金屬材料及其焊接

1、 金屬材料及其焊接性課件一、碳素鋼 1.1 常存雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響 1.2 碳鋼的分類 1.3 碳鋼的牌號和應(yīng)用 二、合金鋼 2.1合金鋼的分類 2.2合金鋼的牌號 2.3合金結(jié)構(gòu)鋼 2.4合金工具鋼 2.5特殊性能鋼三、金屬的焊接性 3.1金屬的焊接性概念 3.2金屬的焊接性評價 3.3碳鋼的焊接 3.4 目 錄一、碳鋼改善鋼的質(zhì)量；提高鋼的強(qiáng)度和硬度；減輕硫的危害；是有益元素，一般WMn0.25%0.80%。1.1常存雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響 1、錳的影響 2、硅的影響消除FeO對鋼的不良影響；產(chǎn)生固溶強(qiáng)化；是鋼中有益元素，一般Wsi0.4%。一、碳素鋼使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，但塑性和

2、韌性顯著降低；使鋼低溫時脆性嚴(yán)重（冷脆）；是有害元素，應(yīng)嚴(yán)格控制磷含量。1.1 常存雜質(zhì)元素對碳鋼性能的影響 3、磷的影響 4、硫的影響 與鐵形成化合物FeS，使鋼變脆（熱脆）；是鋼中有害元素，應(yīng)嚴(yán)格控制硫含量。 分為低碳鋼(Wc0.25%)、中碳鋼(0.25Wc0.60%)和高碳鋼(Wc0.60%)。 1.2 碳鋼的分類 1、按含碳量分類 2、按質(zhì)量分類 1）普通質(zhì)量碳鋼（Ws0.045%、Wp0.045%）不需要特別控制質(zhì)量的鋼種，包括一般碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素鋼筋鋼、鐵道用一般碳素鋼等。2）優(yōu)質(zhì)碳鋼需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量的碳鋼。主要包括：機(jī)械結(jié)構(gòu)用優(yōu)質(zhì)碳鋼、工程結(jié)構(gòu)用優(yōu)質(zhì)碳鋼、沖壓薄板的低碳結(jié)構(gòu)

3、鋼、鍋爐和壓力容器用碳鋼、優(yōu)質(zhì)鑄造碳鋼等。1.2 碳鋼的分類3、按用途分類 1）碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件。一般屬于低碳鋼和中碳鋼。2）碳素工具鋼主要用于制造各種刃具、量具、模具等。一般屬于高碳鋼。此外，鋼按冶煉時脫氧方法不同，分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼等1.3 碳鋼的牌號和應(yīng)用 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號：由代表屈服點的字母Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號四部分順序組成。質(zhì)量等級有：A表示W(wǎng)s0.050%、Wp0.045%；B表示W(wǎng)s0.045%、Wp0.045%；C表示W(wǎng)s0.040%、Wp0.040%；D表示W(wǎng)s0.035%、Wp0.035%。脫氧方法有F（沸騰鋼

4、）、b（半鎮(zhèn)靜鋼）、Z（鎮(zhèn)靜鋼）、TZ（特殊鎮(zhèn)靜鋼）四種，通常Z和TZ可省略。例：Q235AF。1.3 碳鋼的牌號和應(yīng)用 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號：用兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。例：45鋼。又分為普通含錳量（WMn0.7%）和較高含錳量（WMn =0.7%1.2%）兩類。含錳量較高的鋼在兩位數(shù)字后面加“Mn”字。例：65Mn鋼。脫氧方法表示法同碳素結(jié)構(gòu)鋼。高級優(yōu)質(zhì)鋼，加“A”；特級優(yōu)質(zhì)鋼，加“E”。1.3 碳鋼的牌號和應(yīng)用 3、碳素工具鋼 牌號：用“碳”的漢語拼音字首“T”加數(shù)字（鋼的平均Wc的千分?jǐn)?shù)）表示。例：T12。碳素工具鋼含碳量高，硫、磷雜質(zhì)含量較少，一般經(jīng)淬火，低溫回火后硬度比

