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關(guān)于常用鋼材及選用第1頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第一節(jié)鋼的分類與編號(hào)一、鋼的分類1、按化學(xué)成分分類(1)碳素鋼(新國(guó)標(biāo)稱為非合金鋼)

低碳鋼(ωC<0.25%;中碳鋼(ωC=0.25%~0.6%);高碳鋼(ωC>0.6%)(2)合金鋼

低合金鋼(ωMe<5%)中合金鋼(ωMe=5%--10%)高合金鋼(ωMe>10%)按鋼中主要合金元素種類不同,又可分為錳鋼、鉻鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鋼等。第2頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2、按鋼的冶金質(zhì)量和鋼中有害雜質(zhì)元素硫、磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分類:普通質(zhì)量鋼(ωS=0.35%,ωP=0.035%--0.045%)。

優(yōu)質(zhì)鋼(ωS、ωP均≤0.035%)。

高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(ωS=0.020%--0.030%,ωP=0.025%-0.03%)特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(ωS≤0.015%;ωP≤0.025%)。3、按用途分類(1)結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)用鋼:碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。機(jī)器零件用鋼:滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等。(2)工具鋼:根據(jù)用途不同,可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。(3)特殊性能鋼:如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。

第3頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三二、鋼的編號(hào)1、碳鋼的編號(hào)方法(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼

Q+屈服點(diǎn)數(shù)值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)屈字漢語(yǔ)拼音字母(A、B、C、D)(F、b、Z、TZ)例如:Q235-A·F,即表示屈服點(diǎn)為235MPa,A等級(jí)質(zhì)量的沸騰鋼。F、b、Z、TZ依次表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼,一般情況下符號(hào)Z與TZ可省略。單位:MPa第4頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(2)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

兩位數(shù)字

鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍例如:45鋼,表示平均ωC=0.45%;

08鋼表示平均ωC=0.08%。較高錳的優(yōu)質(zhì)碳素鋼(ωMn=0.70—1.20%)牌號(hào)數(shù)字后加“Mn”如45Mn。(3)碳素工具鋼

T+數(shù)字碳字漢語(yǔ)拼音首位字母平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍第5頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,則在數(shù)字后面加“A”。例如T8A鋼,表示ωC=0.8%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。含較高錳的(ωMn=0.40%—0.60%)的碳素工具鋼,則在數(shù)字后面加“Mn”,如T8Mn、T8MnA等。

(4)鑄造碳鋼

ZG+數(shù)字1+數(shù)字2鑄鋼二字漢語(yǔ)拼音首位字母屈服點(diǎn)數(shù)值(單位MPa)抗拉強(qiáng)度(單位MPa)。例如:ZG200—400,表示屈服點(diǎn)σS(或σ0.2)≥200MPa,抗拉強(qiáng)度σb≥400MPa的鑄造碳鋼件。第6頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(1)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

Q+數(shù)字+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)代表屈服點(diǎn)的漢語(yǔ)拼音字母屈服點(diǎn)數(shù)值(單位MPa)A、B、C、D、E例如:Q390A,表示屈服點(diǎn)σS=390MPa質(zhì)量等級(jí)A的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。(2)合金結(jié)構(gòu)鋼兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍合金元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)合金元素的ωMe<1.5%時(shí),一般只標(biāo)明元素符號(hào)而不標(biāo)數(shù)值;平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……時(shí),則在合金元素后面相應(yīng)地標(biāo)出2、3、4……例如40Cr,表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωC=0.40%,平均鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωCr<1.5%。如果是高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,則在牌號(hào)的末端尾加“A”。例如38CrMoAlA鋼,則屬于高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。

2、合金鋼的編號(hào)方法第7頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(3)滾動(dòng)軸承鋼例如GCr15鋼,就是平均鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωCr=1.5%的滾動(dòng)軸承鋼。

G+Cr+數(shù)字“滾”字漢語(yǔ)拼音的首位字母鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千位例如:9SiCr鋼,其平均ωC=0.9%,平均ωSi均<1.5%。高速工具鋼例外,其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無(wú)論多少均不標(biāo)出。(4)合金工具鋼

