金属工艺学第五章1

1、1第五章第五章 机械工程材料机械工程材料本章重难点本章重难点 钢的种类、牌号、性能和钢的种类、牌号、性能和用途用途2第五章主要内容第五章主要内容 钢材钢材 铸铁铸铁 有色金属及其他材料有色金属及其他材料 零件的失效与材料的选用原则零件的失效与材料的选用原则3 第一节第一节 钢材钢材 本节重点：本节重点： 结构钢的分类，牌号，性能。结构钢的分类，牌号，性能。 本节难点：本节难点：牌号种类加工工艺特点大致化学成分用途与性能4第一节 钢 材 钢的简介 常用钢材 炼铁与炼钢5一、 炼铁与炼钢1、 炼铁工艺流程 6 炼炼 铁铁72、 炼钢工艺流程炼钢工艺流程 炼钢的主要原理 在高温下，用氧气或铁的氧化物

2、把铁水中所含的过量的碳和其他杂质转变为气体或炉渣除去。8炼炼 钢钢9 二、工业用钢的简介二、工业用钢的简介钢的分类钢的分类残存元素在钢中的作用残存元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用101、钢的分类、钢的分类1 1）. .按化学成分分类按化学成分分类: :非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢普通质量钢普通质量钢优质质量钢优质质量钢特殊质量钢特殊质量钢一、钢的概述一、钢的概述2）. .按质量等级分类按质量等级分类: :113 3）. .按主要性能及使用特性分类：按主要性能及使用特性分类：钢钢非合金结构钢非合金结构钢结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢一、钢的概

3、述一、钢的概述低合金结构钢低合金结构钢合金结构钢合金结构钢碳素工具钢碳素工具钢合金工具钢合金工具钢高速工具钢高速工具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢122、残存元素在钢中的作用、残存元素在钢中的作用 钢中基本元素为：钢中基本元素为：F Fe e 、C C； 残存元素主要有：残存元素主要有：SiSi、M Mn n、S S、P P 一、钢的概述一、钢的概述4）P 冷脆冷脆3）S 热脆热脆2）Si wSi0.6065 70强度、硬强度、硬度高，塑、度高，塑、韧性低，韧性低，弹性好弹性好弹簧钢弹簧钢（淬火（淬火+中温回火）中温回火）工具钢（正火工具钢（正火+球化退火球化退火 +淬火淬火+低温回火

4、）低温回火）233 3）碳素工具钢）碳素工具钢 wc=0.65%1.35% 牌牌 号：号： T T数字元素符号数字元素符号 T T：“碳碳”， 数字：数字：w wc(c(以千分之几计以千分之几计) )。 例如：例如：T7T7、T8T8 元素符号元素符号MnMn：较高含锰量；例如：较高含锰量；例如： T8MnT8Mn A A：高级优质碳素工具钢：高级优质碳素工具钢; ; 例如：例如：T10AT10A。1、常用的非合金钢、常用的非合金钢力学性能力学性能：含碳量高、硬度大、塑性差：含碳量高、硬度大、塑性差 。24热处理：热处理：正火正火+ +球化退火淬火低温回火球化退火淬火低温回火 应用举例：应用举

5、例：用于制做低速、手动刀具及常温下使用的工用于制做低速、手动刀具及常温下使用的工 具、模具、量具等。具、模具、量具等。 T7T7、T8T8凿子，冲子；凿子，冲子； T10T10锯条；锯条；T12T12锉刀。锉刀。 25常用非合金钢（碳素钢）常用非合金钢（碳素钢）1、常用的非合金钢、常用的非合金钢264 4）工程用铸造碳钢）工程用铸造碳钢 牌牌 号：号： ZGZG数字数字1 1数字数字2 2 ZGZG：“铸造用钢铸造用钢”， 数字数字1 1：屈服强度屈服强度 数字数字2 2：抗拉强度抗拉强度二、常用工业用钢二、常用工业用钢制作形状复杂的重型机械、矿山机械、冶金机械等。制作形状复杂的重型机械、矿山

6、机械、冶金机械等。272 2、低合金钢、低合金钢二、常用工业用钢二、常用工业用钢 1) 1) 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢指低碳低合金工程结构用钢。指低碳低合金工程结构用钢。牌号：牌号：与碳素结构钢基本相同。与碳素结构钢基本相同。 “ “ Q ” + Q ” + 屈服强度值屈服强度值 + + 代表产品用途的符代表产品用途的符号号 例如：例如：Q345RQ345R、 Q420Q420力学性能：力学性能：高强度、高韧性和良好的焊接性和冷成形性能。高强度、高韧性和良好的焊接性和冷成形性能。应用举例：应用举例：桥梁、船舶、锅炉、输油输气管道等。桥梁、船舶、锅炉、输油输气管道等。 热处理：热处理