5、較高，耐磨性好，但塑性較低。主要用于要求不很高的刃具、量具和模具。1.3 碳鋼的牌號和應(yīng)用 4、鑄鋼 牌號：用“ZG” 表示。 牌號有兩種表示方法：以強(qiáng)度表示時,在“ZG”后面有兩組數(shù)字，第一組數(shù)字表示該牌號屈服點的最低值，第二組數(shù)字表示其抗拉強(qiáng)度的最低值，兩組數(shù)字間用“” 隔開。例： ZG230450。 以化學(xué)成分表示鑄鋼牌號時，在“ZG”后面的數(shù)字表示鑄鋼平均碳含量的萬分?jǐn)?shù)。平均碳含量1時不標(biāo)出,平均碳含量0.1時,其第一位數(shù)字為“0”。在含碳量后面排列各主要合金元素符號,每個元素符號后面用整數(shù)標(biāo)出含量的百分?jǐn)?shù)。例：ZG15Cr1MolV。2.1合金鋼的分類1按用途分類 l 合金結(jié)構(gòu)鋼l

6、合金工具鋼l 特殊性能鋼二、合金鋼2按合金元素總含量分類 l 低合金鋼：合金元素總含量5。l 中合金鋼：合金元素總含量510l 高合金鋼：合金元素總含量10 2.2合金鋼的牌號 兩位數(shù)字（碳含量）元素符號（或漢字）數(shù)字表示。l 前面兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。l 元素符號（或漢字）表明鋼中含有的主要合金元素。l 后面的數(shù)字表示該元素的含量。合金元素含量小于1.5時不標(biāo)，平均含量為1.52.5，2.53.5%時，則相應(yīng)地標(biāo)以2，3。 1合金結(jié)構(gòu)鋼 40 Cr（合金結(jié)構(gòu)鋼）主要合金元素為鉻，含量在1.5以下平均含碳量為0.4060 Si2 Mn（合金結(jié)構(gòu)鋼）平均含硅量為2平均含碳量為0.6

7、0主要合金元素為錳，含量小于1.5例：例：2合金工具鋼 與合金結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別僅在于碳含量的表示方法，它用1位數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，當(dāng)碳含量1.0時，則不予標(biāo)出。 3高速鋼 含碳量均不標(biāo)出，如W18Cr4V鋼的平均含碳量為0.70.8。 4特殊性能鋼 牌號和合金工具鋼的表示方法相同。當(dāng)含碳量為0.030.10時，含碳量用0表示，含碳量小于等于0.03時，用00表示。l 不銹鋼2Cr13表示含碳量為0.20，平均含鉻量為13。l 0Cr18Ni9鋼的平均含碳量為0.030.10。l 00Cr30Mo2鋼的平均含碳量小于0.03。 例如：例如： 一些特殊專用鋼為表示其用途，在鋼的牌號前面冠以漢語

8、拼音字母字頭，而不標(biāo)含碳量，合金元素含量的標(biāo)注也和上述有所不同。5特殊專用鋼例如：例如： 易切鋼也是在牌號前冠以拼音字母 “Y”，如Y15表示含碳量為0.15的易切鋼。 滾動軸承鋼前面標(biāo) “G”，如GCr15。這里應(yīng)注意牌號中鉻元素后面的數(shù)字是表示含鉻量的千分?jǐn)?shù)，其他元素仍用百分?jǐn)?shù)表示，如GCrl5SiMn表示含鉻量為1.5，硅、錳含量均小于1.5的滾動軸承鋼。滾動軸承鋼6高級優(yōu)質(zhì)合金鋼 在牌號的最后標(biāo)上“A”。如38CrMoAlA表示含碳量為0.38高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。 2.3合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金結(jié)構(gòu)鋼二、合金滲碳鋼三、合金調(diào)制鋼四、合金彈簧鋼五、滾動軸承鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼用于各類工程

