工程材料課件

1、教學(xué)重點(diǎn)： 教學(xué)難點(diǎn)： 解決方法： 常用碳鋼、合金鋼、鑄鐵、有色金屬等材料的分類(lèi)、成分、組織、牌號(hào)、性能和應(yīng)用； 工程材料及其熱處理教學(xué)模塊工程材料及其熱處理教學(xué)模塊 重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決辦法：重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決辦法： 常見(jiàn)化學(xué)元素對(duì)鋼的組織、性能及熱處理影響，變形鋁合金的強(qiáng)化手段和熱處理特點(diǎn)。 檢索分析、查閱參考文獻(xiàn)、 項(xiàng)目教學(xué)與工學(xué)交替。 課題一非合金鋼（碳鋼） 教學(xué)重點(diǎn)常用碳鋼的牌號(hào)、性能和應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)根據(jù)碳鋼的牌號(hào)能分析它的 成分、性能特點(diǎn)和大致應(yīng)用范圍。本課題重點(diǎn)與難點(diǎn)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%。3.1.1 常存雜質(zhì)元素對(duì)碳

2、鋼性能的影響 1、錳的影響 2、硅的影響消除FeO對(duì)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%。使鋼的強(qiáng)度、硬度增加，但塑性和韌性顯著降低；使鋼低溫時(shí)脆性嚴(yán)重（冷脆）；是有害元素，應(yīng)嚴(yán)格控制磷含量。3.1.1 常存雜質(zhì)元素對(duì)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%)。 3.1.2 碳鋼的分類(lèi) 1、按含碳量分類(lèi) 2、按質(zhì)量分類(lèi) 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

3、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)鋼、鍋爐和壓力容器用碳鋼、優(yōu)質(zhì)鑄造碳鋼等。3.1.2 碳鋼的分類(lèi)3、按用途分類(lèi) 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(shí)脫氧方法不同，分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼等3.1.3 碳鋼的牌號(hào)和應(yīng)用 1、碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào)：由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法符號(hào)四部分順序組成。質(zhì)量等級(jí)有：A表示W(wǎng)s0.050%、W

4、p0.045%；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）、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。3.1.3 碳鋼的牌號(hào)和應(yīng)用 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào)：用兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬(wàn)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(lèi)。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(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，加“A”；特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，加“E”。3.1.3 碳鋼的牌號(hào)和應(yīng)

5、用 3、碳素工具鋼 牌號(hào)：用“碳”的漢語(yǔ)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。3.1.3 碳鋼的牌號(hào)和應(yīng)用 4、鑄鋼 牌號(hào)：用“ZG” 表示。 牌號(hào)有兩種表示方法：以強(qiáng)度表示時(shí),在“ZG”后面有兩組數(shù)字，第一組數(shù)字表示該牌號(hào)屈服點(diǎn)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(kāi)。例： ZG230450。 以化學(xué)成分表示鑄鋼牌號(hào)時(shí)，在“ZG”后面的數(shù)字表示鑄鋼平均碳含量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。平均碳含量1時(shí)不標(biāo)出,平均碳含量0.1時(shí),其

6、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(hào),每個(gè)元素符號(hào)后面用整數(shù)標(biāo)出含量的百分?jǐn)?shù)。例：ZG15Cr1MolV。課題二低合金鋼和合金鋼 教學(xué)重點(diǎn)常用低合金鋼、合金結(jié)構(gòu)的牌號(hào)、性能及用途。 教學(xué)難點(diǎn) 合金元素對(duì)鋼性能的影響、低合金鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)與應(yīng)用之間的一般關(guān)系。本課題重點(diǎn)與難點(diǎn) 1、合金元素在鋼中的存在形式及作用 3.2.1 合金元素在鋼中的作用 1）合金元素與鐵作用形成固溶體 合金元素可以溶入-Fe或-Fe中，形成含合金元素的鐵素體或奧氏體。合金元素的溶入，將導(dǎo)致鐵素體或奧氏體的晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。硅、錳、鎳等元素對(duì)鐵素體的強(qiáng)化效果顯著。 2）合金元素與碳作用形成合金碳

7、化物 大多數(shù)合金元素能與碳作用形成合金碳化物，熔點(diǎn)高、硬度高、不易分解，呈顆粒狀分布在晶界上，可細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。 2、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響 3.2.1 合金元素在鋼中的作用 1）合金元素對(duì)加熱時(shí)奧氏體化的影響 大多數(shù)合金元素能減慢碳的擴(kuò)散速度，加之合金碳化物穩(wěn)定、難溶解，顯著減慢碳及合金元素的擴(kuò)散速度，故減慢了奧氏體化過(guò)程。 大多數(shù)低合金鋼和合金鋼，需更高的加熱溫度、更長(zhǎng)的保溫時(shí)間。 大多數(shù)合金元素（除錳、磷外）形成的碳化物，在高溫下較穩(wěn)定，且分布在奧氏體的晶界上，能有效阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，起到細(xì)化奧氏體晶粒的作用。3.2.1 合金元素在鋼中的作用 2）合金元素對(duì)冷卻時(shí)奧氏

