金屬材料分類、特征和用途課件

金屬材料分類、特征和用途金屬材料分類、特征和用途

按化學(xué)成分：碳鋼合金鋼。碳鋼含碳量在0.0218%~2.11%的鐵碳合金。合金鋼在碳鋼中有意加入合金元素而得到的鋼。第一節(jié)工業(yè)用鋼steels一、鋼的分類與編號(hào)按化學(xué)成分：碳鋼合金鋼。第一節(jié)工業(yè)用鋼stee（一）鋼的分類classificationofsteels工程構(gòu)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)鋼件用鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼機(jī)器零件用鋼結(jié)構(gòu)鋼刃具鋼模具鋼量具鋼工具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼特殊性能鋼1、按用途分類application

（一）鋼的分類classificationofste2、按化學(xué)成分分類composition

中碳鋼0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C低合金鋼合金元素總量

5%中合金鋼合金元素總量5~10%高合金鋼合金元素總量

10%碳鋼合金鋼3、按質(zhì)量分類qualities

以磷、硫含量分普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。2、按化學(xué)成分分類composition（二）鋼的編號(hào)labeling1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼與低合金高強(qiáng)度鋼

Q+最低屈服強(qiáng)度+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法?！糍|(zhì)量等級(jí)由A到E質(zhì)量提高。如Q235BF。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬(wàn)分之幾。如45鋼（二）鋼的編號(hào)labeling1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼與

絲錐銼刀3.碳素工具鋼

T+數(shù)字—含碳量千分之幾如T8◆碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)鋼?！舾呒?jí)優(yōu)質(zhì)鋼加A。如T8A

絲錐銼刀3.碳素工具鋼4.合金結(jié)構(gòu)鋼如60Si2Mn5.合金工具鋼如9SiCr.◆含碳量大于1.0%時(shí)，不標(biāo)含碳量。4.合金結(jié)構(gòu)鋼5.合金工具鋼二、結(jié)構(gòu)鋼structuralsteels

工程構(gòu)件用鋼機(jī)器零件用鋼◆工程構(gòu)件用鋼：用于鋼架、橋梁、鍋爐、船舶等工程結(jié)構(gòu)，適合變形、焊接。銅陵長(zhǎng)江大橋二、結(jié)構(gòu)鋼structuralsteels工

成分特點(diǎn)及鋼種：◆

成分：<0.3%C?！粜阅埽嚎珊感?、塑性好?！?/p>

熱處理：不進(jìn)行專門(mén)熱處理，熱軋空冷（供貨）態(tài)下使用。組織：F+P。◆鋼種與用途：Q195—Q275共5種。（一）普通碳素結(jié)構(gòu)鋼structuralcarbonsteels成分特點(diǎn)及鋼種：◆熱處理：不進(jìn)行專門(mén)熱處理，熱軋空1、性能要求properties（1）高強(qiáng)度、高韌性。（2）良好的焊接性能和冷成型性能。2、化學(xué)成分compositions（1）低碳：≤0.2%C.（2）合金元素：主要是Mn，少量V、Ti、Nb等。（二）低合金高強(qiáng)鋼highstrengthlowalloysteels

用于重要的橋梁、壓力容器、鍋爐、船舶等。1、性能要求properties2、化學(xué)成分compos◆

Mn的作用是固溶強(qiáng)化鐵素體；增加珠光體含量?！?/p>

V、Ti、Nb等起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用?！鬋u、P可提高耐大氣腐蝕性；◆加RE可提高韌性、降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。3、熱處理heattreatment

一般在熱軋空冷（供貨）態(tài)下使用?！鬗n的作用是固溶強(qiáng)化鐵素體；增加珠光體含量。3、熱處理4、鋼種與用途steels/applications

Q295—Q460共5種◆Q345綜合性能好。船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)◆

Q390含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高。中等壓力的壓力容器◆

Q460正火組織為貝氏體，強(qiáng)度高,用于石化工業(yè)的中溫高壓容器4、鋼種與用途steels/applicatio機(jī)器零件用鋼（三）滲碳鋼carburizingsteels1、性能要求properties⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強(qiáng)度，即表硬里韌。⑵良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。機(jī)器零件用鋼1、性能要求properties2、成分特點(diǎn)composition⑴低碳：0.1—0.25%C⑵合金元素：①提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B②強(qiáng)化鐵素體：Cr、Mn、Ni③細(xì)化晶粒：W、Mo、Ti、V

