常用金属材料讲义碳钢铸铁
第五节 常用钢材及铸铁
离合器弹簧 拉力弹簧
5)滚动轴承钢:
如:GCr15
主要用来制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚 针)、内外套圈等,属专用结构钢。 碳质量分数一般为0.95%--1.10%,以保证其高硬 度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素 ,铬含量 为0.40%--1.65%。高碳低铬。
杆、凸轮和轴类零件。
60、65、70 — 淬火+中温回火,制造弹簧。
75、 80、 85 — 耐磨件
3、碳素工具钢 碳素工具钢含碳量为0.65-1.35% ,可制造低速切削 的刀具和普通模具、量具。 常用牌号有T7、T8、T8Mn、T9、T10A、T11、 T12A、T13等。 数字表示平均碳的质量分数(千分数)。如, T8:表 示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 4、低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢是在低碳钢的基础上加入少 量合金元素制得,其合金元素总量不超过5%,以 Mn为主要合金因素。这类钢一般在热轧或正火状态 下使用,不需再进行热处理。广泛用于建筑、石油、 化工、铁道、桥梁、造船等工业部门。
高炉
电弧炉
二、 化学成份对碳钢力学性能的影响
1 、碳质量分数对碳钢力学性能的影响: 2、硅和锰的影响: 有益元素。不但可以溶于F中,产生强化作用, 使钢的强度和硬度提高;而且Mn能消除硫对 钢的危害。 3、磷的影响: 有害元素,使钢产生冷脆性。 4、硫的影响: 有害元素,使钢产生热脆性。
三、 钢的分类、牌号及用途
(3)使钢具有某些特殊性能
铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热、 耐磨、不生锈等特殊性能。
(二)、合金钢的种类:
工程合金结构钢 : 普通低合金结构钢
9-碳钢、合金钢、铸铁解析
门用钢。 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2:高热硬性,用于刀具等。
(表达特殊) wC<1.0% ww=18% wCr=4% wV<1.5%
(三)特殊性能钢
1、不锈钢(主要合金元素为Cr和Ni)
牌号:
数字 + 元素符号 + 数字 表示所含合 金的名称 元素平均 百分含量
表示碳的平均千分含 量,<0.08%时用0表示
2、优质碳素结构钢 牌号:
由两位数字组成
当wMn=0.7∼1.2%时, 在数字后加Mn
表示碳的平均万分含 量(常用:08∼85)
如45(表示wC≤0.45%的优质碳素结构钢)
如65 Mn(表示wc=0.65% ,wMn=0.7∼1.2%的优质碳钢)。
成份: wc=0.08∼0.85%, S、P含量较低,通常经热处理后 使用,以发挥其性能潜力。 特点与应用:
成份: wC=0.3∼1.7%, 加入了Cr、Mn、Si、Mn、W、V 等合金元素,热处理后使用。
特点与应用:
9CrSi、9Cr2:量具刃具钢(丝锥、钻头、铣刀、手 术刀、量规、冷冲模等);
Cr12MoV、CrWMn:冷模具钢; 5CrNiMo、4Cr5W2VSi:热模具钢;
*高速工具钢(锋钢)是合金工具钢中的一类专
表示普碳 结构钢
共分195、215、235、 255、275五种。
共有A,B,C,D四个 级别,A级最差。
如:Q235A;Q215B;
成份: wc=0.06∼0.38%,S、P含量较高,不需热处理。 特点与应用:
Q195、Q215钢:塑性和韧度好,制造薄板、冲压 件和焊接件;
Q235钢:强度较高,制造钢板、钢筋、农业机 械用钢和不重要的机械零件,拉杆、连杆和转轴。 Q255、Q275钢:强度高,质量好制作建筑、桥 梁工程上质量要求较高的焊接件。
常用金属材料教材
常用的金属材料钢与铁
一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金(即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料)。
工业上又把金属材料分为两大类:一类为黑色金属,它包括铁、锰、铬及其合金,其中以铁基合金(即钢和铸铁)应用最广;另一类为有色金属,是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。
在工业上使用的金属材料中,以钢和铸铁使用最多。
钢和铸铁(总称为钢铁材料)是以铁为主,加入碳等其它合金元素所组成的,故称为铁碳合金材料。
一般把含碳量小于2.06%的铁碳合金称为钢;大于2.06%的铁碳合金称为铸铁。
