第4章鋼材材料及其用途課件

第4章鋼鐵材料及其用途4-1碳鋼與合金鋼碳鋼冶煉方法碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量用途1、碳鋼1）碳鋼分類（1）按冶煉方法分類冶煉爐平爐鋼轉(zhuǎn)爐鋼電爐鋼冶煉方法按脫氧方法沸騰鋼(F)鎮(zhèn)靜鋼(Z)半鎮(zhèn)靜鋼(b)特殊鎮(zhèn)靜鋼(TZ)高于0．6％彈性或易磨損元件低于0．25％0．25％-0．6％碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高碳鋼低碳鋼中碳鋼沖壓件焊接件機械零件（2）按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類（3）按質(zhì)量分類質(zhì)量普通鋼優(yōu)質(zhì)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼S≤0.050%P≤0.045%S≤0.035%P≤0.035%S≤0.020%P≤0.030%特級優(yōu)質(zhì)鋼S≤0.015%P≤0.025%熱脆性冷脆性（4）按用途分類結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊鋼用途機械零件刀具、量具不銹鋼碳鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼Q23535T8合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼40Cr9SiCr1Cr282）碳鋼的牌號（1）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用字母Q+屈服強度值+質(zhì)量等級符號+脫氧方法來表示，如Q235。可在牌號后加注A、B、C、D字樣來控制其雜質(zhì)成分。如Q235-A、Q235-B、Q235-C、Q235-DA等級控制最松，D等級控制最嚴(yán)。Q235-A·F屈服極限,表示為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼雜質(zhì)含量等級屈服極限值脫氧方式（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號和性能如表所示。（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，用以表明該種鋼的平均含碳量為萬分之幾，如30鋼表示其平均含碳量約為萬分之三十，即含碳量約為0.3%。45平均含碳量約45/10000=0.45%（3）碳素工具鋼（3）碳素工具鋼鋼碳素工具鋼的牌號由字母T+數(shù)字組成。T表示碳素工具鋼，數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)，如T10表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的碳素工具鋼。T10A平均含碳量約10/1000=1%碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼（4）鑄鋼可用鑄造方法來獲得毛坯。適用于尺寸較大、形狀復(fù)雜、要求較高的零件。一般工程用鑄造碳鋼如表所示。鑄鋼的牌號由“鑄鋼”二字的漢語拼音字首ZG和材料的屈服點與抗拉強度所組成。

如：ZG200-400表示該牌號的鑄鋼的屈服強度約200MPa左右；約抗拉強度400MPa左右。2合金鋼

在碳素結(jié)構(gòu)鋼中添加合金元素后為合金結(jié)構(gòu)鋼。添加合金元素的目的在于改善鋼的力學(xué)性能、工藝性能及物理性能等。常用的合金元素有錳(Mn)、硅(Si)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈦(Ti)、硼(B)等。40Cr、45Mn2等1）合金元素在鋼中的作用提高鋼的力學(xué)性能固溶強化鐵素體第二相強化細晶強化改善鋼的熱處理工藝性能提高鋼的淬透性提高鋼的回火穩(wěn)定性獲得特殊的性能作用溶解于鐵素體合金滲碳體碳化物不銹鋼馬氏體不易分解阻礙碳化物長大降低臨界冷卻速度C曲線2）合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字（碳含量的的萬分之幾）+合金元素符號+該元素百分含量數(shù)字表示。例如45Mn2，其最左兩位數(shù)字表示其平均含碳量約為萬分之45，Mn2表示平均含錳量約為2％。當(dāng)合金元素的平均含量低于1.5％時，僅用元素符號表示，如20Cr。45Mn2平均含碳量約0.45%平均含錳量約2%40Cr平均含碳量約0.4%平均含鉻量低于1.5%對于含硫、磷雜質(zhì)較少的高級優(yōu)質(zhì)鋼，在鋼牌號后加注“A”來表示，如50CrVA。

（1）合金調(diào)質(zhì)鋼

性能要求：具有良好的綜合力學(xué)性能具有良好的淬透性成分特點：中碳（0.3-0.6）合金元素：MnSiCrNi提高淬透性WMoV細化晶粒常用鋼種：35CrMo40CrNiMo機械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼按組織與性能特點可以分為：機械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼按組織與性能特點可以分為：2）表面硬化鋼