編號(hào)方法類似于合金結(jié)構(gòu)鋼區(qū)別僅在于:當(dāng)ωc<1%時(shí),用一位數(shù)字表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍;當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1%時(shí),則不予標(biāo)出。這類鋼牌號(hào)前面數(shù)字表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍。例如:3Cr13鋼,表示平均ωC=0.3%,平均ωCr=13%。與碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωC≤0.03%及ωC≤0.08%時(shí),則在牌號(hào)前面分別冠以“00”及“0”表示。例如:00Cr17Ni14M02、0Cr19Ni9鋼等。(5)不銹鋼與耐熱鋼

鉻的元素符號(hào)第8頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第二節(jié)鋼中常存雜質(zhì)元素的影響

一、硅的影響來(lái)源:冶煉過程中的脫氧劑。作用:能溶于鐵素體,使鐵素體強(qiáng)化,從而提高鋼的強(qiáng)度。硅作為雜質(zhì)元素時(shí),其硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不超過0.5%。二、錳的影響來(lái)源:冶煉過程中的脫氧劑。作用:溶于鐵素體,對(duì)鋼有一定強(qiáng)化作用;能與硫化合成MnS,因而減少硫?qū)︿摰挠泻τ绊?,改善鋼的熱加工性能。錳在鋼中作為雜質(zhì)元素時(shí),ωMn<1%,他是一種有益元素。三、硫的影響來(lái)源:由生鐵和燃料帶入的雜質(zhì)。作用:產(chǎn)生“熱脆”;但對(duì)改善鋼材的切削加工性能有利。如硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的鋼(ωS=0.08%~0.45%)中適當(dāng)提高錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(ωMn=0.70%~1.55%),可形成較多的MnS,可改善鋼的切削加工性。第9頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三四、磷的影響來(lái)源:生鐵作用:全部溶于鐵素體,提高了鐵素體的強(qiáng)度、硬度;導(dǎo)致“冷脆”。磷的有害作用在一定條件也可以轉(zhuǎn)化,例如易切削鋼,把磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到ωP=0.05%—0.15%,使鐵素體脆化,從而改善鋼的切削加工性能。在炮彈鋼(ωC=0.60%--0.90%,ωMn=0.60%—1.0%)中加入較多磷,可使鋼的脆性增大,炮彈爆炸時(shí)碎片增多,增加殺傷力。

第10頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第三節(jié)合金元素在鋼中的作用一、合金元素在鋼中存在形式1、形成合金鐵素體絕大多數(shù)合金元素都可或多或少地溶于鐵素體中,形成合金鐵素體。合金元素溶于鐵素體后,產(chǎn)生固溶強(qiáng)化,使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高,但塑性、韌性都有下降趨勢(shì)。

合金元素對(duì)鐵素體硬度的影響

合金元素對(duì)鐵素體韌性的影響

第11頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2、形成合金碳化物(1)合金滲碳體:

合金元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大(ωMe=0.5%--3%)時(shí),常常形成金滲碳體,如(Fe、Mn)3C,(Fe、Cr)3C、(Fe、Mo)3C等。(2)特殊碳化物

強(qiáng)碳化物形成元素,即使質(zhì)量分?jǐn)?shù)較少,但只要鋼中有足夠的碳,就傾向于形成特殊碳化物,如WC、MO2C、VC、TiC等。中強(qiáng)碳化物形成元素,只有當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(>5%)時(shí),才傾向于形成特殊碳化物,如Cr23C6、Cr7C3、Fe3W3C等。第12頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三二、合金元素對(duì)鐵碳合金相圖的影響1、改變了奧氏體區(qū)的范圍(1)擴(kuò)大奧氏體相區(qū)

具有面心立方晶格,如銅、錳、鎳等合金元素會(huì)使得奧氏體相區(qū)擴(kuò)大。

合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖中奧氏體區(qū)的影響a)Fe-C-Mn系b)Fe-C-Cr系第13頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(2)縮小奧氏體相區(qū):這類元素有鋁、鉻、鎢、鉬、釩、硅、鈦等。2、改變S、E點(diǎn)在鐵碳合金相圖中位置大多數(shù)合金元素均能使S點(diǎn)、E點(diǎn)左移。

合金元素對(duì)鐵碳相圖中S點(diǎn)的影響合金元素對(duì)鐵碳相圖中E點(diǎn)影響第14頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三三、合金元素對(duì)鋼的熱處理影響1、合金元素對(duì)奧氏體形成的影響(1)對(duì)奧氏體形成速度的影響

合金元素會(huì)影響奧氏體的形成速度,主要原因是合金元素的加入而改變了碳在鋼中的擴(kuò)散速度。(2)合金元素(除錳外)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大

