工程材料07(钢)

《工程材料及应用》 工程材料及应用》
第七章
钢
产生热脆性。但钢中含量较多时形成较多的MnS利利于断屑。 产生热脆性。但钢中含量较多时形成较多的MnS利利于断屑。 MnS利利于断屑 四、磷的影响 磷也是一种有害元素，在钢中也要严格控制其含量。 磷也是一种有害元素，在钢中也要严格控制其含量。它 使钢产生冷脆性。 使钢产生冷脆性。 五、非金属夹杂物的影响 一般都会降低钢的力学性能，特别是降低塑性、 一般都会降低钢的力学性能，特别是降低塑性、韧性和 疲劳。 疲劳。
第七章
钢
第一节： 第一节：常存元素和杂质对钢性能的影响 一、猛的影响 猛是一种有益元素。 猛是一种有益元素。作为常存元素少量存在对钢的性 能影响不显著（含量小于1%）。 能影响不显著（含量小于1%）。 1% 二、硅的影响 硅也是一种有益元素。对钢的性能影响也不显著（ 硅也是一种有益元素。对钢的性能影响也不显著（含量 小于0.5%）。 小于0.5%）。 0.5% 三、硫的影响 硫是一种有害元素，在钢中要严格控制其含量。 硫是一种有害元素，在钢中要严格控制其含量。它使钢
4、使用状态下组织 心部： 心部：M回+F 表层： 颗粒状碳化物+A 少量) +A’( 表层：M回+颗粒状碳化物+A (少量)；
渗碳淬火后的表层组织
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第七章 钢
活塞销 (20Cr)
5、常用钢号及用途 低淬透性钢：20、20Cr。 低淬透性钢：20、20Cr。 用于受力小的耐磨件。 用于受力小的耐磨件。如柴油机的活 塞销、凸轮轴等。 塞销、凸轮轴等。 中淬透性钢：20CrMnTi。 中淬透性钢：20CrMnTi。 用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。 高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。 用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。 用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。
第七章 钢
3、性能：良好的综合力学性能。 性能：良好的综合力学性能。 4、常用钢号及用途 常用钢号为45、40Cr、40CrNi。 常用钢号为45、40Cr、40CrNi。 45 用于制造较小的齿轮、 用于制造较小的齿轮、轴、螺栓 等零件。 等零件。 制造大截面重载荷零件， 制造大截面重载荷零件，如曲 轴等用高淬透性的40CrNiM等 轴等用高淬透性的40CrNiM等 。 40CrNiM
碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高 碳化物的稳定性、熔点、硬度、
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第七章
钢
二、 对Fe - Fe3C相图的影响 1、对奥氏体相区的影响 Ni、Mn、Co、 ⑴ Ni、Mn、Co、C、N等元素扩大 奥氏体相区。 奥氏体相区。 Mn>13%或Ni>9%时 Mn>13%或Ni>9%时, 室温下为 单相奥氏体组织, 称奥氏体钢。 单相奥氏体组织, 称奥氏体钢。 Cr、Mo、Si、Ti、 Al等元素 ⑵ Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等元素 缩小奥氏体相区 Cr>13%时 Cr>13%时，室温下为单相铁素 体组织，称铁素体钢。 体组织，称铁素体钢。
第七章
钢
2.按质量分 2.按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下： 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：
碳 素 钢 钢类 普通质量钢 优 质 钢 P ≤0.045 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.025 S ≤0.045 ≤0.035 ≤0.030 ≤0.020 P
热轧钢板
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第七章
钢
（二）低合金高强度结构钢 1、性能要求: 性能要求: 高强度及足够韧性。 ⑴ 高强度及足够韧性。 良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。 ⑵ 良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。 2、成分特点：低碳(≤0.2%C)、主加Mn 成分特点：低碳(≤0.2%C)、主加Mn (≤0.2%C) 强化铁素体, 增加珠光体的量, 降低脆转温度。 ① Mn: 强化铁素体, 增加珠光体的量, 降低脆转温度。 Ti、 起细化晶粒和弥散强化作用。 ② V、Ti、Nb: 起细化晶粒和弥散强化作用。 ③Cu、P可提高耐蚀性，RE可提高韧性、疲劳极限。 Cu、 可提高耐蚀性，RE可提高韧性、疲劳极限。 可提高韧性
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第七章
钢
3、对淬火钢回火转变的影响 ⑴ 提高耐回火性 淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降 的能力称耐回火性。 的能力称耐回火性。 ⑵ 产生二次硬化 含高W Mo、Cr、 钢淬火后回火时, 含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时, 硬度不仅不下降, 硬度不仅不下降, 反而升高的现象称 二次硬化。 二次硬化。 ⑶ 回火时产生第二类回火脆性
加工→调质→精加工→ 加工→调质→精加工→装配
使用状态下的组织为： S回 使用状态下的组织为： 回