性能要求：表硬里韌具有良好的熱處理工藝性能成分特點：合金滲碳鋼C含量0.15-0.2520Cr合金滲氮鋼C含量0.3-0.538CrMoAl合金彈簧鋼C含量0.5-0.8565Mn3)合金工具鋼含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+……當(dāng)含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含碳量大于1.00%時，不標(biāo)含碳量。銑刀9SiCr平均含碳量約0.9%含Si和Mn小于1.5%合金工具鋼按合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以分為：1）低合金工具鋼成分特點：合金元素含量低(<5%)碳含量高性能特點：和碳鋼相比加入的少量合金元素提高了淬透性和耐回火性，從而略微提高了鋼的熱硬性韌性和強度（熱硬性不高、韌性好）應(yīng)用：用于低速切削刀具和量具典型牌號：9SiCrCrWMn合金工具鋼按合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以分為：2）高合金工具鋼成分特點：高碳高合金元素含量（>10%）性能特點：高淬透性高熱硬性高速鋼：碳含量0.7-1.5含有較高的WCrMoV經(jīng)特殊熱處理可以獲得很高的熱硬性和耐磨性能適合高速切削刀具W18Cr4V高鉻模具鋼：高碳高鉻提高淬透性和耐蝕性具有耐磨性好、疲勞強度高、硬度均勻、尺寸穩(wěn)定的特點主要制作各種模具Cr12Cr12MoV

3）特殊性能合金鋼特殊鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼9Cr181Cr18Ni9Ti3Cr18Mn12Si2N1Cr5MoZGMn13ZGMn13Cr2不銹鋼下列牌號的鋼各屬于什么類型，其牌號的含義各是什么？35CrMoT1345Q255-AZ60Si2Mn5CrMnMoCrWMnW18Cr4V4-2鑄鐵1鑄鐵的成分和性能含碳量高于2.11％的鐵碳合金為鑄鐵,一般為2.5%-4.0%。其性脆，不適于鍛壓和焊接，但其熔點較低，流動性好，可以鑄造形狀復(fù)雜的大小鑄件。減震性和耐磨性好。2鑄鐵的石墨化及鑄鐵分類鑄鐵白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵煉鋼原料工業(yè)用鑄鐵脆，少用灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵1）灰鑄鐵①鑄鐵的石墨化過程Fe3C→3Fe+G（石墨）--片狀②灰鐵組織灰鐵組織珠光體灰鑄鐵珠光體-鐵素體灰鑄鐵鐵素體灰鑄鐵灰鑄鐵的組織：基體（F、F+P、P）+片狀G

灰鑄鐵的顯微組織

鐵素體灰鑄鐵珠光體灰鑄鐵鐵素體加珠光體灰鑄鐵石墨片的三維形貌③灰鑄鐵的牌號和用途灰鑄鐵應(yīng)用最多，其牌號由“灰鐵”二字漢語拼音字首HT和材料的抗拉強度。如：HT250表示該牌號的鑄鐵的抗拉強度約250MPa左右。2）可鍛鑄鐵碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，經(jīng)長時間的高溫退火，使?jié)B碳體分解成團絮壯的石墨?？慑戣T鐵僅意味著比灰鑄鐵具有較好的塑性、韌性，實際上并不能進行鍛造。可鍛鑄鐵用KT=“可鐵”表示，H—黑心可鍛鑄鐵；B—白心可鍛鑄鐵；Z—珠光體可鍛鑄鐵?？慑戣T鐵的組織：基體（F、F+P、P）+團絮狀G

可鍛鑄鐵的顯微組織

黑心可鍛鑄鐵

珠光體可鍛鑄鐵

可鍛鑄鐵的石墨化退火3）球墨鑄鐵在澆注前向鐵液中加入適量的球化劑和孕育劑，使碳呈球狀析出，所獲得的鑄鐵稱為球墨鑄鐵。球狀石墨的形態(tài)比團絮狀石墨更為圓整，因而對基體金屬的不利影響更小。所以，球墨鑄鐵的強度、塑性、韌性遠遠超過灰鑄鐵，甚至優(yōu)于可鍛鑄鐵。球墨鑄鐵用QT=“球鐵”表示，后跟強度極限、最低延伸率（伸長率）。球墨鑄鐵的組織：基體（F、F+P、P）+球狀G

