第4章钢材材料及其用途课件

第4章钢铁材料及其用途4-1碳钢与合金钢碳钢冶炼方法碳的质量分数质量用途1、碳钢1）碳钢分类（1）按冶炼方法分类冶炼炉平炉钢转炉钢电炉钢冶炼方法按脱氧方法沸腾钢(F)镇静钢(Z)半镇静钢(b)特殊镇静钢(TZ)高于0．6％弹性或易磨损元件低于0．25％0．25％-0．6％碳的质量分数高碳钢低碳钢中碳钢冲压件焊接件机械零件（2）按碳的质量分数分类（3）按质量分类质量普通钢优质钢高级优质钢S≤0.050%P≤0.045%S≤0.035%P≤0.035%S≤0.020%P≤0.030%特级优质钢S≤0.015%P≤0.025%热脆性冷脆性（4）按用途分类结构钢工具钢特殊钢用途机械零件刀具、量具不锈钢碳钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢Q23535T8合金钢合金结构钢合金工具钢特殊性能钢40Cr9SiCr1Cr282）碳钢的牌号（1）普通碳素结构钢普通碳素结构钢的牌号用字母Q+屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法来表示，如Q235。可在牌号后加注A、B、C、D字样来控制其杂质成分。如Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-DA等级控制最松，D等级控制最严。Q235-A·F屈服极限,表示为普通碳素结构钢杂质含量等级屈服极限值脱氧方式（2）优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号和性能如表所示。（2）优质碳素结构钢钢的牌号用两位数字表示，用以表明该种钢的平均含碳量为万分之几，如30钢表示其平均含碳量约为万分之三十，即含碳量约为0.3%。45平均含碳量约45/10000=0.45%（3）碳素工具钢（3）碳素工具钢钢碳素工具钢的牌号由字母T+数字组成。T表示碳素工具钢，数字表示平均碳的质量分数的千分数，如T10表示平均碳的质量分数为1％的碳素工具钢。T10A平均含碳量约10/1000=1%碳素工具钢高级优质钢（4）铸钢可用铸造方法来获得毛坯。适用于尺寸较大、形状复杂、要求较高的零件。一般工程用铸造碳钢如表所示。铸钢的牌号由“铸钢”二字的汉语拼音字首ZG和材料的屈服点与抗拉强度所组成。

如：ZG200-400表示该牌号的铸钢的屈服强度约200MPa左右；约抗拉强度400MPa左右。2合金钢

在碳素结构钢中添加合金元素后为合金结构钢。添加合金元素的目的在于改善钢的力学性能、工艺性能及物理性能等。常用的合金元素有锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、硼(B)等。40Cr、45Mn2等1）合金元素在钢中的作用提高钢的力学性能固溶强化铁素体第二相强化细晶强化改善钢的热处理工艺性能提高钢的淬透性提高钢的回火稳定性获得特殊的性能作用溶解于铁素体合金渗碳体碳化物不锈钢马氏体不易分解阻碍碳化物长大降低临界冷却速度C曲线2）合金结构钢合金结构钢的牌号用两位数字（碳含量的的万分之几）+合金元素符号+该元素百分含量数字表示。例如45Mn2，其最左两位数字表示其平均含碳量约为万分之45，Mn2表示平均含锰量约为2％。当合金元素的平均含量低于1.5％时，仅用元素符号表示，如20Cr。45Mn2平均含碳量约0.45%平均含锰量约2%40Cr平均含碳量约0.4%平均含铬量低于1.5%对于含硫、磷杂质较少的高级优质钢，在钢牌号后加注“A”来表示，如50CrVA。

（1）合金调质钢

性能要求：具有良好的综合力学性能具有良好的淬透性成分特点：中碳（0.3-0.6）合金元素：MnSiCrNi提高淬透性WMoV细化晶粒常用钢种：35CrMo40CrNiMo机械制造用合金结构钢按组织与性能特点可以分为：机械制造用合金结构钢按组织与性能特点可以分为：2）表面硬化钢

性能要求：表硬里韧具有良好的热处理工艺性能成分特点：合金渗碳钢C含量0.15-0.2520Cr合金渗氮钢C含量0.3-0.538CrMoAl合金弹簧钢C含量0.5-0.8565Mn3)合金工具钢含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+……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。铣刀9SiCr平均含碳量约0.9%含Si和Mn小于1.5%合金工具钢按合金元素的质量分数可以分为：1）低合金工具钢成分特点：合金元素含量低(<5%)碳含量高性能特点：和碳钢相比加入的少量合金元素提高了淬透性和耐回火性，从而略微提高了钢的热硬性韧性和强度（热硬性不高、韧性好）应用：用于低速切削刀具和量具典型牌号：9SiCrCrWMn合金工具钢按合金元素的质量分数可以分为：2）高合金工具钢成分特点：高碳高合金元素含量（>10%）性能特点：高淬透性高热硬性高速钢：碳含量0.7-1.5含有较高的WCrMoV经特殊热处理可以获得很高的热硬性和耐磨性能适合高速切削刀具W18Cr4V高铬模具钢：高碳高铬提高淬透性和耐蚀性具有耐磨性好、疲劳强度高、硬度均匀、尺寸稳定的特点主要制作各种模具Cr12Cr12MoV