2、成分特點(diǎn)composition3、熱處理heattreatment

◆滲碳→淬火+低溫回火◆組織心部：低碳M回+F

表層：高碳M回+粒狀碳化物+少量A’3、熱處理heattreatment4、鋼種與用途steels/applications（1）低淬透性鋼：

20、20Cr用于受力小的耐磨件。如活塞銷、凸輪軸、齒輪等。4、鋼種與用途steels/applications（2）中淬透性鋼：

20CrMnTi

用于中等載荷的耐磨件。如變速箱齒輪。（3）高淬透性鋼：用于大載荷的耐磨件。如柴油機(jī)曲軸（2）中淬透性鋼：（四）調(diào)質(zhì)鋼temperingsteels1、性能要求：⑴良好的綜合力學(xué)性能.⑵良好的淬透性。（四）調(diào)質(zhì)鋼temperingsteels1、性能要求：2、成分特點(diǎn)⑴中碳：0.3—0.5%C⑵合金元素：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②強(qiáng)化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni③細(xì)化晶粒:Ti、V④防止第二類回火脆性:W、Mo

2、成分特點(diǎn)

為提高表面耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進(jìn)行表面淬火或氮化3、熱處理heattreatment◆調(diào)質(zhì)件加工工藝路線：下料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工◆組織：S回為提高表面耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進(jìn)行表面淬火或氮化3、熱處理4、鋼種與用途steels/applications（1）低淬透性鋼

45、40Cr用于較小的齒輪、軸、螺栓等。（2）中淬透性鋼

40CrNi，用于大中型零件。（3）高淬透性鋼

40CrNiMo,用于制造大截面重載荷零件。

4、鋼種與用途steels/applications（五）彈簧鋼

springsteels1、性能要求(1)高強(qiáng)度：σe，σ-1(2)足夠的韌性(3)高的淬透性（五）彈簧鋼1、性能要求2、化學(xué)成分特點(diǎn)⑴中高碳碳鋼0.6~0.9%C

合金鋼0.45~0.7%C⑵合金元素作用①提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體：Mn、Si、Cr②

細(xì)化晶粒：V2、化學(xué)成分特點(diǎn)⑵合金元素作用3、熱處理特點(diǎn)◆熱成型彈簧成型后淬火+中溫回火◆組織：T回◆

用于＞φ10mm大截面彈簧大型熱卷彈簧3、熱處理特點(diǎn)大型熱卷彈簧4、鋼種與用途（1）65Mn、60Si2Mn用于較大截面彈簧。（2）50CrV用于大截面、大載荷彈簧。4、鋼種與用途（六）滾動(dòng)軸承鋼bearingsteels

軸承套和滾動(dòng)體專用鋼1、性能要求（1）高硬度、耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度。（2）足夠的韌性、耐蝕性。（3）淬透性（六）滾動(dòng)軸承鋼bearingsteels1、性能要求2、成分特點(diǎn)⑴高碳：0.95—1.10%C⑵合金元素：以Cr為主，加入Mn、Si?！?/p>

Cr、Mn、Si可提高淬透性◆

Cr提高耐磨性（形成合金滲碳體）和耐蝕性。2、成分特點(diǎn)

3、熱處理特點(diǎn)◆屬于過(guò)共析鋼：

●預(yù)備熱處理：球化退火調(diào)整硬度便于機(jī)加工、為淬火做組織準(zhǔn)備

●最終熱處理：淬火+冷處理+低溫回火冷處理：-60至-80℃減少A’穩(wěn)定尺寸◆組織：M回+細(xì)粒狀碳化物+少量A’3、熱處理特點(diǎn)●最終熱處理：淬火+冷處理+低◆