碳化物形成元素容易形成穩(wěn)定的特殊碳化物,彌散分布在奧氏體晶界上,機(jī)械地阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。因此,除錳鋼外,合金鋼在加熱時(shí)不易過熱。2、合金元素對(duì)鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響(1)合金元素對(duì)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的影響

除鈷外,大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后使C曲線右移,增大了鋼的淬透性。(2)合金元素對(duì)過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的影響

除鈷、錳外,大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后,使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms和Mf降低。

第15頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三合金元素對(duì)C曲線的影響a)非碳化物形成元素b)碳化物形成元素合金元素對(duì)Ms的影響合金元素對(duì)殘余奧氏體A’量的影響第16頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三3、合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響(1)提高淬火鋼回火穩(wěn)定性(耐回火性)由于合金元素在回火過程中阻礙馬氏體分解及碳化物的析出,從而提高了鋼的回火穩(wěn)定性。Mo對(duì)鋼回火硬度的影響(2)回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化

含有鎢、鉬、釩的合金鋼,經(jīng)高溫奧氏體充分均勻化并淬火后,在500--600℃回火時(shí)硬度有回升的現(xiàn)象,稱為二次硬化。原因:在該溫度范圍內(nèi)回火時(shí)會(huì)從馬氏體中析出特殊碳化物;冷卻時(shí)部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

第17頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(3)回火時(shí)產(chǎn)生第二類回火脆性

含有鉻、錳、鎳等元素的合金鋼淬火后,在脆化溫度(450--650℃)區(qū)回火時(shí)出現(xiàn)回火脆性,稱為第二類回火脆性。合金鋼回火脆性示意圖第18頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第四節(jié)結(jié)構(gòu)鋼

一、工程結(jié)構(gòu)用結(jié)構(gòu)鋼

1、碳素結(jié)構(gòu)鋼這類鋼應(yīng)確保力學(xué)性能,一般在供應(yīng)狀態(tài)下使用,但也可根據(jù)需要在使用前對(duì)其進(jìn)行熱加工或熱處理。碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分

第19頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能和應(yīng)用舉例第20頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

產(chǎn)品同時(shí)保證力學(xué)性能與化學(xué)成分。(1)性能特點(diǎn)

在確保良好的塑性、韌性條件下具有高的強(qiáng)度;具有良好的焊接性能,較好的耐大氣腐蝕性能,良好的加工工藝性能,還具有比碳素結(jié)構(gòu)鋼更低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度(一般為-30℃右)。(2)成分特點(diǎn)

1)低碳:此類鋼的碳含量一般均較低,大多數(shù)為ωC=0.16%-0.20%。2)錳為主加元素,并輔加釩、鈦、鈮、硅、鋁、鉻、鎳等。3)鋼種及牌號(hào):可按屈服點(diǎn)分295、345、390、420、430MPa五個(gè)強(qiáng)度等級(jí),其中295-390MPa級(jí)的應(yīng)用最廣。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼大多數(shù)是在熱軋、正火或正火加回火狀態(tài)下使用,其組織為鐵素體+少量珠光體。

第21頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三鋼號(hào)舊鋼號(hào)主要化學(xué)成分,%機(jī)械性能CMnSi,s,MPab,MPa5

,%Q29509MnNb

12Mn0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb0.201.00

~1.700.5546072017

常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能第22頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能和應(yīng)用舉例

第23頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三高壓容器橋梁船舶車輛應(yīng)用第24頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三二、機(jī)器零件用結(jié)構(gòu)鋼

1、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

既保證化學(xué)成分,又保證力學(xué)性能,而且比碳素結(jié)構(gòu)鋼規(guī)定嚴(yán)格,其中ωS、ωP均≤0.035%,一般都是熱處理后使用。汽車曲軸優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼常用于制造較重要的零件,如齒輪、軸、連桿、彈簧等。第25頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)成分及性能(GB/T699-1999)