9、結(jié)構(gòu)件和制造各種機(jī)器零件的鋼。1、低合金結(jié)構(gòu)鋼 在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素就形成了低合金結(jié)構(gòu)鋼。 常加入的合金元素有錳（Mn）、硅（Si）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、釩（V）等。 低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量較低，一般為0.100.25。 熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，一般不再進(jìn)行熱處理。 低合金結(jié)鋼的應(yīng)用 2、合金滲碳鋼 合金滲碳鋼在經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火的處理后，具有外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌的性能，用來制造既要有優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性、又能承受沖擊載荷作用的零件， 含碳量在0.100.25之間，加入合金元素主要是為了提高鋼的淬透性，并防止鋼因在長時間滲碳而造成晶粒粗大。 其典型熱處理工藝為：滲碳滲碳+

10、淬火淬火+低溫回火低溫回火。 合金滲碳鋼的應(yīng)用 3、合金調(diào)質(zhì)鋼 含碳量一般為0.250.50，屬于中碳合金鋼。 常加入少量鉻、錳、硅、鎳、硼等合金元素以增加鋼的淬透性，使鐵素體強(qiáng)化并提高韌性。加入少量鉬、釩、鎢、鈦等碳化物形成元素，可阻止奧氏體晶粒長大和提高鋼的回火穩(wěn)定性，以進(jìn)一步改善鋼的性能。 熱處理工藝是調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)（淬火淬火+高溫回火高溫回火）。 合金調(diào)制鋼的應(yīng)用 4、合金彈簧鋼 含碳量一般為0.450.70。 可加入的合金元素有錳、硅、鉻、釩和鎢等。合金彈簧鋼的應(yīng)用 5、滾動軸承鋼 主要用來制造各種滾動軸承的內(nèi)外圈及滾動體（滾珠、滾柱、滾針），也可用來制造各種工具和耐磨零件。 滾動軸承鋼必

11、須具有高的硬度和耐磨性、高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度、足夠的韌性和一定的耐蝕性。 軸承鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼。 滾動軸承鋼的熱處理包括預(yù)先熱處理和最終熱處理。預(yù)先熱處理采用球化退火球化退火，最終熱處理為淬火淬火+低溫回火低溫回火。 滾動軸承鋼的應(yīng)用 2.4合金工具鋼1、合金刃具鋼2、合金模具鋼3、合金量具鋼 1、合金刃具鋼 合金刃具鋼主要用來制造車刀、銑刀、鉆頭等各種金屬切削刀具。刃具鋼要求高硬度、耐磨、高熱硬性及足夠的強(qiáng)度和韌性等。 11低合金刃具鋼 低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素的鋼。l 加入鉻、錳、硅等元素，目的是提高鋼的淬透性，同時還能提高鋼的強(qiáng)度。l 加入鎢、釩等強(qiáng)碳化物

12、形成元素，目的是為了提高鋼的硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持晶粒細(xì)小。 低合金刃具鋼的預(yù)備熱處理是球化退火球化退火，最終熱處理為：淬火淬火+低溫回火低溫回火。 低合金刃具鋼的應(yīng)用1.2高速鋼 高紅硬性、高耐磨性的高合金工具鋼。 鋼中含有較多的碳（0.71.50）和大量的鎢、鉻、釩、鉬等強(qiáng)碳化物形成元素。l 高的含碳量：保證形成足夠量的合金碳化物，并使高速鋼具有高的硬度和耐磨性。l W、Mo：提高鋼紅硬性的主要元素。l 鉻：提高鋼的淬透性。l 釩：提高鋼的硬度、耐磨性和紅硬性，并能細(xì)化晶粒。 高速合金鋼的應(yīng)用2、合金模具鋼 用于制作模具的鋼稱為模具鋼模具鋼。 11冷作模具鋼 冷作模具鋼用于制