該類鋼還常用于制造模具、量具等.4、鋼種與用途

GCr15大量用于大中型軸承

GCr15SiMn用于大型軸承◆該類鋼還常用于制造模具、量具等.4、鋼種與用途三、工具鋼toolsteels用于制造：●刃具●模具●量具三、工具鋼toolsteels用于制造：1、性能要求：

（1）高硬度、高耐磨性（2）高熱硬性（3）足夠的韌性（一）刃具鋼cuttingtoolsteels

1、性能要求：（一）刃具鋼cuttingtoolst2.碳素工具鋼carbontoolsteels（1）成分特點(diǎn)：高碳＞0.65%碳化物多，耐磨性好

（2）熱處理

●球化退火（預(yù)備熱處理）+淬火+低溫回火

●組織：M回+細(xì)粒狀碳化物+少量A’

2.碳素工具鋼carbontoolsteels（2）（3）性能特點(diǎn)碳素工具鋼的淬透性、熱硬性差只用于尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單的低速刃具。（4）鋼種與用途●

T7—T9承受沖擊的工具，如沖子、鑿子、錘子等●

T10—T11低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等●

T12—T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等（3）性能特點(diǎn)（4）鋼種與用途（1）成分特點(diǎn)：

●

高碳：0.75~1.5%C●合金元素（總含量≤5%

）①提高淬透性:Cr、Mn、Si②

提高回火抗力：Si③提高耐磨性、細(xì)化晶粒:W、V

3.低合金工具鋼lowalloytoolsteels（1）成分特點(diǎn)：3.低合金工具鋼lowalloyt（2）熱處理特點(diǎn)

●球化退火+淬火（油）+低回●組織：M回+粒狀碳化物+A’(少量)

絲錐板牙（3）鋼種與用途

9SiCr用于形狀復(fù)雜的低速刃具如絲錐、板牙等.

（2）熱處理特點(diǎn)絲錐板牙（3）鋼種與用途4.高速鋼highspeedsteel

制造高速切削刀具—熱硬性好（1）成分特點(diǎn)

●

高碳:0.70—1.5%C

●合金元素①

提高淬透性：Cr②

提高熱硬性、耐磨性:W、Mo、V4.高速鋼highspeedsteel（1）成分特點(diǎn)（2）熱處理特點(diǎn)●預(yù)備熱處理球化退火：降低硬度，便于切加工；為淬火作組織準(zhǔn)備?！翊慊饻囟?gt;1200℃以獲得高合金元素含量的M

淬火組織：M+未溶碳化物+A’(20%)（2）熱處理特點(diǎn)●淬火

●回火：

560℃三次回火，產(chǎn)生二次硬化

①析出W、Mo、V的特殊碳化物；②回火冷卻時(shí)，A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸。但回火后為M回●回火：W18Cr4V鋼熱處理工藝W18Cr4V鋼熱處理工藝（3）性能特點(diǎn)高耐磨性、紅硬性（600℃）高速鋼銑刀（4）鋼種與用途W(wǎng)18Cr4V(18-4-1)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。●用于高速刀具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等（3）性能特點(diǎn)高速鋼銑刀（4）鋼種與用途（二）模具鋼

diesteels冷沖壓件1、冷作模具鋼

coldworkingD.S.(1)性能要求：●高硬度、耐磨性?！褡銐虻膹?qiáng)度和韌性?！窳己玫拇阃感云囃獍謇錄_模（二）模具鋼冷沖壓件1、冷作模具鋼汽車外板冷沖模(2)成分特點(diǎn)●高碳1.4—2.3%C●合金元素高鉻11.5—13%Cr以提高淬透性

Mo、V提高耐磨性，細(xì)化晶粒

(2)成分特點(diǎn)（3）熱處理特點(diǎn)：●預(yù)備熱處理：球化退火●最終熱處理:淬火+低溫回火組織:M回+粒狀碳化物+少量A’汽車外板冷沖模

（4）鋼種與用途：

Cr12和Cr12MoV。制造冷沖模、擠壓模等。（3）熱處理特點(diǎn)：汽車外板冷沖模（4）鋼種與用途：2.熱作模具鋼hotworkingD.S.熱作模具（1）性能要求