1.钢的分类、编号及性能特点:根据成分不同钢可分为碳素钢(简称碳钢)和合金钢两类。
(1)碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素,但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素,其中S、P对钢的性能危害很大。
因此根据硫、磷含量多少,把钢分为:普通质量钢(S≤0.055%,P≤0.045%)优质钢(S≤0.03%,P≤0.035%),高级优质钢(S≤0.02%,P≤0.003%)等。
碳钢的性能主要决定于含碳量的高低,随着含碳量的增多,碳钢的强度、硬度提高,塑性和韧性降低。
根据含碳量的多少,碳钢分为低碳钢(C≤0.25%)、中碳钢(C=0.3~0.6%)和高碳钢(C>0.6%)。
所以低碳钢的强度、硬度低,塑性韧性好,常用于受力较小的冲压件(如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等)、焊接件等;高碳钢的强度高,塑性低,常用于制造受力较大的弹簧等零件;中碳钢既有一定强度,也有一定塑性,常用于制备受力较大、较复杂的轴工业上根据用途不同,将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。
(a)碳素结构钢该类钢主要用于各种结构件。
根据钢的质量不同(即S、P含量)分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。
碳素结构钢是属于普通质量钢,其牌号表示方法为Q+三位数字。
Q为“屈”字的汉语拼音子首,后面三位数为表示该钢的屈服点(MPa)数值,如常用的Q235,表示屈服点为235MPa的普通质量钢。
常用金属材料碳钢、铸铁
铸铁在汽车工业中应用 广泛,如发动机缸体、 气瓶、刹车盘等关键部 件,由于其优良的力学 性能和耐腐蚀性,能够 保证汽车的安全性和可 靠性。
铸铁管道和阀门具有良 好的耐压、耐腐蚀和密 封性能,广泛应用于石 油、化工、水处理等领 域。
03
碳钢与铸铁的性能比较
机械性能
碳钢
碳钢的强度和硬度较高,具有良好的 耐磨性和韧性,但易生锈。
睐。
管道系统
铸铁管道常用于输送水、暖气等流 体,其良好的耐压性能和耐腐蚀性 使其成为一种经济实用的材料。
建筑构件
铸铁在建筑中用于制造窗框、门框 等构件,其优美的外观和良好的耐 久性得到了广泛应用。
应用案例的比较
碳钢因其高强度和良好的塑性,通常 用于需要承受较大载荷和冲击的场合, 如建筑结构、机械制造等。
浇注
将液态铸铁浇注到铸型中, 冷却后得到铸件。
生产工艺的比较
碳钢的生产工艺相对简单,成本较低 ,适合大规模生产。而铸铁的生产工 艺相对复杂,成本较高,但适合生产 形状复杂的铸件。
碳钢的力学性能较好,适用于各种受 力结构件。而铸铁的耐磨性、耐腐蚀 性和耐热性较好,适用于制造受压件 、耐磨件和耐热件等。
详细描述
铸铁是通过在熔融状态下将铁矿石、碳和其他合金元素进行混合,然后倒入模具 中冷却凝固而制成的金属材料。铸铁的含碳量通常在2.0%~4.0%之间,碳以片状 或球状石墨的形式存在,使得铸铁具有较低的强度和韧性。
铸铁的分类
总结词
铸铁根据其化学成分和组织结构可分为灰口铸铁、球墨铸 铁和蠕墨铸铁等类型。
04
碳钢与铸铁的生产工艺
碳钢的生产工艺
01
02
03
炼铁
将铁矿石和焦炭在高炉中 加热还原,得到生铁。
常用金属材料碳钢及合金钢的分类课件
碳钢在电力行业中用于制造电线杆 、输电线路等,其良好的导电性能 和耐腐蚀性能得到了广泛应用。
合金钢的应用领域
航空航天
合金钢因其高强度、高韧性、耐 高温等特性,广泛应用于航空航 天领域,用于制造飞机、火箭等
关键部件。
石油化工
在石油化工行业中,合金钢因其 良好的耐腐蚀、耐高压性能,被 用于制造管道、储罐、反应器等
碳钢的强度和硬度较高,能够承受较 大的压力和摩擦力,因此在机械制造 、建筑和交通运输等领域得到广泛应 用。
碳钢的耐腐蚀性能较差,容易生锈, 因此在使用过程中需要进行防锈处理 。
合金钢的性能特点
01
02
03
04
合金钢是在碳钢的基础上添加 了适量的合金元素,如铬、镍 、钨等,以提高钢材的各项性
能。
合金钢具有较高的强度、硬度 和耐磨性,适用于制造高精度 、高要求的机械零件和工具。
合金元素总含量大于10%。具有优良 的耐腐蚀、耐高温和耐磨性能,用于 制造要求极高耐久性的结构件,如不 锈钢。
合金元素总含量在5%-10%之间。具 有较好的抗腐蚀性能和机械性能,用 于制造要求较高耐久性的结构件。
按照用途分类
结构钢
用于制造各种建筑结构 和机械零件,要求具有
较高的强度和韧性。
不锈钢
具有优良的耐腐蚀性能 ,用于制造医疗器械、
02
中碳钢具有较好的强度和塑性,可用于制造受力较复杂、要求
耐磨和耐冲击的零件。
高碳钢(C>0.6%)
03