第26頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2、合金結(jié)構(gòu)鋼

合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素而形成的鋼種。合金元素加入量不大(大多數(shù)ωMe<5%),所以,合金結(jié)構(gòu)鋼屬低、中合金鋼。(1)合金滲碳鋼1)用途:合金滲碳鋼主要用來(lái)制造性能要求較高或截面尺寸較大,且在承受較強(qiáng)烈的沖擊作用和磨損條件下工作的滲碳零件。2)性能特點(diǎn):合金滲碳鋼的滲碳層具有優(yōu)異的耐磨性、抗疲勞性及適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性,未滲碳的心部具有足夠的強(qiáng)度及優(yōu)良的韌性;良好的熱處理工藝性能。3)成分特點(diǎn):合金滲碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在ωC=0.10%-0.25%之間,常用的合金元素有鉻、鎳、錳、硼、鈦、釩、鉬等。4)熱處理:一般在滲碳后進(jìn)行淬火+低溫回火(180~200℃)。大多數(shù)合金滲碳鋼采用滲碳后直接淬火再低溫回火。5)鋼種及牌號(hào):合金滲碳鋼可按淬透性分為低淬透性、中淬透性及高淬透性鋼三類。

第27頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三常用滲碳鋼牌號(hào)、成分、熱處理、性力學(xué)能及用途(GB/T699-1999)

主要化學(xué)成分,%預(yù)備處理/淬火,℃CMnCr,Ni0.17~0.24

0.17~0.240.50~0.80

1.30~1.600.70~1.00

880/800水,油880水,油0.17~0.230.17~0.23

0.90~1.200.80~1.10

0.90~1.201.00~1.30

850油880/870油鋼號(hào)20Cr

20MnV20CrMn20CrMnTi

淬透性低中高18Cr2Ni4WA

20Cr2Ni4A0.13~0.19

0.17~0.23W0.8~1.2

0.30~0.601.35~1.65

4.0~4.51.25~1.65

3.25~3.75950

/850空

880/780

油機(jī)械性能bMPasMPa835

785540

5909301080

735835

1180

1180835

1080aKU2J47

554755

78

63第28頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三應(yīng)用——耐磨件

20Cr,小軸、活塞銷、小齒輪。

20CrMnTi,汽車齒輪。

18Cr2Ni4WA,如曲軸、連桿。第29頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(2)合金調(diào)質(zhì)鋼1)用途:

合金調(diào)質(zhì)鋼主要用來(lái)制造一些重要零件,如機(jī)床的主軸、汽車底盤的半軸,柴油機(jī)連桿螺栓。2)成分特點(diǎn):

合金調(diào)質(zhì)鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在ωC=0.25%—0.50%之間,合金調(diào)質(zhì)鋼的主加元素有鉻、鎳、錳、硅、硼等,輔加元素有鉬、鎢、釩、鋁、鈦等。3)性能特點(diǎn):

具有良好的綜合力學(xué)性能。4)熱處理:①預(yù)備熱處理:珠光體類鋼可在AC3以上進(jìn)行正火或退火。馬氏體鋼則先在AC3以上進(jìn)行一次空冷淬火,然后再在AC1以下進(jìn)行高溫回火。②最終熱處理:一般采用淬火后進(jìn)行500—650℃的高溫回火。

5)鋼種和牌號(hào):綜合力學(xué)性能高于碳素調(diào)質(zhì)鋼。第30頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)(摘自GB/T3077-1999)淬透性鋼號(hào)主要成分,%淬火

℃回火

℃CMnSi

Cr低450.42~

0.500.50~

0.800.17~

0.37830~

840水580~

640空40Cr0.37~

0.450.50~

0.80Cr0.8

~1.10850油500

水,油中高35CrMo0.32~

0.400.40~

0.70Cr0.8

~1.10850油550

水,油38CrMoAlA0.35~

0.42Al0.7

~1.1Cr1.35

~1.65940

水,油640

水,油40CrMnMo0.37~

0.450.90~

1.20Cr0.9

~1.20850油600

水,油機(jī)械性能

bMPasMPaaKU2J6003553940MnB0.37~

0.441.10~

1.400.20~

0.40850油500

水,油9807854798078547980835639808357198078563第31頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三 40Cr,一般尺寸重要零件,如齒輪、主軸。 35CrMo,較大截面零件,如曲軸、連桿。 40CrNiMo,大截面重載零件,如汽輪機(jī)主軸和葉輪。汽車曲軸第32頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(3)合金彈簧鋼1)用途

主要用于制造彈性元件,如在汽車、拖拉機(jī)、坦克、機(jī)車車輛上制作減震板簧和螺旋彈簧,大炮的緩沖彈簧、鐘表的發(fā)條等。2)化學(xué)成分

合金彈簧鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為ωC=0.5%—0.7%,常加入以硅、錳為主的提高淬透性的元素;輔加元素鎢、釩、鉻。