7、：一般在热轧空冷状态下使用一般在热轧空冷状态下使用 282 2、低合金钢、低合金钢 2 2）低合金耐候钢）低合金耐候钢 3 3）低合金专业用钢）低合金专业用钢 即耐大气腐蚀钢，在低碳低合金的基础上加入即耐大气腐蚀钢，在低碳低合金的基础上加入少量少量CuCu、CrCr、NiNi、MoMo等，使其在金属表面形成一等，使其在金属表面形成一层保护膜。层保护膜。 特殊的低合金结构钢，如低合金钢筋钢，铁道特殊的低合金结构钢，如低合金钢筋钢，铁道用低合金钢、矿用低合金钢等等。用低合金钢、矿用低合金钢等等。29Q390钢（钢（15MnVN ）30卢浦大桥卢浦大桥31武汉长江大桥武汉长江大桥结构钢性能对比结构钢

8、性能对比32南京长江大桥南京长江大桥结构钢性能对比结构钢性能对比33芜湖长江大桥芜湖长江大桥结构钢性能对比结构钢性能对比34结构钢应用举例：结构钢应用举例：芜湖长江大桥：芜湖长江大桥：2000.9.30, Q3702000.9.30, Q370qE E (14MnNbq ) 主跨跨度主跨跨度312m312m，长长1061610616米。米。 二、常用工业用钢二、常用工业用钢武汉长江大桥：武汉长江大桥：1957.101957.10， Q235Q235， 主跨跨度主跨跨度128m128m，长，长16001600多米；多米；南京长江大桥：南京长江大桥：1968.121968.12， Q345Q345

9、， 主跨跨度主跨跨度160m160m，长，长67006700多米；多米； (16Mn)(16Mn)353、常用合金钢、常用合金钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢高速工具钢高速工具钢36二、常用工业用钢二、常用工业用钢1）常用合金结构钢）常用合金结构钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢：合金弹簧钢：合金弹簧钢：37化学成分：化学成分：wcwc0.10%-0.250.10%-0.25 属属低碳低碳范围范围a a）. .合金渗碳钢合金渗碳钢：指经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。指经过渗碳热处理后使用的低碳合金结构钢。1)、合金结构钢、合金结构钢牌号：牌号：数字元

10、素符号数字数字元素符号数字( (元素含量元素含量) ) 例如：例如：20Cr20Cr、20MnV20MnV、20CrMnTi20CrMnTi、18Cr2Ni4WA 18Cr2Ni4WA 等等力学性能要求：力学性能要求：表硬里韧表硬里韧应用举例应用举例：承受冲击载荷和摩擦磨损的齿轮等零件。：承受冲击载荷和摩擦磨损的齿轮等零件。 热处理：热处理：渗碳直接淬火渗碳直接淬火( (或或渗碳二次淬火渗碳二次淬火) )低温回火低温回火3839化学成分：化学成分：w w c c0.25-0.50.25-0.5 属属中碳中碳范围范围 主加元素为：主加元素为：MnMn、CrCr、SiSi、NiNi， 辅加元素为辅

11、加元素为V V、MoMo、TiTi、W W。牌号：牌号：含义含义同合金渗碳钢同合金渗碳钢 例如例如: 40Cr: 40Cr、40MnB40MnB、40MnVB40MnVB、30CrMnSi30CrMnSi、40CrMnMo40CrMnMo、力学性能要求：力学性能要求：既强又韧既强又韧b b）. .合金调质钢合金调质钢：指经过调质处理后使用的中碳合金结构钢。指经过调质处理后使用的中碳合金结构钢。1 1）、合金结构钢）、合金结构钢应用举例：应用举例：重荷载重荷载+ +冲击作用的一些重要零件，冲击作用的一些重要零件， 机床主轴、曲轴机床主轴、曲轴 。 热处理热处理：淬火高温回火淬火高温回火 （回火索

12、氏体（回火索氏体）40 曲曲 轴轴 连连 杆杆4142牌号：牌号：同合金渗碳钢同合金渗碳钢 例如：例如：60Si2CrA60Si2CrA、50CrVA50CrVA、30W4Cr2VA30W4Cr2VA等等力学性能：力学性能：高强度、高屈强比，高的疲劳极限，一定的高强度、高屈强比，高的疲劳极限，一定的 塑、韧性，耐热性或耐蚀性塑、韧性，耐热性或耐蚀性c c）. .合金弹簧钢：合金弹簧钢：指用于制造弹簧或其它弹性零件的钢种。指用于制造弹簧或其它弹性零件的钢种。1）、合金结构钢）、合金结构钢化学成分：化学成分： w w c c 0.450.45-0.7-0.7；应用举例：应用举例：各种弹簧。广泛用于