高碳钢硬度高、耐磨性好,但韧性较差,主要用于制造切削工
具、弹簧和耐磨零件。
按照用途分类
普通碳素结构钢
主要用于建筑、桥梁、船舶、 车辆等制造,要求具有一定的
碳钢与铸铁
碳素结构钢ωc<0.7% 按脱氧程度
碳素工具钢ωc > 0.7%
沸腾钢(F) 镇静钢(Z) 半镇静钢(B)
1.普通碳素结构钢
碳素结构钢中硫、磷等杂质含量较多,质量较低,但价 格便宜,并具有一定的机械性能,常用作性能要求不高 、不需作热处理的机械零件和结构件,是碳钢中用量最 大的一类。
根据国标(GB/I700-88)规定,碳素结构钢的牌号由Q( “屈”的汉语拼音字首)、屈服强度值、质量等级符号 (A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、Z、B)四个部分按 顺序组成。如Q235A·F表示最低屈服强度为235MPa、质量 等级为A级的沸腾钢。
机械制造基础 工程材料
下午1时4分
常用工程材料
教学内容
学习要求
能力要求
1.金属材料的分类
2.碳钢、合金钢分 类、牌号及应用
3.非铁金属材料的牌 号,应用
1.掌握钢、铸铁的牌 号及性能
2.理解非铁金属材料的 牌号、性能及应用
3.了解钢杂质的影 响,陶瓷、复合材 料
初步具有选材 的能力
第一节:碳钢、铸铁
60~85钢属于高碳钢, 经淬火+中温回火后, 具有高的弹性和一定的韧性,主要用于制造各类 弹簧。
3、碳素工具钢
这类钢的含碳量较高,一般在0.65%~1.35%之间,经适 当热处理后,具有高强度、高硬度及高的耐磨性,常用 来制造各种工具(刃具、量具和模具)。
按钢的质量不同,碳素工具钢分为优质碳素工具钢和高 级优质碳素工具钢两类。
(二)、碳钢的分类
按含碳量 按质量 按用途
低碳钢 ωc≤0.25% 中碳钢 ωc=0.25%~0.60% 高碳钢 ωc>0.6%
普通碳素钢 ωs≤0.055% ,ωp≤0.045% 优质碳素钢 ωs、 ωp≤0.035%~0.040% 高级优质碳素钢 ωs≤0.02%~0.03% ωp≤0.03%~0.035% 特殊质量碳钢 ωs、 ωp≤0.015%
常用金属材料
不受剧烈冲击、高硬度、 耐磨的工具。如冲头、
手锯条等。
不受冲击、要求高硬度、 高耐磨的工具。如锉刀、
量具等。
(2)低合金高强度结构钢
牌号:例如 Q390A
“Q”表示屈服点, “390”表示屈服点值为390MPa, “A”表示质量等级为A 级。
用途: 低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理, 综合力学性能良好,
用途:铸铁件占铸件总产量的 80%左右。
如机床床身、箱体等。
w(S) ≤0.15%
w(P) ≤0.3%
1.铁碳合金双重相图
铸铁中,碳的存在 形式有渗碳体(Fe3C) 和游离状态的石墨(G)两种。
铁碳合金实际上存在两种 相图: (1)Fe-Fe3C相图, (2)Fe-G相图。
图1-19 铁碳双重相图
(3)变质处理(孕育处理)
• 变质处理:在浇注前向铁水中加入变质剂(孕育剂),如 Si-Fe、Si-Ca合金,以增加石墨的结晶核心,促进石 墨化,使石墨片细小、均匀,获得高强度铸铁。
用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。
(3) 合金钢
1)合金结构钢 牌号: 例如 60Si2Mn, “60”表示平均w(C)=0.6%, “ Si2 ”表示平均w(Si)=2%, “ Mn ”表示平均w(Mn)<1.5%。
用途:合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢, 常用来制造重要的零件,如齿轮、轴类、弹簧等。 例:渗碳钢,20CrMnTi;
化学成分(质量分 数,%)
力学性能(最小值)
牌号
C
Si
Mn
σs (σ0.2)
Σb
δ
/MPa (%)
/MPa
主要特点及应用
ZG200 -400 0.20 0.50 0.80 200
钢铁材料详细知识
钢铁材料详细知识概述钢铁是一种常见的金属材料,广泛应用于建筑、工程、汽车、能源等各个领域。
本文将详细介绍钢铁材料的特性、分类和应用。
特性- 高强度:钢铁具有很高的强度,能够承受较大的力和压力。
- 耐腐蚀:钢铁可以通过镀层等方式进行防腐蚀处理,增强其耐用性。
- 可塑性:钢铁易于加工成各种形状和尺寸,适合各类工艺要求。
- 导电性:钢铁具有良好的导电性能,适用于电子设备和电气系统。
- 可焊接性:钢铁易于焊接,方便在生产过程中进行连接和组装。
分类碳钢碳钢是最常见的钢铁类型,含有较低的合金成分。
根据碳含量的不同,可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。
合金钢合金钢是在碳钢基础上加入其他合金元素的钢材。
