金属材料成型

1、第四章、钢铁材料及其应用1第一节 碳素钢一、杂质的影响1. Si、Mn元素的影响Si的影响：可消除FeO对钢的不良影响；Mn的影响：可脱氧使钢材致密；可取代FeS中的Fe生成具有良好塑性的MnS，防止S在钢中的热脆性。Si、Mn都能溶于铁素体中，使钢的强度和硬度提高，同时不降低塑性和韧性。2 S、P元素的影响 S的影响：在固态下形成的FeS与Fe形成低熔 点共晶体，分布在奥氏体晶界上，1100的 高温变形加工中，使钢沿晶界形成热裂纹。 P的影响：在固态下可溶入铁素体中，提高钢的强度、硬度，提高鉄液的流动性；在低温下易生成脆性硫化物，使钢产生冷脆性 3Titanic近代船用钢板4二、常用碳钢的分

2、类 低碳钢 C% 0.25%C按钢的C含量分 中碳钢 0.25C % 0.6% 高碳钢 C% 0.6%C 普通碳素钢：S%0.055%，P%0.045% 按钢的S、P含量分 优质碳素钢：S、 P%均0.04% 高级优质碳素钢： S%0.03%， P%0.035% 碳素结构钢按性能和用途分 优质碳素结构钢 铸造碳钢5三、碳素钢的牌号、性能及用途 我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。1.碳素结构钢牌号 Q 235 A F屈服强度235 MPa优等沸腾钢6特点：S、P含量多，强度低，价格便宜，使用中一般不作热处理。应用场合：板材、型材。72.优质碳素结构钢 牌号：

3、以两位数字表示，数字为平均含碳量的万分之一。例：10F，45。 锰含量在0.7%1.2%时，在碳含量后附加符号 “Mn” 特点：S、P含量低，塑性、韧性高。 低含碳量优质碳素结构钢：强度低，塑性好，焊 接性能好。 例10，15，20可作冷冲压制品和焊接件； 15，20，25渗碳处理后可作冲击载荷及磨损条件下工作的零件。8中等含碳量优质碳素结构钢（0.3%0.6%）：强度、硬度高，综合性能良好，机械加工性能好。用于中等负荷下要求一定强度的零件。高含碳量优质碳素结构钢（0.6%以上）：热 处理后强度、硬度高，弹性好。 用于制造弹簧、钢丝绳等。在含碳量相同的条件下，较高锰含量的优质 碳素结构钢比普通

4、锰含量的优质碳素结构钢强度稍高，适合作强度要求高、截面尺寸较大的零件。如螺旋弹簧、板簧等。93.碳素工具钢牌号：在碳或T后加一组数字，为平均含碳量的千分之一。例：T8、T12。分别表示平均含碳量为0.8%，1.2%均为优质钢，杂质含量更少的（S0.02%，P0.03%）称优质碳素工具钢，在牌号后加“A”，例T8A用途：T7、T8用于需要较高韧性的工具，例冲头、錾子、锤头等； T9、T10 、T11用于需要中等韧性、高硬度的工具，例丝锥、手锯条等； T12、T13有很高的耐磨性，韧性低，可用于锉刀、量具等。10T 12 A高级优质 Wc = 12%0碳素工具钢114.铸造碳钢牌号：铸钢两个字的汉

5、语拼音字头“ZG”和两组数字组成，第一组代表屈服强度最小值，第二组代表抗拉强度最小值。例ZG200-400。用途：用于形状复杂、不易锻造、用铸铁不能满足要求的零件。 124.铸造碳钢ZG 200 - 400b 400MPas 200MPa铸钢13 第二节 合金结构钢一、合金钢的分类和牌号1.合金钢的分类 合金结构钢：低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢按性能及用途分 合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢、耐磨钢 低合金钢：合金元素含量5%按合金元素含量分 中合金钢：合金元素含量5%10% 高合金钢：合金元素含量10%142.合金钢的牌号 数字+元素符号+数字合金结构钢 数字+

6、元素符号+数字 该元素含量的百分数 碳含量的万分数 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素 符号，不标含量； 合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。15合金工具钢 数字+元素符号+数字 该元素含量的百分数 碳含量的千分数(一般是一位数) 当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明， 这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。 高速钢不标含碳量特殊性能钢与合金工具钢同16二、合金结构钢的性能和应用1.普通低合金结构钢性能特点

