4X 工业用钢 工艺学10

工程材料工艺学-钢铁
3
第三页，编辑于星期三：一点 五十九分。
非合金钢加入少量合金元素形成低合金钢。 ⑵按质量分 按钢的质量等级分,分为普通质量钢、优质钢、
高级优质钢、特殊优质钢,其中的磷和硫质量分数 如表4-1所示。
⑶ 按钢的主要性能及使用特性分 分工程结构用钢,机械结构用钢,工具钢,不锈钢, 耐蚀,耐热钢,轴承钢,特殊物理性能等钢。
第十九页，编辑于星期三：一点 五十九分。
1.铸铁石墨化
石墨化就是铸铁中的碳原子析出并形成石墨 的过程。
在铸铁中的碳能以渗碳体和游离状态的石墨 形式存在。
一般的石墨可以从液体中结晶出来，也能从 A中析出，也可以由渗碳体分解得到。
实践证明，成分相同的合金在冷却时，冷却 速度愈快，析出的渗碳体的可能性愈大；
3.特殊性能钢
不锈钢 （ 不锈钢又多为耐热钢！）
1)铬不锈钢 马氏体型不锈钢,其牌号有： 12Cr13、20Cr13、30Cr13
工程材料工艺学-钢铁
17
第十七页，编辑于星期三：一点 五十九分。
2)铬镍不锈钢：奥氏体型不锈钢，其牌号： 12Cr18Ni9（Ti） 、06Cr18Ni9
3)铁素体不锈钢：10Cr17-容器,日用品。 耐磨钢 GB5680-98 又称“高锰钢”,强烈冲 击力作用下发生硬化现象 如牌号：ZGMn13-1、 ZGMn13-2 等，应用 铁 道叉、履带板、颚板、铲斗、保险箱等。 磁钢（略）
因此，石墨结晶形态常易发展为片状，强度
Rm 、塑性A极低，硬度为3HBW;低的力学性能,及 其数量、形状、大小和分布使灰铁基体上布满了
裂纹和孔洞.
工程材料工艺学-钢铁
23
第二十三页，编辑于星期三：一点 五十九分。
由于G的存在
①减少了基体承载的有效面积；
②G的尖角割裂基体,造成严重的应力集中.
且G片越是粗大、分布不匀,其力学性能越差.
3.硅 ( Si)作用
工程材料工艺学-钢铁8第来自页，编辑于星期三：一点 五十九分。
与钢液中FeO生成炉渣,提高钢质量;溶于F中， 固溶强化。有益元素。
4.硫 S 作用：
形成FeS(熔点1190℃）,在晶界 处，在1100 ℃—1200 ℃时,压力加工,产生脆裂,“热脆”。有 害元素。
5.磷P 作用：
如：Q235-A . F Q-“屈”字汉语拼音字首，读“屈”。
工程材料工艺学-钢铁
10
第十页，编辑于星期三：一点 五十九分。
235-Rm(σb)≥235MPa A-质量等级 A级 F-脱氧方法，指“沸腾钢”，一般不标。 牌号：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五类.
用途：用于制作螺钉、螺栓、螺母、角钢、 垫圈、焊接钢管等,详见参考书P63表4－4。
3.灰铸铁的孕育处理
直接向已熔炼出炉的低碳、硅含量铁水中加入孕 育剂（经过破碎又预热的75＃硅铁）.