8、體轉(zhuǎn)變的影響 增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，固溶于奧氏體中的合金元素（除鈷以外），均程度不同地增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性（C曲線(xiàn)右移），使鋼的淬透性增加， 降低馬氏體點(diǎn)（Ms），除鈷、鋁以外，大多數(shù)合金元素均會(huì)降低馬氏體點(diǎn)，使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量增加。3.2.1 合金元素在鋼中的作用 3）合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響 1）提高鋼的耐回火性（回火穩(wěn)定性） 3.2.1 合金元素在鋼中的作用 2）產(chǎn)生二次硬化 3.2.2 低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) 1、低合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) 1）低合金鋼的分類(lèi) （1）按主要質(zhì)量等級(jí)分類(lèi) 普通質(zhì)量低合金鋼 優(yōu)質(zhì)低合金鋼 特殊質(zhì)量低合金鋼 （2）按主要性能和使用特性分類(lèi) 分為

9、可焊接的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、其他低合金鋼等。 3.2.2 低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) 2）低合金鋼的牌號(hào) （1）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 表示方法與碳素結(jié)構(gòu)鋼相同。例：Q345。（2）易切削結(jié)構(gòu)鋼 以“易”字的漢語(yǔ)拼音字首“Y”為首，其后數(shù)字表示平均碳含量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，鋼中含錳量較高時(shí)標(biāo)出“Mn”。例：Y40Mn。3.2.2 低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) 2、合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) 1）合金鋼的分類(lèi) （1）按主要質(zhì)量等級(jí)分類(lèi) 優(yōu)質(zhì)合金鋼 特殊質(zhì)量合金鋼 （2）按主要性能和使用特性分類(lèi) 分為工程結(jié)構(gòu)用合金鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼、軸承鋼、工具鋼、不銹、耐

10、蝕和耐熱鋼、特殊物理性能鋼等。3.2.2 低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) 2）合金鋼的牌號(hào) （1）機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼和工程結(jié)構(gòu)合金鋼(1)調(diào)質(zhì)處理合金結(jié)構(gòu)鋼、表面硬化合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧結(jié)構(gòu)鋼。兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字 （+A）(碳含量的萬(wàn)分?jǐn)?shù))(所含合金元素)(該元素含量的百萬(wàn)分?jǐn)?shù))(硫磷含量少鋼質(zhì)量高)例：18Cr2Ni4WA。(2)高錳耐磨鋼。ZG+ Mn+數(shù)字(鑄鋼漢語(yǔ)拼音字首)(錳)(平均含錳量的百分?jǐn)?shù))例：ZGMn13-1。3.2.2 低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) （2）軸承鋼 GCr+（+元素符號(hào)+數(shù)字）(G：“滾”漢語(yǔ)拼音字首；Cr:鉻；：平均含鉻量千分?jǐn)?shù)；元素符號(hào)：若還有其他元素

11、；數(shù)字：含量百分?jǐn)?shù)。）例：GCr15SiMn。（3）合金工具鋼 表示方法與合金彈簧鋼類(lèi)似，差別在于：若鋼中的WC1%時(shí)，牌號(hào)前的數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾；若鋼中的WC1%時(shí)，牌號(hào)前不標(biāo)出含碳量。例：9Mn2V。3.2.2 低合金鋼和合金鋼的分類(lèi)及牌號(hào) （4）高速工具鋼 表示方法與合金工具鋼類(lèi)似，主要差別是無(wú)論鋼中的含碳量多少，均不在牌號(hào)前標(biāo)出數(shù)字。例：W18Cr4V。（5）不銹鋼和耐熱鋼 表示方法與合金工具鋼類(lèi)似，只是當(dāng)WC0.03%或WC0.08%時(shí)，其牌號(hào)前的數(shù)字分別用“00”或“0”代替。例：3Cr13；00Cr17Ni14Mo2。3.2.3 低合金鋼1、常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 1）

12、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的成分和性能特點(diǎn) 成分特點(diǎn)：在低碳鋼（Wc0.2%）的基礎(chǔ)上加入少量的錳、硅、鈦、釩、鈮等合金元素而制成的鋼。性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高，塑性、韌性好，焊接性好、冷成形性好、耐蝕性好、冷脆轉(zhuǎn)變溫度低、成本低。2）常用的低低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度比低碳鋼高出10%30%，代替碳素結(jié)構(gòu)鋼，可大大減輕機(jī)件或結(jié)構(gòu)件的重量。例：南京長(zhǎng)江大橋的橋梁采用Q345比用Q235節(jié)省鋼材15%以上。 廣泛用于船舶、車(chē)輛、橋梁、壓力容器等工程結(jié)構(gòu)件及低溫下工作的構(gòu)件等。3.2.3 低合金鋼2、其它低合金結(jié)構(gòu)鋼簡(jiǎn)介 1）易切削結(jié)構(gòu)鋼 2）低合金耐候性鋼 3）汽車(chē)用低合金鋼 4）低合金鋼筋鋼