7、： 良好的焊接性能和耐腐蚀性能； 良好的塑性和韧性； 较高的强度。使用特点： 可减小构件截面积，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。172. 合金渗碳钢1.对渗碳钢的性能要求:表硬里韧2.对渗碳钢的含碳量的要求:低3.渗碳钢的热处理特点:渗碳 淬火 + 低温回火(180200)18 低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴活塞销( 20Cr )19高淬透性

8、合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴203.合金调质钢 使用特点:铸造性能好，切削加工性能好，调质后综合力学性能优良。 制造齿轮、轴类零件、螺栓等。 成分特点：含碳量 0.25%0.5 % 合金元素： Mn、Cr、Ni、Si：提高淬透 性，保 证良好的强度与韧性。 Mo、W、V、Ti：形成稳定的碳化 物，细化晶粒，提高回火稳定性。牌号、分类 ： 低淬透性合金调质钢：40 Cr，用于轴类、齿轮；21中等淬透性合金调质钢：30CrMoTi、35CrMoSi，用 于强度要求较高的螺栓、轴等。高淬透

9、性合金调质钢： 40CrMnMo、42CrMo，用于制 造低速重载大型减速器中的齿轮轴。热处理： 合金含量低时：预备热处理，正火。 合金含量高时：正火+高温回火。224.合金弹簧钢 使用特点:良好的疲劳强度、弹性极限，良好的屈强 比，良好的淬透性。 成分特点：含碳量 0. 5%0.7 % 合金元素： Cr、 Mn、 Si 、V：提高淬透 性和弹性极限。 牌号、分类 ： 65 Mn、60Si2Mn； 50 CrV，55SiMnMoV 热处理：热成型弹簧：淬火+中温回火 冷成型弹簧：淬火+中温回火（钢材已退 火） 低温退火（高强度冷拔钢丝）23汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧簧弹丝245.滚动轴承钢

10、 使用特点:高的硬度强度和耐磨性;足够的韧性和耐蚀性; 成分特点：含碳量 0. 95%1.1 % 合金元素： Cr 0. 5%1.5 %，提高淬透性。 牌号、分类 ： GCr15热处理：球化退火+ 淬火+ 低温回火25266.易切削钢 使用特点: 在自动机床上进行高速切削时性能良好。 适用于加工在自动机床上进行大批量生产的零件。27四、合金工具钢1.合金刃具钢低合金刃具钢 性能要求: 高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、 强度和韧性 成分特点: 含碳量 ： 0. 8%1.5% 28高合金刃具钢 性能要求: 高耐磨性、淬透性和耐回火性。 成分特点: 含碳量 ： 0. 7%1.25% W18Cr4V

11、钢的生产工艺及热处理特点 铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次570回火 磨削加工29 W18Cr4V钢的铸态组织W18Cr4V铸造组织 130 30锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依 靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织 210 31刃 具32量 具模 具332.合金模具钢冷作模具钢：用于制造各种冷成型模具。 性能要求: 高硬度、高耐磨性、高强度和高韧性。 化学成分及特点: 高碳量： 12 %; 合金元素: Cr、 Mo、W、V、Mn。 常用牌号： Cr12， Cr12MoV，CrWMn， 9Mn2V， W18Cr4V。 热处理：淬火 + 回火34热作模具钢：用于使工件

12、材料经固态塑性成型或液态流动成型的合金钢，用于热锻模、热挤压模、压铸模等性能要求: 足够的硬度、强度、耐磨性、韧性，良好 的导热性和耐热疲劳性。化学成分特点:中碳 0.40.6 %; 合金元素:Cr、 Mn、 Ni、 Mo、W、V。常用牌号： 5CrMnMo，制造中型模具 ; 5CrNiMo，制造形状复杂、冲击载 荷大的大型模具。 35温度时间500820850预冷油冷530550回火热处理: 5 CrMnMo 淬火 + 550回火363.合金量具钢 性能要求:高的硬度, HRC62; 高的耐磨性; 高的尺寸稳定性; 足够高的心部韧性; 热处理变形小; 尺寸稳定; 良好的耐蚀性;化学成分: 高

13、含碳量 0.91.5 %; 合金元素:Cr、Mn、W。常用牌号： CrWMn、CrMn、 GCr15等。热处理： 淬火 冷处理 (- 80 ) 低温回火 时效处理37 CrWMn钢制造块规退火后的热处理工艺650820840油冷3h-70-80 冷处理1401603h11012036h时效处理精磨3h研磨温度时间38五、特殊性能钢 1.不锈钢：在腐蚀介质中具有较高抗腐蚀能力的钢。 铁素体不锈钢性能：耐腐蚀性能好，塑性好，强度低。化学成分特点: Wc = 0.1 %左右 WCr = 16 % 18 % 常用牌号：1Cr17热处理特点: 不能进行热处理强化。39马氏体不锈钢性能：随含碳量增加，强度