13、汽车、拖拉机上的减振各种弹簧。广泛用于汽车、拖拉机上的减振 弹簧、螺旋弹簧和气缸安全阀弹簧等。弹簧、螺旋弹簧和气缸安全阀弹簧等。热处理：热处理：淬火中温回火淬火中温回火 （回火托氏体）（回火托氏体）43 汽车板簧汽车板簧 阀门弹簧阀门弹簧44452）、合金工具钢）、合金工具钢a a）量具刃具钢）量具刃具钢 WcWc0.9%0.9%1.51.5 主要制造各种形状复杂、截面尺寸较大的低主要制造各种形状复杂、截面尺寸较大的低速切削刃具。速切削刃具。牌号：数字元素符号数字牌号：数字元素符号数字(c）1.0%,1.0%,不标；不标；(c）1.0%,1.0%,以千分之几表示；以千分之几表示；合金百分含量，

14、同合金百分含量，同合金渗碳钢合金渗碳钢热处理热处理：正火正火+ +球化退火球化退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火举例举例 9SiCr9SiCr： 板牙、丝锥、冷冲模；板牙、丝锥、冷冲模； 用来制造各种刃具、量具、模具的合金钢用来制造各种刃具、量具、模具的合金钢46量量 具具刃刃 具具472）、合金工具钢）、合金工具钢b b）耐冲击工具钢）耐冲击工具钢 在在CrSiCrSi钢的基础上，加入钢的基础上，加入2.02.02.52.5的的W W，主要制造风动工具、錾、冲模、冷作模具等。主要制造风动工具、錾、冲模、冷作模具等。c c）冷作模具钢）冷作模具钢 用于制作冷塑性变形的模具，如冷冲模、冷用

15、于制作冷塑性变形的模具，如冷冲模、冷镦模和冷挤压模等镦模和冷挤压模等482）、合金工具钢）、合金工具钢d d）热作模具钢）热作模具钢e e）塑料模具钢）塑料模具钢 用于制作热变形加工的模具，如热锻模、热用于制作热变形加工的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模等挤压模和压铸模等493 3、高速工具钢、高速工具钢 二、常用工业用钢二、常用工业用钢 Wc Wc0.70.71.21.2，并含有大量的，并含有大量的W W、V V、MoMo和较多的和较多的CrCr，用于制作高速切削刃具。，用于制作高速切削刃具。 热处理的特点：热处理的特点： 淬火加热温度高淬火加热温度高12001200以上；以上； 回火温度高

16、回火温度高560 560 ； 次数多次数多3 3次。次。车刀车刀铣铣刀刀钻钻头头504 4、特殊性能钢、特殊性能钢 不锈钢不锈钢 二、常用工业用钢二、常用工业用钢耐热钢耐热钢 耐磨钢耐磨钢 511 1）不锈钢）不锈钢 定义定义: : 在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢 概念概念: : * *钢在钢在空气空气中的年腐蚀量中的年腐蚀量0.01mm 0.01mm 空气中使用的不锈钢。空气中使用的不锈钢。 * *钢在钢在强酸、强碱强酸、强碱介质中的年腐蚀量介质中的年腐蚀量 0.1mm0.1mm 在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。52

17、高铬高铬a) a) 成分特点成分特点 低碳低碳 提高铁的电极电位，不发生电化学腐蚀；当提高铁的电极电位，不发生电化学腐蚀；当Cr含量大于含量大于12%时，形成致密的氧化膜时，形成致密的氧化膜(Cr2O3)，防止继续氧化。防止继续氧化。 一般不锈钢含碳量较低，只有要求高硬度一般不锈钢含碳量较低，只有要求高硬度和耐磨性的不锈钢才能适当地提高含碳量。和耐磨性的不锈钢才能适当地提高含碳量。53b) b) 分类分类 铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢化学成分特点化学成分特点:热处理特点热处理特点: 不能进行热处理强化不能进行热处理强化。用途用途: 化工设备中要求耐蚀性高、塑化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强

18、度低的容器、管道等。性好、强度低的容器、管道等。5455马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 % 热处理特点热处理特点:正火后的组织是马氏体。正火后的组织是马氏体。 用途用途:用作耐蚀性低、强度要求高的构件。如弹簧、用作耐蚀性低、强度要求高的构件。如弹簧、 汽轮机叶片、水压机阀及医疗器械等。汽轮机叶片、水压机阀及医疗器械等。b) b) 分类分类56b) b) 分类分类化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。等。加工特点加工特点:不能进行热处理强化不能进行热处理强化,只能冷塑性变形只能冷塑性变形 强化。强化。奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢57582 2）. .耐热钢耐热钢在高温下在高温下-热化学稳定性热化学稳定性和和热强性热强性的钢。的钢。二、常用工业用钢二、常用工业用钢 用途：用途： 热工动力机械（燃气轮机、锅炉、内燃机）、热工动力机械（燃气轮机、锅炉、内燃机）、 化工机械、石油装