3)熱處理

①熱成形彈簧鋼:彈簧絲直徑或彈簧鋼板厚度大于10-15mm的螺旋彈簧或板彈簧。熱成型→淬火+中溫回火→噴丸②冷成形彈簧鋼:對(duì)于鋼絲直徑小于8—10mm的彈簧,常用冷拔彈簧鋼絲冷繞而成。淬火+中溫回火→冷成型→去應(yīng)力→噴丸組織——回火T第33頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三常用彈簧鋼的牌號(hào)、成分、熱處理、力學(xué)性能(摘自GB/T1222--1984)及用途

鋼號(hào)主

分,%淬火

油℃回火

℃機(jī)械性能CMnSi,CrbMPasMPa10

%akkJ/m2650.62~

0.700.50~

0.800.17~

0.37840

油50010008009450850.82~

0.900.50~

0.800.17~

0.37820

油48011501000660065Mn0.62~

0.700.90~

1.200.17~

0.37830

油5401000800880060Si2Mn0.56~

0.640.60~

0.901.50~

2.00870

油48013001200580050CrVA0.46~

0.540.50~

0.80Cr0.8

~1.10850

油5001300115059800第34頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三汽車板簧火車螺旋彈簧4)鋼種及牌號(hào)65Mn、60Si2Mn:汽車、拖拉機(jī)、機(jī)車的板簧和螺旋彈簧第35頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(4)滾動(dòng)軸承鋼

1)用途

主要用來(lái)制造各種滾動(dòng)軸承元件,如軸承內(nèi)外圈、滾動(dòng)體(滾珠、滾柱、滾針)。也可做其他用途,如形狀復(fù)雜的工具、冷沖模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的結(jié)構(gòu)零件。2)化學(xué)成分

一般軸承用鋼是高碳鉻鋼,其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωc=0.95%-1.15%,鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωcr=0.4%--1.65%,大型軸承還需加入硅、錳等元素,以便進(jìn)一步提高鋼的淬透性3)熱處理

預(yù)備熱處理為球化處理;最終熱處理為淬火與低溫回火。軸承鋼淬火、回火后組織:極細(xì)M0+細(xì)小碳化物+少量A殘4)鋼種及牌號(hào)

GCr15:中小型軸承,冷沖模,量具,絲錐。第36頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三常用滾動(dòng)軸承鋼牌號(hào)、成分、熱處理及用途

第37頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三三、其他結(jié)構(gòu)鋼1、易切削結(jié)構(gòu)鋼在碳鋼中加入某一種或幾種能改善切削加工性能的元素,使其成為切削加工性良好的鋼。目前主要易削添加元素有硫、鉛、磷及微量的鈣等牌號(hào):以字母“Y”為首,后面數(shù)字為平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍,對(duì)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的,其后標(biāo)出“Mn”;對(duì)添加易削元素Pb、Ca等,應(yīng)在其后標(biāo)出相應(yīng)的元素符號(hào)。易切削結(jié)構(gòu)鋼可進(jìn)行最終熱處理,但一般不進(jìn)行預(yù)備熱處理,以免損害其切削加工性。第38頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三常用易切削結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、力學(xué)性能及用途(摘自GB8371-88)

第39頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2、冷沖壓鋼用來(lái)制造各種冷態(tài)下成形的沖壓零件用鋼,稱為冷沖壓鋼。(1)化學(xué)成分

冷沖壓鋼的ωc=0.2%-0.3%,對(duì)沖壓變形量大,輪廓形狀復(fù)雜的零件,則多采用ωc=0.05%-0.08%的鋼。錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也不宜過高;硫和磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.035%;硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低越好。(2)鋼板組織

目前生產(chǎn)中以冷軋深沖薄板應(yīng)用最廣,其金相組織主要是F+極少量的非金屬夾雜物等。這類鋼有:08F鋼、加鋁的鎮(zhèn)靜鋼(08A1為專用鋼種,ωA1=0.02%-0.07%)、10、15、20鋼等。3、鑄造碳鋼有些機(jī)械零件,例如水壓機(jī)橫梁、軋鋼機(jī)機(jī)架、重載大齒輪等,因形狀復(fù)雜,難以用鍛壓方法成形,用鑄鐵又無(wú)法滿足性能要求,此時(shí)可采用鑄鋼件。鑄造碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為ωc=0.15%--0.60%。第40頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三一般工程用鑄造碳鋼件的牌號(hào)、成分和力學(xué)性能(GB11352--89)