●高溫下良好的綜合力學(xué)性能

●抗熱疲勞性能●高的淬透性

●良好的導(dǎo)熱性2.熱作模具鋼hotworkingD.S.熱作模具（（2）成分特點(diǎn)與熱處理

●成分特點(diǎn)：與調(diào)質(zhì)鋼類似

●熱處理：淬火+高溫回火組織:S回

（3）鋼種與用途

5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V等（2）成分特點(diǎn)與熱處理（3）鋼種與用途（三）量具鋼measuringtoolsteels

用于制造各種量具，如千分尺、卡尺、塞規(guī)等

（三）量具鋼measuringtoolsteels2.成分特點(diǎn)：與低合金刃具鋼相同1、性能要求⑴高硬度、耐磨性⑵高的尺寸穩(wěn)定性⑶足夠的韌性2.成分特點(diǎn)：1、性能要求3.熱處理特點(diǎn)

●預(yù)備熱處理：球化退火●淬火+冷處理+低回

●120℃—130℃長(zhǎng)時(shí)間時(shí)效，以去除內(nèi)應(yīng)力4.鋼種

無(wú)專用鋼可根據(jù)性能要求在碳素工具鋼和合金工具鋼中選擇。3.熱處理特點(diǎn)4.鋼種四、特殊性能鋼

specialsteels

指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼●分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼●均為合金鋼四、特殊性能鋼

specialsteel（一）不銹鋼stainlesssteels

1、金屬腐蝕

metalcorrosion

化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕

●電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生的腐蝕，有腐蝕電流產(chǎn)生。（一）不銹鋼stainlesssteels1、金屬腐蝕2、防止電化學(xué)腐蝕的措施

controlmeasures①單相合金②合金中各相的電極電位接近③表面形成致密鈍化膜，或涂層2、防止電化學(xué)腐蝕的措施3、不銹鋼成分compositionofS.S.●

碳含量為0.08—0.95%，●

主加元素為Cr、Cr-Ni，輔加元素為T(mén)i、

Nb、Mo、Cu、Mn、N。3、不銹鋼成分compositionofS.S.●

Cr提高耐蝕性①形成穩(wěn)定致密Cr2O3膜.②Cr含量大于13%時(shí)，形成單相鐵素體組織。③提高基體電極電位●

Ni：獲得單相奧氏體組織?！?/p>

Mo：耐有機(jī)酸腐蝕?！馮i,Nb防止奧氏體鋼晶間腐蝕.●Cr提高耐蝕性●Ni：獲得單相奧氏體組織。

晶間腐蝕interfacialcorrosion

由于Cr23C6晶界析出，使晶界附近產(chǎn)生貧Cr區(qū)造成的。Ti、Nb可消除晶界貧Cr區(qū)。

晶間腐蝕interfacialcorrosion4、常用不銹鋼種stainlesssteels

（1）奧氏體不銹鋼austeniticS.S.18-8型如1Cr18Ni9Ti●性能特點(diǎn)良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性，無(wú)磁性?！駸崽幚砉倘芴幚恚?100℃加熱保溫后水冷。組織：?jiǎn)蜗鄪W氏體。4、常用不銹鋼種stainlesssteels（1）奧（2）馬氏體不銹鋼martensiticS.S.

Cr13型：1Cr13—4Cr131）性能特點(diǎn)含碳量提高，強(qiáng)度硬度提高，耐蝕性下降；2）熱處理●

1Cr13、2Cr13淬火+高溫回火→S回；

常用于葉片、閥門(mén)等?！?/p>

3Cr13、4Cr13：淬火+低溫回火→M回；耐磨耐蝕，常用于醫(yī)療器械、量具等。（2）馬氏體不銹鋼martensiticS.S.

