含量+ 当含碳量小于当含碳量小于1.00%1.00%时，含碳量用一位数字标明，时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的这一位数字表示平均含碳量的千分之几千分之几，如，如8MnSi.8MnSi. 当含碳量大于当含碳量大于1.00%1.00%时，不标含碳量。时，不标含碳量。 机械工程材料 机电学院 5 5、轴承钢、轴承钢 G+Cr+G+Cr+铬含量铬含量( (不标含碳量不标含碳量)

12、 ) “G”“G”表示表示“滚动轴承钢滚动轴承钢”。 * * 铬含量以铬含量以千分之一千分之一为单位为单位. . 如如“GCr15”GCr15”的平均含铬量为的平均含铬量为1.5%1.5%。 机械工程材料 机电学院 6 6、不锈钢和耐热钢、不锈钢和耐热钢 含碳量含碳量+ +合金元素符号合金元素符号+ +该元素百分含量该元素百分含量+ 含碳量以含碳量以千分之一千分之一为单位。为单位。 含碳量的表示方法为：含碳量的表示方法为： 当平均含碳量当平均含碳量1.00%1.00%时，用两位数字表示，如时，用两位数字表示，如11Cr17(11Cr17(平均含碳量为平均含碳量为1.10%)1.10%)；l 当

13、当1.0%1.0%平均含碳量平均含碳量0.1%0.1%时，用一位数字时，用一位数字表示表示, ,如如2Cr132Cr13（平均含碳量为（平均含碳量为0.20%0.20%） 机械工程材料 机电学院 当当0.1%0.1%含碳量上限含碳量上限 0.03% 0.03%时，以时，以“0”0”表示，表示，如如0Cr18Ni90Cr18Ni9（含碳量上限为（含碳量上限为0.08%0.08%） 当当0.03%0.03%含碳量上限含碳量上限0.01%0.01%时（超低碳），以时（超低碳），以“03”03”表示，如表示，如03Cr19Ni10(03Cr19Ni10(含碳量上限为含碳量上限为0.03%0.03%）l

14、 当含碳量上限当含碳量上限0. 01%0. 01%时时( (极低碳极低碳) )，以，以“01”01”表示，表示，l如如01Cr19Ni1101Cr19Ni11（含碳量上限为（含碳量上限为0.01%0.01%）。）。 机械工程材料 机电学院 7 7、铸钢、铸钢 ZG + ZG + 两位数字两位数字 ZGZG表示表示“铸钢铸钢”； 两位数字表示平均含碳量的两位数字表示平均含碳量的万分之几万分之几, , 如如ZG25.ZG25. 机械工程材料 机电学院6.5 6.5 结构钢结构钢铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥 对结构钢的性能要对结构钢的性能要求为：求为： 使用性能以

15、使用性能以强韧强韧性性为主。为主。 工艺性能以工艺性能以可焊性可焊性、淬透性为主。淬透性为主。 机械工程材料 机电学院一、碳素结构钢一、碳素结构钢 1 1、成分：、成分：0.4%C, P0.4%C, P、S S量及非金属夹杂较多量及非金属夹杂较多. . 2 2、性能：可焊性、塑性好。、性能：可焊性、塑性好。 3 3、热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。、热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。 4 4、使用状态下组织：、使用状态下组织：F+PF+P 5 5、用途、用途 常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%70%。 用

16、于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。 机械工程材料 机电学院 二、低合金高强度结构钢二、低合金高强度结构钢 1 1、性能要求、性能要求 高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。 良好的焊接性能。良好的焊接性能。 良好的耐蚀性及低良好的耐蚀性及低 的韧脆转变温度。的韧脆转变温度。 2 2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.2%C.0.2%C. 合金元素：主要是合金元素：主要是MnMn，还有少量，还有少量V V、TiTi、NbNb等。等。 机械工程材料 机电学院 Mn Mn的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。 V V、TiTi

17、、NbNb等起细化晶粒和弥散强化作用。等起细化晶粒和弥散强化作用。 另外加另外加CuCu、P P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加RERE可提高韧性、疲劳极限，可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。降低冷脆转变温度。 3 3、热处理：热处理：大多数热轧空冷后使用。少数可用正火大多数热轧空冷后使用。少数可用正火+ +高温回高温回火处理。火处理。 4 4、使用状态下组织：、使用状态下组织：F+PF+P低合金高强钢合金元素细低合金高强钢合金元素细化晶粒作用化晶粒作用 机械工程材料 机电学院 5 5、用途：、用途： Q345Q345钢钢(16Mn)(16Mn)综合性能好，综合性能好，用于船舶、桥梁、车