鑄造碳鋼的特性及用途舉例(1)ZG200—400有良好的塑性、韌性和焊接性能。用于制作承受載荷不大,要求韌性的各種機(jī)械零件,如機(jī)座、變速箱殼等。(2)ZG230—450

有一定強(qiáng)度和較好的塑性、韌性、焊接性能良好,切削加工性尚可,用于制作承受載荷不大,要求韌性的各種機(jī)械零件,如砧座、外殼、軸承蓋、底板、閥門、犁柱等。

第41頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第五節(jié)工具鋼一、刃具鋼1、性能要求(1)高的硬度一般要求硬度大于60HRC。(2)高的耐磨性(3)高的熱硬性(紅硬性)熱硬性是指刃具在高溫下保持高硬度的能力。(4)一定的韌性和塑性

2、刃具鋼的種類

(1)碳素工具鋼1)成分與鋼種:這類鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωc=0.65%-1.35%,分優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼與高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼兩類。牌號(hào)后加“A”的屬高級(jí)優(yōu)質(zhì)(ωs≤0.020%,ωp≤0.030%;對(duì)平爐冶煉的鋼ωs≤0.025%)。2)熱處理:預(yù)處理為球化退火,組織為F+細(xì)小粒狀Fe3C,硬度≤217HBW。作為刃具,最終熱處理為淬火(一般為760—780℃)+低溫回火(180℃),組織為回火M+粒狀Fe3C+少量A殘。第42頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三碳素工具鋼的牌號(hào)、成分(GB1298--86)及用途

第43頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(2)合金工具鋼

1)成分與鋼種:這類鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωc=0.75%--1.45%,加入的合金元素主要有鉻、硅、錳、鎢等。常用合金刃具鋼的牌號(hào)、成分、熱處理及用途第44頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2)熱處理:預(yù)備熱處理采用球化退火,最終熱處理采用淬火(油淬、馬氏體分級(jí)淬火或貝氏體等溫淬火)、低溫回火,組織為M回+粒狀合金碳化物+少量A殘,硬度一般為60-65HRC,使用溫度一般低于300℃。板牙絲錐如9SiCr,做板牙、絲錐等第45頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(3)高速工具鋼

1)化學(xué)成分:一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為ωc=0.70%--1.60%,合金元素總量ωMe>10%,加入合金元素有鎢、鉬、鉻、釩、鈷、鋁等。2)鍛造及熱處理特點(diǎn):(鍛造+)球化退火(+機(jī)加工)→淬火+回火鍛造目的

——成型;使鑄態(tài)粗大碳化物破碎、細(xì)化、分布均勻第46頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三淬火,1280℃——增加A、M中合金含量,提高熱硬性。淬火組織(左圖):M+碳化物+A殘

最終組織(右圖):回火M+粒狀碳化物+少量A殘

回火,560℃,三次——W2C、VC彌散硬化,二次淬火基本消除A殘

。應(yīng)用

——高速車刀、鉆頭、銑刀等。球化退火:改善其切削加工性能,消除殘余內(nèi)應(yīng)力,并為最終熱處理作組織準(zhǔn)備第47頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三工藝第48頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三3)常用高速工具鋼

第49頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三二、模具鋼1、冷作模具鋼

(1)對(duì)冷作模具鋼的性能要求1)高的硬度和耐磨性

冷作模具的硬度要求2)較高強(qiáng)度和足夠韌性。3)良好的工藝性:淬透性高,熱處理變形小等

(2)常用冷作模具鋼

1)碳素工具鋼:T8A、T10A、T12A--適用制造一些尺寸不大,形狀簡(jiǎn)單,工作載荷不大的模具。

第50頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2)低合金工具鋼:CrWMn、9CrWMn、9Mn2V9SiCr、Cr2、9Cr2等——小型模具3)高碳高鉻模具鋼:Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1——大型模具4)高碳中鉻模具鋼:Cr5Mo1V、Cr4W2MoV——載荷大、生產(chǎn)批量大、形狀復(fù)雜、變形要求小的模具5)基體鋼:基體鋼--含有高速工具鋼淬火組織中除過剩碳化物外的基體化學(xué)成分的鋼種。6Cr4W3Mo2VNb、5Cr4Mo3VA1(為冷熱兼用模具鋼)——形狀復(fù)雜、受沖擊載荷較大或尺寸較大的冷作模具第51頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三幾種常用冷作模具鋼的牌號(hào)、成分及性能(摘自GB/T1299—2000)第52頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三最終熱處理——淬火+低溫回火最終組織——回火M+碳化物+少量A'第53頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三2、熱作模具鋼(1)性能要求1)綜合力學(xué)性能好;2)淬透性好;3)抗熱疲勞性好