球墨鑄鐵的顯微組織

鐵素體加珠光體球墨鑄鐵

鐵素體球墨鑄鐵

珠光體球墨鑄鐵

球墨鑄鐵中的石墨球

四、蠕墨鑄鐵蠕墨鑄鐵是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種新型鑄鐵。蠕墨鑄鐵是液態(tài)鐵水經(jīng)蠕化處理和孕育處理得到的。蠕墨鑄鐵的組織：基體（F、F+P、P）+蠕蟲狀G

蠕墨鑄鐵中的石墨蠕墨鑄鐵的顯微組織蠕墨鑄鐵中的石墨珠光體基體鐵素體基體本章小結(jié)1碳鋼與合金鋼碳鋼碳鋼分類碳鋼的牌號合金鋼合金元素作用合金結(jié)構(gòu)鋼特殊性能合金鋼本章小結(jié)2鑄鐵鑄鐵的成分和性能鑄鐵的石墨化及鑄鐵分類鑄鐵白口鑄鐵灰口鑄鐵麻口鑄鐵灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵合金鑄鐵習(xí)題P63:1、5、9、16、17電爐煉鋼法主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內(nèi)不僅能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。平爐煉鋼法的最大缺點是冶煉時間長（一般需要6～8h），燃料耗損大（熱能的利用只有20～25％），基建投資和生產(chǎn)費用高。生產(chǎn)速度快由于用純氧吹煉，就會高速降碳，快速提溫，大大縮短冶煉時間。一座300t轉(zhuǎn)爐吹煉時間不到20min，包括輔助工作時間在內(nèi)，一共不超過1h。轉(zhuǎn)爐煉鋼法這種煉鋼法使用的氧化劑是氧氣。把空氣鼓入熔融的生鐵里，使雜質(zhì)硅、錳等氧化。在氧化的過程中放出大量的熱量（含1%的硅可使生鐵的溫度升高200攝氏度），可使?fàn)t內(nèi)達到足夠高的溫度。因此轉(zhuǎn)爐煉鋼不需要另外使用燃料。沸騰鋼為脫氧不完全的鋼。澆注時鋼液在鋼錠模內(nèi)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象（氣體逸出），鋼錠凝固后，蜂窩氣泡分布在鋼錠中，在軋制過程中這種氣泡空腔會被粘合起來。這類鋼的特點是鋼中含硅量很低，通常注成不帶保溫帽的上小下大的鋼錠。優(yōu)點是鋼的收率高，生產(chǎn)成本低，表面質(zhì)量和深沖性能好。缺點是鋼的雜質(zhì)多，成分偏析較大，所以性能不均勻。

鎮(zhèn)靜鋼為完全脫氧的鋼。通常鑄成上大下小帶保溫帽的錠型，澆注時鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰。由于錠模上部有保溫帽（在鋼液凝固時作補充鋼液用），這節(jié)帽頭在軋制開坯后需切除，故鋼的收得率低，但組織致密，偏析小，質(zhì)量均勻。優(yōu)質(zhì)鋼和合金一般都是鎮(zhèn)靜鋼。

半鎮(zhèn)靜鋼為脫氧較完全的鋼。脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，澆注時有沸騰現(xiàn)象，但較沸騰鋼弱。這類鋼具有沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼的某些優(yōu)點，在冶煉操作上較難掌握。沸騰鋼脫氧程度低，氧、氮和一氧化碳氣體從鋼液中逸出，形成鋼液的沸騰。沸騰鋼的失效、韌性、可焊性較差，容易發(fā)生失效和變脆，但產(chǎn)量較高、成本較低；半鎮(zhèn)靜鋼脫氧程度較高些，上述性能都略好；而鎮(zhèn)靜鋼的脫氧程度最高，性能最好，但產(chǎn)量較低，成本較高。硫是鋼中有害元素，常以FeS形式存在，F(xiàn)eS與Fe形成低熔點的共晶體，熔點為985℃，分布在晶界，當(dāng)鋼材在（1000～1200）℃進行壓力加工時，共晶體熔化，使鋼材變脆，