（二）耐磨鋼antiwearsteels

高錳鋼

highmanganesesteel

1、用途要求耐磨耐沖擊零件，如履帶板、挖掘機(jī)鏟齒、鐵路轍岔等履帶（二）耐磨鋼antiwearsteels2、成分特點(diǎn)

ZGMn13⑴高碳1.0—1.3%C，以保持高耐磨性。⑵高錳11—14%Mn，以形成奧氏體組織。3、熱處理水韌處理：1100℃使碳化物溶入奧氏體后水冷。組織：過(guò)飽和單相奧氏體。2、成分特點(diǎn)3、熱處理4、性能特點(diǎn)●水韌處理后為奧氏體，韌性高、硬度低?！袷艿綇?qiáng)烈沖擊變形時(shí)，表面A加工硬化，并形成M和析出碳化物，使表面硬度提高到HB500—550，獲得高耐磨性；而心部仍為A組織,具有強(qiáng)的耐沖擊能力。4、性能特點(diǎn)●受到強(qiáng)烈沖擊變形時(shí)，表面A加工硬化，并第二節(jié)鑄鐵castiron鑄鐵是含碳量大于2.11%并含有較多硅、錳、硫、磷等元素的合金。第二節(jié)鑄鐵castiron鑄鐵是含碳量大于2.1一、鑄鐵的分類classification

●灰口鑄鐵graycastiron

碳主要以石墨形式存在，斷口呈暗灰色。●白口鑄鐵whitecastiron

碳主要以Fe3C形式存在，斷口呈銀白色?！衤榭阼T鐵

碳以石墨和Fe3C兩種形式存在。一、鑄鐵的分類classification●灰口鑄鐵L+GL+Fe3CFe-Fe3C和Fe-G雙重相圖L+GL+Fe3CFe-Fe3C和Fe-G雙重相圖二、鑄鐵的石墨化Graphitizingincastiron

鑄鐵中形式石墨的過(guò)程稱石墨化。1、石墨化階段stepsofgraphitizing●第一階段石墨化：P′S′K′以上；●第二階段石墨化：P′S′K′線上及以下。石墨化程度不同，鑄鐵組織不同。二、鑄鐵的石墨化Graphitizingincast2、影響石墨化的因素

influencefactorsonGraphitizing（1）冷卻速度coolingspeed

鑄件緩慢冷卻，有利于石墨化。（2）化學(xué)成分

compositionC、Si強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化；

●

C:2.5—4.0%；Si:1.0—3.0%2、影響石墨化的因素（1）冷卻速度coolingspee三、灰口鑄鐵graycastiron

灰口鑄鐵按石墨形態(tài)分類1、灰鑄鐵:片狀2、可鍛鑄鐵:團(tuán)絮狀3、球墨鑄鐵:球狀4、蠕墨鑄鐵:蠕蟲(chóng)狀三、灰口鑄鐵graycastiron（1）牌號(hào)

HT+數(shù)字(最低抗拉強(qiáng)度)（2）化學(xué)成分compositionC2.5—4.0%；Si1.0—3.0%；Mn0.5—1.3%（一）灰鑄鐵grayC.I.

片狀石墨flakegraphite（1）牌號(hào)（一）灰鑄鐵grayC.I.（3）組織microstructure

石墨化程度不同，基體組織不同

基體（F、P、P+F）

+片狀G●孕育鑄鐵：石墨細(xì)化，強(qiáng)度提高（4）用途applications

●抗壓不抗拉，脆性大。減震、減摩。

●用于軸承座，機(jī)床底座、床身，汽缸等（3）組織microstructure（4）用途appl（二）可鍛鑄鐵malleableC.I.

團(tuán)絮狀石墨rosettegraphite

由白口鑄鐵石墨化退火得到（二）可鍛鑄鐵malleableC.I.（1）牌號(hào)：

KT+數(shù)字+數(shù)字最低抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率；（2）組織：基體(F、P)＋團(tuán)絮狀G●可鍛鑄鐵，實(shí)不可鍛。（1）牌號(hào)：（2）組織：●可鍛鑄（3）應(yīng)用用于形狀復(fù)雜、受振動(dòng)載荷的薄壁件，如汽車前后橋殼、管接頭、低壓閥門(mén)等?？慑戣T鐵管件（3）應(yīng)用可鍛鑄鐵管件（三）球墨鑄鐵

ductile/nodularC.I.●球化處理：石墨呈球狀球化劑—稀土、鎂●孕育處理：石墨細(xì)化孕育劑—硅鈣合金（三）球墨鑄鐵

（2）熱處理heattreatment

可進(jìn)行各種熱處理,如退火、正火、淬火、回火