不同的合金成分可以赋予钢铁不同的性能,如耐温性、耐磨性、耐腐蚀性等。
不锈钢不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的钢铁。
添加铬等合金元素可以形成一层致密的氧化物膜,保护钢铁不受腐蚀和锈蚀。
铸铁铸铁是一种含有大量碳和硅的铁合金,具有良好的铸造性能和低成本。
根据碳含量和石墨形态的差异,可分为灰铸铁、球墨铸铁和白口铸铁等。
应用钢铁广泛应用于各个领域,如:- 建筑和结构工程:用于梁、柱、桥梁等结构元件的制造;- 汽车工业:用于车身、发动机零部件等的制造;- 能源行业:用于石油管道、天然气管道等的制造;- 机械制造业:用于制造机床、工具、轴承等的零部件。
结论钢铁作为一种重要的金属材料,具有高强度、耐腐蚀等特性。
通过不同的合金成分和处理方式,可产生不同类型的钢铁,满足各种工业需求。
在各个领域中,钢铁都有着广泛的应用。
常用铸铁材料
•C%≈100% •简单六方晶体结构 •强度、塑性和韧性极低 •松软相,相当于孔洞和裂缝
graphite
根据碳在铸铁中的存在形式,铸铁可分为:
碳存在的形式 及断口的颜色
白口铸铁 灰铸铁 麻口铸铁
渗碳体
游离的石墨 渗碳体
游离的石墨
铸铁性能
铸铁的机械性能主要取决于铸铁基体组织以及石墨的数量 、形状、大小及分布特点。
命名
HT+三位数字,表示最低的抗拉强度。如:HT100, HT150、HT200、 HT250、 HT300、 HT350 。
牌号
抗拉强度值,MPa
性能
耐磨性好 —— 石墨有利于润滑、储油。 抗压强度高——抗拉强度、塑韧性比钢低。 消震性好(是钢的十倍)—— G 组织松软 铸造性好 —— 接近共晶成分、熔点低、流动性好、凝固收
典型用途
承受震动、载荷大的零件, 如曲轴、传动齿轮等。
连杆
替代部分铸钢、锻钢件
铸铁曲轴
四、蠕墨铸铁
蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。蠕 墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。
蠕化剂为稀土硅铁镁合金。稀土硅铁合金、稀土硅铁 钙合金等。
蠕墨铸铁的组织:基体(F、F+P、P)+ 蠕虫状G
二、可锻铸铁
石墨呈团絮状的灰口铸铁,是由白口铸铁经石墨化退火获 得的。石墨呈团絮状,对基体破坏作用较小,所以比灰铸铁具 有较高的强度强度为碳钢的40-70%,接近于铸钢、塑性和冲 击韧度,但不能锻造。
命名
KT+种类+三位数字-两位数字,种类:H:黑心铸铁 ,Z珠光体铸铁,三位数字:最低抗拉强度,两位数字:最低 的伸长率。如KTH300-06,KTZ450-06
机械零件的常用材料及其选择-金属材料
机械制造中最常用的材料是钢和铸铁,其次是有色金属合金。非金属材料如塑料、橡胶等 。
一、金属材料
常用金 属材料 铸铁 ----含碳量>2% 钢 ----含碳量≤ 2% 铜合金 铁碳合金
1.铸铁:灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。
特点:良好的液态流动性,可铸造成形状复杂的零件。 较好的减震性、耐磨性、切削性(指灰铸铁)、成本 低廉。 应用:应用范围广。其中灰铸铁最广、球墨铸铁次之。 2.钢:结构钢、工具钢、特殊钢(不锈钢、耐热钢、
价格便宜且供应充分
表9-价格
1 1.5~1.8 1.7~2.5 3 3~20 5 0.85 1.7 8~10 国防科大潘存云教授研制
材
料
热轧圆刚
铸 件
景德镇陶瓷学院专用
碳素结构钢Q235 (φ 33~42) 优质碳素钢 (φ 29~50) 合金结构钢(φ 29~50) 滚动轴承钢(φ 29~50) 合金工具钢(φ 29~50) 4Cr9Si2耐热钢(φ 29~50) 灰铸铁铸件 碳素钢铸件 铜合金、铝合金铸件
耐酸钢等)、碳素结构钢、合金结构钢、铸钢等。
景德镇陶瓷学院专用 国防科大潘存云教授研制
特点:与铸铁相比,钢具有高的强度、韧性和塑性。 可用热处理方法改善其力学性能和加工性能。
零件毛坯获取方法:锻造、冲压、焊接、铸造等。 应用:应用范围极其广泛。 选用原则: 我国资源丰富 优选碳素钢,其次是硅、锰、硼、钒类合金钢。
3.铜合金 种类 青铜 -含锡青铜、不含锡青铜 黄铜 -铜锌合金,并含有少量的锰、铝、镍 轴承合金(巴氏合金)
特点:具有良好的塑性和液态流动性。青铜合金还具 有良好的减摩性和抗腐蚀性。
零件毛坯获取方法:辗压、铸造。 应用:应用范围广泛。
常用金属材料简介
铝合金及其切削加工性能
铝合金强度和硬度相对较低,导热性好,且铸造铝合金的塑性较低, 因此铝合金对刀具磨损较小,刀刃处温度不高,切削加工性能较好,切 削速度较高。 但铝合金熔点较低,温度升高后塑性增大,容易粘刀,容易影响工 件表面粗糙度。
如何将不同材料的切削加工性能进行比较?