13、造使金屬在冷狀態(tài)下變形的模具，如沖裁模、拉絲模、彎曲模、拉深模等。 1.2熱作模具鋼 熱作模具鋼是用來制造使金屬在高溫下成形的模具，如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。 熱作模具鋼要具備較高的強(qiáng)度、韌性、高溫耐磨性及熱穩(wěn)定性，并具有較好的抗熱疲勞性能。 熱作模具鋼的最終熱處理是淬火淬火+中溫回火中溫回火（或高溫回火），以保證其具有足夠的韌性。 熱鍛模、壓鑄模和擠壓模 3、合金量具鋼 2.5 特殊性能鋼1、不銹鋼2、耐熱鋼3、耐磨鋼1、不銹鋼 不銹鋼不銹鋼主要是指在空氣、水、鹽的水溶液、酸及其他腐蝕性介質(zhì)中具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的鋼。 不銹鋼是不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱，能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼不銹鋼，而在

14、一些化學(xué)介質(zhì)（如酸類）中能抵抗腐蝕的鋼稱為耐酸鋼耐酸鋼。 常用不銹鋼按化學(xué)成分分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳不銹鋼等。按金相組織特點分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼等。 11奧氏體不銹鋼 含碳量很低（0.15），含鉻量為18，鎳為9，這種不銹鋼習(xí)慣上稱為188型不銹鋼，屬于鎳鉻不銹鋼。常用的奧氏體不銹鋼有1Cr18Ni9、0Cr18Ni9N等。 1.2馬氏體不銹鋼 鋼中含碳量為0.101.20，淬火后能得到馬氏體，屬于鉻不銹鋼。 淬火、回火后使用。馬氏體不銹鋼的耐蝕性、塑性和焊接性都不如奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼，但由于它具有較好的力學(xué)性能與一般的耐蝕性相結(jié)合，故應(yīng)用廣泛。 馬氏體

15、不銹鋼鍛造后需退火，以降低硬度、改善切削加工性能。在沖壓后也需進(jìn)行退火，以消除硬化、提高塑性，便于進(jìn)一步加工。 1.3鐵素體不銹鋼 含碳量0.12，含鉻量在11.5030之間，屬于鉻不銹鋼。 鉻是縮小奧氏體相區(qū)的元素，可使這類鋼獲得單相鐵素體組織。 抗大氣與耐酸能力強(qiáng)，具有良好的高溫抗氧化性，特別是抗應(yīng)力腐蝕性較好，但力學(xué)性能不如馬氏體不銹鋼，塑性不及奧氏體不銹鋼。 2、耐熱鋼 耐熱鋼耐熱鋼在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高強(qiáng)度，能較好適應(yīng)高溫條件的特殊性能鋼。 鋼的耐熱性包含高溫抗氧化性和高溫強(qiáng)度兩個指標(biāo)。在高溫下具有抗高溫介質(zhì)腐蝕能力的鋼稱為抗氧化鋼抗氧化鋼；在高溫下仍具有足夠力學(xué)性能的鋼稱為熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼。 耐熱鋼是抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼的總稱。 常用的抗氧化鋼有4Cr9Si2、0Cr13Al等。典型的熱強(qiáng)鋼是4Cr14Ni14W2Mo。 3、耐磨鋼 耐磨鋼耐磨鋼在巨大壓力和強(qiáng)烈沖擊載荷作用下能發(fā)生硬化的高錳鋼。 耐磨鋼的典型牌號是ZGMn13，它的化學(xué)成分特點是高碳（含碳量為0.9%1.4%），高錳（含錳量為11%14%）。 為使高錳鋼獲得單相的奧氏體組織，須對其進(jìn)行“水韌處理”。所謂水韌處理水韌處理，就是將高錳鋼加熱至10001100