3）特殊性能合金钢特殊钢不锈钢耐热钢耐磨钢9Cr181Cr18Ni9Ti3Cr18Mn12Si2N1Cr5MoZGMn13ZGMn13Cr2不锈钢下列牌号的钢各属于什么类型，其牌号的含义各是什么？35CrMoT1345Q255-AZ60Si2Mn5CrMnMoCrWMnW18Cr4V4-2铸铁1铸铁的成分和性能含碳量高于2.11％的铁碳合金为铸铁,一般为2.5%-4.0%。其性脆，不适于锻压和焊接，但其熔点较低，流动性好，可以铸造形状复杂的大小铸件。减震性和耐磨性好。2铸铁的石墨化及铸铁分类铸铁白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁炼钢原料工业用铸铁脆，少用灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁1）灰铸铁①铸铁的石墨化过程Fe3C→3Fe+G（石墨）--片状②灰铁组织灰铁组织珠光体灰铸铁珠光体-铁素体灰铸铁铁素体灰铸铁灰铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+片状G

灰铸铁的显微组织

铁素体灰铸铁珠光体灰铸铁铁素体加珠光体灰铸铁石墨片的三维形貌③灰铸铁的牌号和用途灰铸铁应用最多，其牌号由“灰铁”二字汉语拼音字首HT和材料的抗拉强度。如：HT250表示该牌号的铸铁的抗拉强度约250MPa左右。2）可锻铸铁碳的质量分数较低，经长时间的高温退火，使渗碳体分解成团絮壮的石墨。可锻铸铁仅意味着比灰铸铁具有较好的塑性、韧性，实际上并不能进行锻造。可锻铸铁用KT=“可铁”表示，H—黑心可锻铸铁；B—白心可锻铸铁；Z—珠光体可锻铸铁。可锻铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+团絮状G

可锻铸铁的显微组织

黑心可锻铸铁

珠光体可锻铸铁

可锻铸铁的石墨化退火3）球墨铸铁在浇注前向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂，使碳呈球状析出，所获得的铸铁称为球墨铸铁。球状石墨的形态比团絮状石墨更为圆整，因而对基体金属的不利影响更小。所以，球墨铸铁的强度、塑性、韧性远远超过灰铸铁，甚至优于可锻铸铁。球墨铸铁用QT=“球铁”表示，后跟强度极限、最低延伸率（伸长率）。球墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+球状G

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

四、蠕墨铸铁蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。蠕墨铸铁的组织：基体（F、F+P、P）+蠕虫状G

蠕墨铸铁中的石墨蠕墨铸铁的显微组织蠕墨铸铁中的石墨珠光体基体铁素体基体本章小结1碳钢与合金钢碳钢碳钢分类碳钢的牌号合金钢合金元素作用合金结构钢特殊性能合金钢本章小结2铸铁铸铁的成分和性能铸铁的石墨化及铸铁分类铸铁白口铸铁灰口铸铁麻口铸铁灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁合金铸铁习题P63:1、5、9、16、17电炉炼钢法主要利用电弧热，在电弧作用区，温度高达4000℃。冶炼过程一般分为熔化期、氧化期和还原期，在炉内不仅能造成氧化气氛，还能造成还原气氛，因此脱磷、脱硫的效率很高。平炉炼钢法的最大缺点是冶炼时间长（一般需要6～8h），燃料耗损大（热能的利用只有20～25％），基建投资和生产费用高。生产速度快由于用纯氧吹炼，就会高速降碳，快速提温，大大缩短冶炼时间。一座300t转炉吹炼时间不到20min，包括辅助工作时间在内，一共不超过1h。转炉炼钢法这种炼钢法使用的氧化剂是氧气。把空气鼓入熔融的生铁里，使杂质硅、锰等氧化。在氧化的过程中放出大量的热量（含1%的硅可使生铁的温度升高200摄氏度），可使炉内达到足够高的温度。因此转炉炼钢不需要另外使用燃料。沸腾钢为脱氧不完全的钢。浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象（气体逸出），钢锭凝固后，蜂窝气泡分布在钢锭中，在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低，通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高，生产成本低，表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多，成分偏析较大，所以性能不均匀。

镇静钢为完全脱氧的钢。通常铸成上大下小带保温帽的锭型，浇注时钢液镇静不沸腾。由于锭模上部有保温帽（在钢液凝固时作补充钢液用），这节帽头在轧制开坯后需切除，故钢的收得率低，但组织致密，偏析小，质量均匀。优质钢和合金一般都是镇静钢。

半镇静钢为脱氧较完全的钢。脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，浇注时有沸腾现象，但较沸腾钢弱。这类钢具有沸腾钢和镇静钢的某些优点，在冶炼操作上较难掌握。沸腾钢脱氧程度低，氧、氮和一氧化碳气体从钢液中逸出，形成钢液的沸腾。沸腾钢的失效、韧性、可焊性较差，容易发生失效和变脆，但产量较高、成本较低；半镇静钢脱氧程度较高些，上述性能都略好；而镇静钢的脱氧程度最高，性能最好，但产量较低，成本较高。硫是钢中有害元素，常以FeS形式存在，FeS与Fe形成低熔点的共晶体，熔点为985℃，分布在晶界，当钢材在（1000～1200）℃进行压力加工时，共晶体熔化，使钢材变脆，