以正火状态45号钢的T=60min时的切削速度为基准,写作(V60)j, 然后把其他各种材料的T=60min时的切削速度同它相比,这个比值称为 相对加工性,即:
碳钢中加入Mo元素对材料力学性能的影响: 可以是材料的晶粒细化,并提高热强性,进而提高材料的使用温度。 35号钢屈服强度315Mpa,35CrMo的屈服强度为835Mpa。
几种常用的低合金钢
20CrMnTi 多用于制造齿轮 化学成分如下表(与20钢对比):
牌号 C 20
20CrMnTi
化学成分/% Si 0.17~0.37 0.17~0.37 Mn 0.35~0.65 0.80~1.10 Cr ≤0.25 1.00~1.30 Ti 0.04~0.10 Ni ≤0.30 ≤0.30 P ≤0.035 ≤0.035 S ≤0.035 ≤0.035 Cu ≤0.25 ≤0.30
灰口铸铁和球墨铸铁有什么区别?
灰口铸铁显微组织
球墨铸铁显微组织
在电子显微镜 下灰口铸铁中 石墨的形态
在电子显微镜 下球墨铸铁中 石墨的形态
灰口铸铁和球墨铸铁有什么区别?
特性 石墨存在 形式 材料 灰口铸铁 片状
强度
塑性
韧性
脆性
消振 性 好
主要用途
强度要求不高的零件, 如各类箱体、底座等强韧性要求高且形来自复 杂的零件,如曲轴、连 杆等。
铸铁
铸铁是指含碳量大于2.0%的铁碳合金,工业用铸铁一般含碳量为 2%~4%。铸铁中还含有较多的硅(0.6%~3%)、锰、硫、磷等元素。 铸铁按断口颜色可以分为灰口铸铁、白口铸铁。灰口铸铁经球化处理可 获得球墨铸铁,蠕化处理可获得蠕墨铸铁,白口铸铁经退火处理可获得 可锻铸铁。其中灰口铸铁和球墨铸铁使用最为广泛。
碳钢与铸铁讲解
(三)、碳钢的牌号和用途 1.普通碳素结构钢
Q 235 — A ·F
铸铁的组织可以看成是在铁或钢的基体上夹杂着石墨,石
墨对基体产生割裂作用。
因此,石墨的存在使铸铁的力学性能下降,其性能比钢低,不 能锻造,且石墨的数量越多,越粗大,分布越不均匀,铸铁的力 学性能越差。
但石墨的存在也赋予铸铁许多钢所不及的优良性能,如铸 造性能、减振性和减摩性等。
铸铁的石墨化
1、铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。
碳素结构钢ωc<0.7% 按脱氧程度
碳素工具钢ωc > 0.7%
沸腾钢(F) 镇静钢(Z) 半镇静钢(B)
1.普通碳素结构钢
碳素结构钢中硫、磷等杂质含量较多,质量较低,但价 格便宜,并具有一定的机械性能,常用作性能要求不高 、不需作热处理的机械零件和结构件,是碳钢中用量最 大的一类。
根据国标(GB/I700-88)规定,碳素结构钢的牌号由Q( “屈”的汉语拼音字首)、屈服强度值、质量等级符号 (A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、Z、B)四个部分按 顺序组成。如Q235A·F表示最低屈服强度为235MPa、质量 等级为A级的沸腾钢。
一、碳钢
碳钢又称碳素钢,它是指含碳量小于2.11%,并含有少量冶 炼过程中残存下来的硅、锰、磷、硫等杂质元素所组成的铁碳 合金。
(一).杂质元素对碳钢性能的影响
锰(Mn)脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度 硅(Si)有很强的固溶强化作用,脱氧作用 硫(S)引起钢在热加工时或高温工作下开裂( 热裂 )。 磷(P)有很强的固溶强化作用,低温韧性差 ( 冷裂 )。
(仅供参考)八种常见金属材料特性、用途详解
八种常见金属材料特性、用途详解1、铸铁——流动性下水道盖子作为我们日常生活环境中不起眼的一部分,很少会有人会留意它们。
铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途,主要是因为其出色的流动性,以及它易于浇注成各种复杂形态的特点。
铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的总称,它们包括碳、硅和铁。
其中碳的含量越高,在浇注过程中其流动特性就越好。
碳在这里以石墨和碳化铁两种形式出现。
铸铁中石墨的存在使得下水道盖子具有了优良的耐磨性能。
铁锈一般只出现在最表层,所以通常都会被磨光。
虽然如此,在浇注过程中也还是有专门防止生锈的措施,即在铸件表面加覆一层沥青涂层,沥青渗入铸铁表面的细孔中,从而起到防锈作用。