(2)常用鋼種1)熱鍛模具鋼5CrNiMo——

形狀復(fù)雜的受沖擊載荷重的大型及特大型的鍛模(最小邊長(zhǎng)≥400mm)5CrMnMo——中型鍛模(最小邊長(zhǎng)≤300—400mm)2)壓鑄模鋼

3Cr2W8V、4Cr5MoSiV及4Cr5MoSiV13、塑料模具鋼

3Cr2Mo——廣泛應(yīng)用于中型模具

除此以外,可用作塑料模具的鋼主要還有:(1)碳素工具鋼:T7~T12、T7A~T12A——尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單的塑料模(2)碳素結(jié)構(gòu)鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼:45鋼、40Cr——小型、復(fù)雜的塑料模具(3)合金工具鋼:9Mn2V、CrWMn、Cr2——中、大型塑料模具

Cr12、Cr12MoV——尺寸較大、形狀復(fù)雜的模具第54頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三常用熱作模具鋼的牌號(hào)、成分及用途

(GB/T1299—2000)第55頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三三、量具鋼

1、性能要求要求工作部分應(yīng)有高硬度(58—64HRC)和高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性及足夠的韌性。

2、常用量具鋼

量具鋼材料與熱處理應(yīng)用:簡(jiǎn)單量具——T10A、T12A等高精度量具——GCr15、CrWMn等第56頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三最終熱處理

——淬火+(-70~-80℃)冷處理+低溫回火+時(shí)效處理時(shí)效處理:120~130℃,保溫幾~幾十小時(shí),使M、A殘穩(wěn)定,消除內(nèi)應(yīng)力。最終組織

——回火M+碳化物+少量A殘第57頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三第六節(jié)特殊性能鋼一、不銹鋼在腐蝕性介質(zhì)中具有抗腐蝕性能的鋼,一般稱為不銹鋼。1、金屬腐蝕(1)腐蝕概念

金屬表面受到外部介質(zhì)作用逐漸破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕或銹蝕。大部分金屬的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕實(shí)際是電池作用:鐵和銅在電解質(zhì)H2SO4溶液中形成了一個(gè)電池。由于鐵的電極電位低,為陽(yáng)極,銅的電極電位高,為陰極,所以鐵就被溶解,而在陰極上就放出氫氣。如:鋼中珠光體由鐵素體和滲碳體兩相組成,在電解質(zhì)溶液中形成微電池。鐵素體的電極電位低,為陽(yáng)極而被腐蝕,滲碳體電極電位高,為陰極而不被腐蝕。Fe—Cu電池示意圖

珠光體腐蝕示意圖

第58頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(2)提高鋼的耐蝕性途徑

1)提高電極電位:加入的合金元素有鉻、鎳、硅等。例如當(dāng)ωCr>11.7%,電極電位由-0.56V躍增為+0.20V;2)使鋼在室溫下呈單相組織:加入Cr、Ni等;3)形成氧化膜(又稱鈍化膜):加入Cr、Al等。

鐵鉻合金電極電位與鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2、常用不銹鋼(1)馬氏體不銹鋼成分:ωC=0.1%--0.4%,ωCr=11.50%—14.00%,典型牌號(hào):Cr13型不銹鋼。

應(yīng)用:1Cr13、2Cr13,受沖擊載荷的結(jié)構(gòu)零件,如汽輪機(jī)葉片、各種閥、機(jī)泵等。熱處理:淬火后高溫回火,得到S0組織。3Cr13、7Cr17,用于制造醫(yī)療手術(shù)工具、量具、彈簧和軸承等。熱處理:淬火后低溫回火,得到M0+少量碳化物,硬度可達(dá)50HRC左右。

第59頁(yè),共65頁(yè),2023年,2月20日,星期三(2)鐵素體不銹鋼

成分:ωC≤0.12%,ωCr=12%--30%。組織:?jiǎn)蜗噼F素體組織性能:其耐蝕性、塑性、焊接性均優(yōu)于馬氏體不銹鋼;強(qiáng)度比馬氏體不銹鋼低典型

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