灰铁经孕育处理后G片细小均匀力学性能有明显提 高，故称高强度铸铁
4.灰铸铁的牌号、用途
工程材料工艺学-钢铁
27
第二十七页，编辑于星期三：一点 五十九分。
牌号: H T ×××
Rm≥ ×××MPa 读作:“灰铁”,汉语拼音字母首
T12钢用于制作铰刀、锉刀、量具等。
（详见教参P83表4-25）
四、合金钢 为提高钢的力学,工艺,物理,化学性能、淬透性 等,在碳钢的基础上加入某些合金元素,称为合金 钢。按用途分
合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
工程材料工艺学-钢铁
14
第十四页，编辑于星期三：一点 五十九分。
1.合金结构钢
钢号:数字＋元素符号＋数字(平均百分数)
第四章 工业用 钢与 铸铁
工程材料工艺学-钢铁
1
第一页，编辑于星期三：一点 五十九分。
教学基本要求
1.熟练掌握工业用钢的分类与编号表示方法； 2.熟悉钢铁中合金元素的含量与作用与相应组织。 3.了解铸铁的石墨化过程特点与影响； 4.熟悉铸铁的分类、牌号、性能特点并基本会选。 5.了解工程材料新发展简介
工程材料工艺学-钢铁
18
第十八页，编辑于星期三：一点 五十九分。
§2 铸铁
铸铁是在凝固过程中经历共晶转变，用于生 产铸件的铁基合金的总称。
生产上应用的铸铁碳的质量分数常在2.5%～ 4%之间。
铸铁抗拉强度较低,塑性和韧性差,不能进行锻 造,但有一系列优点,而在工业上应用广泛。
工程材料工艺学-钢铁
19
60、65、70、75，高碳钢。多需淬火＋回火， 制作弹性耐磨件。
20Mn、65Mn等称 含锰量较高的优质碳素结 构钢。 （详见教参P68表4-13）
工程材料工艺学-钢铁
12
第十二页，编辑于星期三：一点 五十九分。
3.碳素工具钢。
牌号用“碳”字汉语拼音字首“T”+数字表 示Wc的千分之几。
如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。
如T10钢WC=1%；T10A中的“A”表示为高级 优质碳素工具钢(适用各类高级优质钢）。
其中： T7钢（WC=0.7%）主要用于制造手钳、剪刀、 凿子、手锤等；
工程材料工艺学-钢铁
13
第十三页，编辑于星期三：一点 五十九分。
T10钢（WC=1%）用于制作手用钢锯条、简 单冷作模具、（手工钻头）等；
2.优质碳素结构钢 S、P含量较低，用于重要零件
工程材料工艺学-钢铁
11
第十一页，编辑于星期三：一点 五十九分。
GB：牌号用两位数字表示，表示含碳量万分 之几（十）。
如：08F、10、15、20、25，为低碳钢，塑性 好，耐冲、好焊；
30、35、40、45、50、55，中碳钢含P多， 强硬适中，多做重要件；
但是,灰铸铁的抗压强度受G影响小。
灰铁不能锻造,不能冲压;但是有如下优点： ①良好的铸造性(流动性好，收缩小)；
②易切削;(？)
③抗压强度高；
工程材料工艺学-钢铁
24
第二十四页，编辑于星期三：一点 五十九分。
④减震和减摩性能好； ⑤切口不敏感性； ⑥制造容易、价格便宜。 2.铸铁的组织及影响因素 灰铸铁按基体不同可分为;
5
第五页，编辑于星期三：一点 五十九分。
3.钢铁及合金统一数字代号体系
GB/T17616-1998对钢铁及合金产品牌号规定 了统一数字代号，与现行的GB/T221-2000钢铁产 品牌号表示方法等同时并用。
统一数字代号有利于现代化数据处理设备进 行存储和检索，便于生产和使用。
数字代号由固定6位符号组成,左边第1位大写
工程材料工艺学-钢铁
2
第二页，编辑于星期三：一点 五十九分。
§1 工业用钢简介
一、钢：以铁为主元素，含C％＜2％以下，并 含有其它元素的材料。可形变加工的铁碳合金。
1.工业用钢(按成分)包括非合金钢、低合金钢、 合金钢三类。(必须掌握的内容-考试啊!)
⑴按碳质量分数高低划分为低碳钢(wc<0.25％) 中碳钢(wc在0.25％～0.60％间) 高碳钢(wc>0.60％)等均为非合金钢。
二、可锻铸铁
又称:马铁、韧性铸铁、展性铸铁、玛钢。
1.成分：Wc=2.2~2.8%,Wsi=1~1.8; 碳、硅量低。 2.生产过程：
牌号表达同碳素结构钢Q295、 Q345、 Q390、 Q420、 Q460.
低合金高强度结构钢成本与碳素结构钢相近， 但性能有较大的提高,在工程结构中应用极为广泛。 (旧牌号:16Mn、09MnV2等)
2.合金工具钢
用于制造刃具、模具、量具等工具.