生产砂模浇注材料的传统工艺如今被很多设计师运用到了其他更新更有趣的领域。
材料特性:优秀的流动性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收缩率、很脆、高压缩强度、良好的机械加工性。
典型用途:铸铁已经具有几百年的应用历史,涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域。
2、不锈钢——不生锈的革命不锈钢是在钢里融入铬、镍以及其他一些金属元素而制成的合金。
其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分,铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜,这层薄膜是人类肉眼所看不见的。
通常所提及的不锈钢和镍的比例一般是18:10。
20世纪初,不锈钢开始作为原材料被引入到产品设计领域中,设计师们围绕着它的坚韧和抗腐蚀特性开发出许多新产品,涉及到了很多以前从未涉足过的领域。
这一系列设计尝试都是非常具有革命性的:比如消毒后可再次使用的设备首次出现在医学产业中。
不锈钢分为四大主要类型:奥氏体、铁素体、铁素体-奥氏体(复合式)、马氏体。
家居用品中使用的不锈钢基本上都是奥氏体。
材料特性:卫生保健、防腐蚀、可进行精细表面处理、刚性高、可通过各种加工工艺成型、较难进行冷加工。
典型用途:奥氏体不锈钢主要应用于家居用品、工业管道以及建筑结构中;马氏体不锈钢主要用于制作刀具和涡轮刀片;铁素体不锈钢具有防腐蚀性,主要应用在耐久使用的洗衣机以及锅炉零部件中;复合式不锈钢具有更强的防腐蚀性能,所以经常应用于侵蚀性环境。
第一章钢和铸铁的基本知识
碳素工具钢
碳素工具钢含碳量较高,用于制造刀具、 碳素工具钢含碳量较高,用于制造刀具、模具和 量具。 量具。
铸造碳钢
铸造碳钢一般用于制造形状复杂、力学性能要求 铸造碳钢一般用于制造形状复杂、 较高的机械零件。 较高的机械零件。铸造碳钢广泛用于制造重型机械的 某些零件,如轧钢机机架、水压机横梁、 某些零件,如轧钢机机架、水压机横梁、锻锤和砧座 等。
三、钢的选择与使用 1、碳素钢 普通碳素结构钢
碳素结构钢是工程中应用最多的钢种。 碳素结构钢是工程中应用最多的钢种。其杂质和 非金属夹杂物较多,但冶炼容易,工艺性好, 非金属夹杂物较多,但冶炼容易,工艺性好,价格便 产量大, 宜,产量大,在性能上能满足一般工程结构及普通零 件的要求。碳素结构钢通常轧成钢板和各种型材, 件的要求。碳素结构钢通常轧成钢板和各种型材,用 于厂房、桥梁、 于厂房、桥梁、船舶等建筑结构或一些受力不大的机 械零件,如铆钉、螺钉、螺母等。 械零件,如铆钉、螺钉、螺母等。
光学显微镜观察组织 碳的平均含量0.77% 碳的平均含量0.77%
电子显微镜观察组织
性能: 性能:综合了铁素体和渗碳体的性能
莱氏体(Ld) 5、莱氏体(Ld)
莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物,用符号Ld Ld表 莱氏体是奥氏体和渗碳体的混合物,用符号Ld表 示。即( A = Cm ) 性能: 性能:硬而脆
3.按钢的用途分 结构钢:含碳量一般均小于0.70% 结构钢:含碳量一般均小于0.70% 工具钢:含碳量一般均大于0.70% 工具钢:含碳量一般均大于0.70% 4.按冶炼时脱氧程度的不同分 沸腾钢:脱氧程度不完全的钢 沸腾钢: 镇静钢: 镇静钢:脱氧程度完全的钢 半镇静钢: 半镇静钢:脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间的 钢 碳素钢牌号 化学元素符号+汉语拼音字母+ 化学元素符号+汉语拼音字母+阿拉伯数字 .(普通 普通) 1.(普通)碳素结构钢 2.优质碳素结构钢 3.碳素工具钢 4.铸造碳钢
常用金属材料介绍
常用金属材料金属材料来源丰富,并具有优良的使用性能和加工性能,是机械工程中应用最普遍的材料,常用以制造机械设备、工具、模具,并广泛应用于工程结构中。
金属材料大致可分为黑色金属两大类。
黑色金属通常指钢和铸铁;有色金属是指黑色以外的金属及其合金,如铜合金、铝及铝合金等。
1.2.1 钢钢分为碳素钢(简称碳钢)和合金两大类。