14、增加，耐蚀性下降。化学成分: Wc = 0.1 0.45 % WCr = 13 %常用牌号： 1Cr134Cr13用于制造强度和硬度较高的结构件及工具等。 40奥氏体不锈钢性能：化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。热处理: 固溶处理； 稳定化处理； 消除应力退火。 412. 耐热钢：在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。抗氧化钢：高温下钢的表面能迅速被氧化并生成一层 致密牢固的薄膜附着在钢表面，使钢不再 被氧化。 含碳量越低，抗氧化性越好。 常用牌号：1Cr13Si13等热强钢：在高温下具有良好的抗氧化性和较

15、高强度的 合金钢。 常用牌号：15CrMo、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、1Cr9Si2。 42耐 热 钢 的 用 途发动机叶片航空发动机汽轮机叶片汽车阀门43耐磨钢：又称高锰钢，在强烈冲击载荷作用下具有高 耐磨性。 化学成分:含碳量 Wc = 0.91.4 % WMn = 1015 % 热处理：水韧处理。 使用场合： 球磨机挖掘机颚式破碎机4445 第三节 铸铁铸铁是含碳量大于2.11%并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。 46例如，机床床身、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用铸铁制造.

16、铸铁曲轴内燃机汽缸47一、常用铸铁的分类及应用铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的渗碳体(Fe3C)和游离态的石墨(G)两种形式存在。根据组织的不同，可分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁。48铸铁的基本性能： 力学性能低。由于石墨相当于钢基体中的裂纹 或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力 集中。 耐磨性能好。由于石墨本身有润滑作用。 消振性能好。由于石墨可以吸收振动能量。 铸造性能好。由于铸铁硅含量高, 成分接近于 共晶. 切削性能好。由于石墨使车屑容易脆断，不粘 刀。491.灰铸铁组织：铁素体基体灰铸铁：强度硬度较低；珠光体基体灰铸铁：强度硬度较高；铁素体-珠光

17、体基体灰铸铁：强度、硬度介于二者之间。 牌号：HT+最低抗拉强度性能：有润滑作用，易切削加工，减磨、消声吸音效果好；抗拉强度低，伸长率与冲击韧度05051灰铸铁的热处理热处理只改变基体组织，不改变石墨形态。灰铸铁强度只有碳钢的3050%，热处理强化效果不大。热处理的目的：消除内应力和白口组织52消除内应力退火消除白口退火表面淬火53用途制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。大型船用柴油机汽缸体(HT-300)重型机床床身(HT-250)变速箱体542.球墨铸铁球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。球化剂为镁、稀土和稀土镁。为避免白口，并使石墨细小均匀，在球化处理同时还

18、进行孕育处理。 常用孕育剂为硅铁和硅钙合金硅铁硅钙稀土镁55组织：铁素体基体+球墨铸铁；珠光体基体+球墨铸铁；铁素体-珠光体基体+球墨铸铁。性能：抗拉强度、屈服强度、疲劳极限高于45正火钢，塑性韧性好；可进行各种热处理。凝固收缩大，对熔炼和铸造工艺的要求高，减振性能不如灰铸铁。56球墨铸铁的显微组织 铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球 57牌号：QT+数字（抗拉强度）-数字（断后伸长率）热处理退火1）去应力退火：用于不再进行其它热处理的场 合，退火后组织不变。2）低温退火：铸态组织中有铁素体、珠光体和 石墨时，为了获得较高的塑性和韧性，采用低温退火使珠光

19、体分解，最终组织为铁素体基体上分布着球墨铸铁。 58593）高温退火：铸态组织中有珠光体和渗碳体时，采用高温退火，使渗碳体分解，获得铁素体基体的球墨铸铁。正火1）低温正火：正火后的组织为珠光体和铁素体，塑性韧性较高；2）高温正火：正火后的组织为细珠光体加石墨，正火后应进行去应力回火 调质：组织：回火索氏体与石墨组织。 用于受力复杂、综合力学性能要求高的工件。60 等温淬火：组织：下贝氏体+球状石墨用于综合力学性能要求高、外形复杂、热处理易变形开裂的零件，适用与截面尺寸不大的零件。 61用途承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。核燃料贮存运输容器(QT350-22)铸铁曲轴623.蠕墨铸铁组织：基体（F、F+P、P） +蠕虫状石墨性能：力学性能接近球铁素 体基体的球墨铸铁，导热性、 减振性、铸造性、切削