如 9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等；
GCr15有专用名称 “滚动轴承钢”,实为“名 专用途广”。
工程材料工艺学-钢铁
16
第十六页，编辑于星期三：一点 五十九分。
高速钢 又称：锋钢、白钢。
特点是高热硬性、耐磨性、淬透性，常用牌 号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，制造形状复杂的 高速切削工具，如：麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮 刀具和其他成形刀具。
工程材料工艺学-钢铁
20
第二十页，编辑于星期三：一点 五十九分。
冷却速度愈慢，析出石墨的可能性愈大。
故,在铁碳合金结晶过程中存在两种相图,即
Fe-Fe3C相图(它说明了析出Fe3C的规律)和Fe-G(石 墨)相图(它说明了析出石墨的规律),为便于比较和
应用,将上述两种相图重叠在一起称为铁碳双重相
图，如图4-9所示 。
按Fe-G(石墨)相图分析过共晶成分的铁液由 高温到室温的冷却过程，可将铸铁的石墨化过程 分为几个阶段：
工程材料工艺学-钢铁
21
第二十一页，编辑于星期三：一点 五十九分。
第一阶段：液相至共晶阶段。包括从过共晶 成分的液相中直接结晶出一次石墨和共晶石墨。
中间阶段：共晶至共析转变的阶段。此时从 奥氏体中直接析出二次石墨。
全部溶于F中,固溶强化；Rm、HB↑↑,在低温 下引起脆断—“冷脆”。有害元素。
工程材料工艺学-钢铁
9
第九页，编辑于星期三：一点 五十九分。
三、非合金钢(碳)钢分类 1.碳素结构钢 GB700-1988 牌号由代表屈服点的字母Q、 屈服点数值、 质量等级符号、 脱氧方法四部分组成。 其中质量等级分别用A、B、C、D表示。 A的S、P量高,D的S、P量最低,且质量最好。
工程材料工艺学-钢铁
4
第四页，编辑于星期三：一点 五十九分。
2. 钢铁产品牌号表示方法 钢材牌号采用“数字加字母”表示。力学性 能和元素含量用数字表示，化学元素采用国际化 学元素符号表示。 产品名称、用途、冶炼和浇注方法等用汉语 拼音字母表示。
表4-2(p57)不同类型钢及牌号表示方法。
工程材料工艺学-钢铁
如20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、38CrMoAlA等； 用于制造机械零件和工程构件。
常说的16Mn应归类于(低合金)高强度结构钢, 新号:Q345(GB/T1591-94)
低合金高强度结构钢
在碳钢基础上加少量锰、硅等合元制成。通 常在热轧、正火状态下使用。
工程材料工艺学-钢铁
15
第十五页，编辑于星期三：一点 五十九分。
工程材料工艺学-钢铁
7
第七页，编辑于星期三：一点 五十九分。
1.碳(C )作用
碳对碳钢的组织和性能影响很大。如图示
总趋势是：状态图中自左向右,含碳量增加,
Fe3C增加,硬度直线上升,塑韧性急速下降,强度先 升后降。
2.锰 (Mn)作用
脱氧,FeO还原Fe;与S作用→MnS降低热脆性; 提高强度、硬度。属有益元素。
拉丁字母作前缀(“I”和“0”除外),后接5位阿数
字。
工程材料工艺学-钢铁
6
第六页，编辑于星期三：一点 五十九分。
每个统一数字只适用于一个产品牌号。 例如：U20202，表示20(非合金钢)优质碳结 钢钢；A73402表示合金调质钢中的40MnVB。 非合金钢，(俗说：碳素结构钢)简称：碳钢 由于价格低廉、易于获取，通过碳含量的控 制和热处理可使其性能得到改善，能满足生产的 基本需求，因而应用广泛。 二、常存元素对碳钢性能的影响(了解)
S 、Mn阻碍 G ，增加白口化，应严控，P增加冷 脆性。
2)冷却速度(V)
冷却快，原子来不及急扩散，G化难以进行；易白
口。 冷却的慢，可得灰口。
显然，欲求灰口件合理选择 铸件壁厚。
工程材料工艺学-钢铁
26
第二十六页，编辑于星期三：一点 五十九分。
冷却速度与铸型材料也直接关联,如:金属型比砂型的 冷却速度快，铸件易白口.
第二阶段：共析转变阶段。包括共析转变时 奥氏体转变为铁素体+石墨。
当然，也可按Fe-Fe3C相图进行上述三个阶段 的石墨化过程。不同的是，先析出Fe3C，然后 Fe3C在高温下分解出石墨。
工程材料工艺学-钢铁
22
第二十二页，编辑于星期三：一点 五十九分。
石墨是碳的一种结晶体，具有六方晶格,见图 4-10.原子呈层状排列,同一晶面上的碳原子间距 为0.142×10-10m,相互间呈共价键结合,结合力强。 层与层之间的距离为0.304×10-10m,原子间呈分子 键结合，结合力较弱。
有:HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、 HT350 (见P100表4-33)
主用于床身、箱体、重锤、暖气片等。
5.灰铸铁的生产特点
6.灰铸铁的热处理 1)消除应力退火；
工程材料工艺学-钢铁
28
第二十八页，编辑于星期三：一点 五十九分。
2)消除白口组织改善切削性能退火 3)表面淬火 如机床导轨
P灰铸铁
P+F灰铸 铁 F灰铸铁
要控制铸铁组织与成分，必须控制其石墨化程度， 而影响石墨化的主要因素为：
1)化学成分
成分：Wc=2.5%~4%；Wsi=1~2.5%；WMn
=0.6~1.2%;Wp≤0.3%；Ws≤0.15%.
工程材料工艺学-钢铁
25
第二十五页，编辑于星期三：一点 五十九分。
随C、Si 增多，G核增多， 析出G多而粗大；反 之，G少；