碳钢是指含碳量小于2.11%并含有少量硅、锰、硫、磷杂质的铁碳合金。
工业用碳钢的含碳量一般为0.05%~1.35%。
为了提高钢的力学性能、工艺性能或某些特殊性能(如耐腐蚀性、耐热性、耐磨性等),冶炼中有目的地加入一些合金元素(如Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti等),这种钢称为合金钢。
(一)碳钢1.碳钢的分类碳钢的分类方法有多种,常见的有以下三种。
(1)按钢的含碳量多少分类分为三类:低碳钢,含碳量<0.25%;中碳钢,含碳量为0.25%~0.60%;高碳钢,含碳量>0.60%。
(2)按钢的质量(即按钢含有害元素S、P的多少)分类分为三类:普通碳素钢,钢中S、P含量分别≤0.055%和0.045%;优质碳素钢,钢中S、P含量均≤0.040%;高级碳素钢,钢中S、P含量分别≤0.030%和0.035%。
(3)按钢的用途分类分为两类:碳素结构钢,主要用于制造各种工程构件和机械零件;碳素工具钢,主要用于制造各种工具、量具和模具等。
2.碳钢牌号的表示方法(1)碳素结构钢碳素结构钢的牌号由屈服点“屈”字汉语拼音第一个字母Q、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D)及脱氧方法符号(F、b、Z)等四部分按顺序组成。
其中质量等级按A、B、C、D顺序依次增高,F代表沸腾钢,b代表镇静钢,Z代表镇静钢等。
如Q235-A·F表示屈服强度为235Mpa的A 级沸腾碳素结构钢。
(2)优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示。
这两位数字代表钢中的平均含碳量的万分之几。
例如45钢,表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。
铸铁和碳钢的密度
铸铁和碳钢的密度
铸铁和碳钢是常见的金属材料,它们的密度也是非常重要的物理性质之一。
铸铁的密度通常在6.9-7.8克/立方厘米之间,而碳钢的密度在7.85克/立方厘米左右。
这意味着,即使是相同大小和形状的铸铁和碳钢件,铸铁通常会比碳钢更轻。
铸铁的密度一般较低,这是由于其中的石墨和孔隙结构导致的。
铸铁通常会在高温下进行熔化和浇铸,这会导致其中存在大量的气孔和缺陷,从而影响其密度。
然而,铸铁在强度和耐磨性方面有着良好的表现,因此在一些特定的应用领域(如制造机器零件和汽车零件)中得到了广泛应用。
相比之下,碳钢的密度通常较高。
碳钢是一种含有较高碳含量的钢材,具有高强度和硬度。
由于其中的晶格结构比铸铁更加均匀,因此其密度也较高。
碳钢常用于制造刀具、机械零件以及建筑结构等领域。
总的来说,铸铁和碳钢的密度差异可以影响它们的应用和设计。
在选择材料时,需要考虑到它们的密度、强度、硬度等方面的特点,以便确定最佳的材料选择。
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性能:硬度高、耐磨性好 用途:各种量具、刃具、磨具
3、碳素铸钢carbon cast steels
铸钢:制造铸钢件的钢 含碳量为0.150.55%
铸钢件:将钢水直接铸成零件毛坯后,不再进
行锻压加工的钢件
编号: 铸造碳钢:ZG 平均含碳量的万分数 工程用铸钢:ZG ——
屈服强度 抗拉强度
2、优质碳素结构钢 编号:——平均含碳量的万分数 20、45 60Mn 、65Mn 较高含锰量钢 较高含锰量: C0.6%时,0.7—1.0%Mn C>0.6%时,0.9— 1.2%Mn
低碳钢(10、15、20、25) 性能:强度、硬度较低,塑性、韧性好,焊接性好 用途:金属构件、型钢、钢板、钢管等 电厂中用于500ºC以下受热面管子,如水冷壁
精品
常用金属材料碳钢 铸铁
第一节:carbon steels
碳钢:含碳量为0.0218~2.11%的铁碳合金 一、杂质元素对钢性能的影响
硫---有害的杂质元素(低熔点(985C)共晶体
(FeS+Fe)),分布在A晶界上。当钢加热到1200C 热加工时,这些共晶体已经熔化,于是导致加工件沿 晶界开裂而形成所谓的“热脆”现象;降低焊接性。
铸铁的生长:铸铁在400C以上,特别是经反复 加热,体积逐渐增大的现象
耐热铸铁的编号:RT+元素符号+数字 RQT+元素符号+数字
RTCr16(900C) RQTAL22(1100 C) 用途:锅炉受热面吊架、喷嘴、烟道挡板