13、 5）鐵道用低合金鋼 6）礦用低合金鋼 3.2.4 合金鋼1、常用機(jī)械結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)用合金鋼 1）合金調(diào)質(zhì)鋼 (1）用途及性能要求用途：汽車(chē)、機(jī)床等機(jī)器中重要的零件。性能要求：良好的綜合力學(xué)性能。(2）成分、性能和熱處理特點(diǎn)成分、性能：Wc0.250.50，保證良好的綜合力學(xué)性能。加入Cr、Mn、Si、Ni、B等提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體、細(xì)化晶粒、提高耐回火性等。熱處理：調(diào)質(zhì)處理(3）常用合金調(diào)質(zhì)鋼分低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼（如40Cr）、中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼（如35CrMo、38CrMoAl）、高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼（如40CrNiMo、40CrMnMo）三類(lèi)。3.2.4 合金鋼2）合金滲碳鋼 (1）用途

14、及性能要求用途：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱中的齒輪、內(nèi)燃機(jī)凸輪、活塞銷(xiāo)等機(jī)械零件。性能要求：零件表面高的硬度、高的耐磨性和耐疲勞性能，心部高的韌性和足夠的強(qiáng)度。(2）成分、性能和熱處理特點(diǎn)成分、性能：Wc0.10.25,以保證零件心部有良好的塑性和韌性。加入Cr、Mn、Ni、Ti、V、W、Mo、B等以提高鋼的淬透性，細(xì)化晶粒，在滲碳層獲得均勻細(xì)小的耐磨碳化物。熱處理：滲碳后淬火、低溫回火。(3）常用合金滲碳鋼分低淬透性合金滲碳鋼（如20Cr、20MnV）、中淬透性合金滲碳鋼（如20CrMnTi）、高淬透性合金滲碳鋼（如18Cr2Ni4WA）三類(lèi)。3.2.4 合金鋼3）合金彈簧鋼 (1）用途及性能要求用

15、途：機(jī)械和儀表中各種彈性元件。性能要求：高的彈性極限和屈強(qiáng)比、較高的疲勞強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性。(2）成分、性能和熱處理特點(diǎn)成分、性能：Wc0.50.7% ,保證高的彈性極限。加入Mn、Si、Cr、Mo、W、V、B等以提高鋼的淬透性、細(xì)化晶粒、耐回火性、強(qiáng)化鐵素體、提高彈性和屈強(qiáng)比等。冷成形彈簧：去應(yīng)力退火或淬火加中溫回火。熱成形彈簧：淬火、中溫回火(3）常用合金彈簧鋼分硅錳系合金彈簧鋼（如60Si2Mn）、硅鉻系合金彈簧鋼、鉻錳系合金彈簧鋼和鉻釩系合金彈簧鋼（如50CrVA）。3.2.4 合金鋼4）高錳耐磨鋼 (1）用途及性能要求用途：制造受強(qiáng)烈沖擊和巨大壓力，并要求耐磨的零件。性能要求：受

16、到強(qiáng)烈摩擦、巨大壓力和沖擊時(shí)，表面高的硬度和耐磨性，心部良好的韌性和塑性，較高的抗沖能力。(2）成分、性能和熱處理特點(diǎn)成分、性能：Wc0.901.50，WMn1114，鑄態(tài)組織為奧氏體和大量的碳化物，性能硬而脆。熱處理：水韌處理，強(qiáng)度、硬度（180230HBS）不高，塑性、韌性好。(3）常用高錳耐磨鋼ZGMn13-1等。3.2.4 合金鋼2、軸承鋼 1）用途及性能要求用途：制造各種滾動(dòng)軸承的元件，如滾珠、滾柱和內(nèi)外套圈等。性能要求：很高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性，很高的接觸疲勞強(qiáng)度，一定的韌性和耐潤(rùn)滑劑腐蝕的能力。2）成分、性能和熱處理特點(diǎn)成分、性能：Wc0.951.15，保證高硬度、高耐磨性。加入Cr、Si、Mn、Mo、V等合金元素，提高鋼的淬透性、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。 熱處理：球化退火、淬火和低溫回火。3）常用軸承鋼高碳鉻軸承鋼（GCr15應(yīng)用最廣）和無(wú)鉻軸承鋼。3.2.4 合金鋼3、不銹鋼與耐熱鋼 通常將具有抵抗大氣或其他介質(zhì)腐蝕的鋼稱(chēng)為不銹鋼。成分特點(diǎn)：低碳，加入大量的Cr、Ni等合金元素。 作用是