18、辆等大型用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。钢结构。 Q390Q390钢含钢含V V、TiTi、NbNb，强度，强度高，用于中等压力的压力容器。高，用于中等压力的压力容器。 Q460Q460钢含钢含MoMo、B B，正火组织，正火组织为贝氏体，强度高为贝氏体，强度高, ,用于石化用于石化中温高压容器中温高压容器. .南京长江大桥南京长江大桥 机械工程材料 机电学院三、渗碳钢三、渗碳钢 制造渗碳零件的钢种。制造渗碳零件的钢种。 1 1、性能要求、性能要求 表面具有高硬度、高耐表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。性和强度，即表硬里韧。 良好的热处理性

19、能良好的热处理性能, ,如淬如淬透性和渗碳能力。透性和渗碳能力。渗碳炉渗碳炉 机械工程材料 机电学院 2 2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.10.25%C0.10.25%C 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性：提高淬透性： CrCr、MnMn、NiNi、B B 强化铁素体：强化铁素体： CrCr、MnMn、Ni Ni 细化晶粒：细化晶粒： WW、MoMo、TiTi、V V 渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱 机械工程材料 机电学院 3 3、热处理特点、热处理特点 渗碳件的加工工艺路线为：下料渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+ +低温回火

20、低温回火 正火目的为调整硬度，便于切削加工。正火目的为调整硬度，便于切削加工。 淬火温度一般为淬火温度一般为 Ac1+30-50Ac1+30-50。 4 4、使用状态下组织、使用状态下组织 心部：心部：MM回回+F+F 表层：表层：MM回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) )；渗碳淬火后的表层组渗碳淬火后的表层组织织 机械工程材料 机电学院柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴用于受力小的耐用于受力小的耐磨件，如柴油机磨件，如柴油机的活塞销、凸轮的活塞销、凸轮轴等。轴等。 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途 低淬透性钢：低淬透性钢： 20、20Cr。 机械工程材料 机电学院增压柴油机曲轴

21、增压柴油机曲轴 中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等。用于中等载荷的耐磨件，如变速载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。箱齿轮。 高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大用于大载荷的耐磨件，如柴油载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。机曲轴。 机械工程材料 机电学院 四、调质钢四、调质钢1、性能要求、性能要求 良好的综合力学性能；良好的综合力学性能； 良好的淬透性。良好的淬透性。 2、成分特点、成分特点 中碳：中碳：0.30.5%C 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒细化晶粒: Ti、

22、V 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性: W、Mo调质件（螺杆）调质件（螺杆） 机械工程材料 机电学院 调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工装配装配 调质目的：调质目的： 为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织.使用状态下的组织为使用状态下的组织为 表面：表面： M回；心部：回；心部：S回回 为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。回火索氏体回火索氏体 机械工程材料 机电学院柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 4、常用钢号及用途、常用钢号及用途

23、低淬透性钢：低淬透性钢： D0油油3040mm, 常用常用 45、40Cr, 用于制造较小的齿轮、用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。轴、螺栓等。 中淬透性钢：中淬透性钢： D0油油4060mm，常用，常用40CrNi，用于制造大中型零件。，用于制造大中型零件。 机械工程材料 机电学院五、弹簧钢五、弹簧钢 制造弹簧或类似性能零件的钢制造弹簧或类似性能零件的钢种。种。 1、性能要求、性能要求 弹簧是利用弹性变形储存能量弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。或缓和冲击的零件。 高的高的s，s/b； 高的高的-1；足够的韧性；足够的韧性 高的淬透性。高的淬透性。 机械工程材料 机电学院汽车弹簧汽车弹簧 2、成分特点、成分特点 中高碳：中高碳： 碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C 合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr 提高提高 s/ b：Si 细化晶粒：细化晶粒：V 机械工程材料 机电学院汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧 3、热处理及组织特点、热处理及组织特点 冷成型弹簧：冷拔冷成型弹簧：冷拔 冷成冷成型型定型处理