THANK YOU
2)良好的减振性、减摩性、切削加工性 铸造性,低的缺口敏感性
一、铸铁的分类 1、白口铸铁(碳以Fe3C存在) 2、灰口铸铁gray cast iron (片状石墨) 3、可锻铸铁malleable cast iron(团絮状石墨) 4、球墨铸铁nodular graphite iron(球状石墨)
牌号:QT —
b (%)
用途:用于要求强度较高、受冲击、耐磨损的重 要零件,如后汽缸、后几级隔板、磨煤机 衬板
六、合金铸铁alloy cast iron
1、耐热铸铁heat-resistant cast iron---铬、硅、铝 铸铁的耐热性:在高温下抗氧化、抗生长并保持较
高的强度、硬度及抗蠕变的能力
二、碳钢的分类
1、按含碳量分:低碳钢(C0.25%) 中碳钢(C=0.25%—0.55%) 高碳钢(C0.55%)
2、按用途分:碳素结构钢:机械零件及金属构件 碳素工具钢:各种工具
3、按质量分:碳素结构钢:S0.035%—0.05% P0.035%—0.045%
优质碳素结构钢:S 0.035% P 0.035%
高级优质碳素结构钢:S 0.02% P 0.03%
4、按脱氧程度分: 沸腾钢(F) 镇静钢(Z) 半镇静钢(b)
三、碳钢的编号、性质和用途
1、碳素结构钢carbon structural steels(5类20种) 编号:Q—质量等级•脱氧程度 Q 235—A • F
用途:金属构件、型钢、垫片、铆钉、普通 小零件
2)冷却速度:冷速越慢,越有利于石墨化
三、灰口铸铁
组织:F+G,P+G,F+P+G
性能:抗拉强度、疲劳强度、塑性、韧性低,硬 度、抗压强度取决于基体组织
牌号:HT
HT20、泵体、阀门
汽缸套
四、可锻铸铁
组织:F+G,P+G, G呈团絮状 性能:强度、塑性、韧性高于灰口铸铁
ZG25( ZG 230-450)
(Mpa)
性能:一定强度、良好塑、韧性、焊接性、铸造性
用途:400-450ºC以下铸件,如汽缸、隔板、蒸汽
室、喷嘴室、轴承盖
第五节:铸 铁cast iron
铸铁:含碳量大于2.11%的铁碳合金 工业铸铁
成分:2.5-4%C,Si,S,P,Mn 组织:碳以Fe3C及C形式存在 性能:1)强度、塑性、韧性低
中碳钢(35、40、45、50) 性能:良好的综合机械性能 用途:重要机械零件,如轴、齿轮、螺栓
高碳钢(60、65、65Mn) 性能:高强度、高弹性 用途:弹簧、高强度零件
3、碳素工具钢carbon tool steels
含碳量为0.651.3%
编号:T 或T
平均含碳量的千分数
T8、T10、T10A
牌号:KTB— (白心可锻铸铁) KTH—(黑心铁素体可锻铸铁) KTZ —(黑心珠光体可锻铸铁)
b (%)
用途:形状复杂、受动载荷作用, 要求强度、塑韧性较高铸 件,如连杆、低中压阀门、 管接头
五、球墨铸铁
组织:F+G,P+G,F+P+G,B下+G 性能:强度高于其他铸铁,塑性、
韧性高于灰口铸铁,屈强比高
氢---有害元素(氢溶入钢中使钢的塑性、韧性降低, 引起“氢脆”及白点) 氮和氧---有害元素(氮使钢的强度、硬度提高,塑性、韧
性降低而脆性增大,因而含氮量过高对钢有害。氧使钢的强 度和塑性降低,特别是以氧化物夹杂的形式(如FeO、SiO2) 存在时,会大大降低钢的疲劳强度,增加钢的热脆性)
锰硅—有益元素 硫磷氢氧氮—有害元素
锰---有益的杂质元素(溶于铁素体起固溶强化 作用;溶入Fe3C中形成合金渗碳体;同硫生成 MnS,消除硫在钢中的有害影响。含量一般为 0.25%0.8%。
硅---有益元素(溶入F使钢的强度、弹性提高。硅的含量一 般不超过0.4%,并不明显降低钢的塑性和韧性。)
磷---有害元素(少量的磷在钢中全部溶入F中,起强烈的固 溶强化作用,使强度、硬度显著提高,塑、韧性急剧降低, 特别在低温时,使钢的冲击韧性明显下降,这种现象称为 “冷脆”。含磷量较高时,使钢的焊接性能变坏
二、铸铁的石墨化
形式
1)Fe3CFe+C 2)在一定条件下,由液态和固态铸铁中 直接
析出石墨
A
温度
A
L
L+A E
D L+ Fe3C F C
G F+A
A+ Fe3C
影响石墨化的因素
F
K
PS
Q
F+ Fe3C
Fe
C%
Fe3C
1)成分:C、Si、Al、Cu、Ni促进石墨化
S、Mn、Cr、Mo、W阻止石墨化