②获得最终心 部组织。 部组织。
表面： 表面： M回； 心部： 心部：S回 为提高表面耐磨性，调质后可进 为提高表面耐磨性， 行表面淬火或氮化。 行表面淬火或氮化。
回火索氏体
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铬对奥氏体相区的影响
锰对奥氏体相区的影响
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第七章
钢
2、对E点和S点位置的影响 点和S 所有合金元素均使E点和S点左移， 所有合金元素均使E点和S点左移，即这两点的含碳量下 降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共 使碳含量比较低的钢出现过共析组织（ 4Cr13） 晶组织（ W18Cr4V）。 晶组织（如W18Cr4V）。
南京长江大桥
压力容器
（三）渗碳钢 制造渗碳零件的钢种 1、性能要求： 性能要求： ⑴ 表硬里韧 良好淬透性和渗碳能力。 ⑵ 良好淬透性和渗碳能力。 2、成分特点： 成分特点： 低碳(0.1~0.25%C), 低碳(0.1~0.25%C), Cr、Mn、Ni、 加Cr、Mn、Ni、B等元素 Cr、Mn、Ni、 ① Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性 Cr、Mn、 ② Cr、Mn、Ni ：强化铁素体 Mo、Ti、 ③ W、Mo、Ti、V ：细化晶粒
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第七章
钢
第二节： 第二节：合金元素在钢中的作用 一、合金元素在钢中的存在形式 1、形成合金铁素体 所有合金元素都或多或少地溶于 铁素体，形成合金铁素体。 铁素体，形成合金铁素体。起固溶 强化作用 Si、Mn对强度、硬度提高显著。 Si、Mn对强度、硬度提高显著。 对强度 Cr、Ni在适当范围内提高韧性。 Cr、Ni在适当范围内提高韧性。 在适当范围内提高韧性
渗碳件 渗 碳 回 火 炉
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第七章 钢
3、热处理特点 渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→ 渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加 工→渗碳→淬火+低温回火 渗碳→淬火+ 正火目的为调整硬度，便于切削加工。 正火目的为调整硬度，便于切削加工。 淬火温度: Ac1+30-50℃。 +30-50℃。 淬火温度:
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第七章
钢
三、合金元素对钢热处理的影响 1、对奥氏体化的影响 对奥氏体形成速度的影响： ⑴ 对奥氏体形成速度的影响： 除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过 Ni、Co外 程。 ⑵ 对奥氏体晶粒长大倾向的影 响： 碳、氮化物形成元素阻碍奥 氏体晶粒长大。Mn、 氏体晶粒长大。Mn、P促进长 大。
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第七章
钢
2、对过冷奥氏体转变的影响 曲线和淬透性的影响： Co外 ⑴ 对C曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体的合金 元素均使C曲线右移，淬透性提高。 元素均使C曲线右移，淬透性提高。 常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、 常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。 Mn Ms、 点的影响： ⑵ 对Ms、Mf点的影响： 除Co、 Al外，所有元 Co、 Al外 素都使Ms、 点下降。 素都使Ms、Mf点下降。 Ms
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第七章 钢
2、热处理及组织特点 调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→ 调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗
(表面淬火+低温 表面淬火+ 回火)→ )→装配 回火)→装配 调质目的: 调质目的:获得良好综合力学性能 ①为表面淬火 作组织准备； 作组织准备；
柴油机凸轮轴
柴油机曲轴
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第七章 钢
（四）调质钢 调质后使用的钢种。 调质后使用的钢种。 1、成分特点 中碳(0.3~0.5%C)，合金元素作用为： 中碳(0.3~0.5%C)，合金元素作用为： (0.3~0.5%C) ① 提高淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、B 提高淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、 强化铁素体：Mn、Si、Cr、 ② 强化铁素体：Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒：Ti、 ③ 细化晶粒：Ti、V 防止第二类回火脆性： ④ 防止第二类回火脆性：W、Mo
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第七章 钢
• 3、热处理： 热处理： 热轧空冷后使用 • 4、使用状态下组织： 使用状态下组织： F+P • 5、用途： 用途： Q345钢(16Mn)综合性能好， Q345钢(16Mn)综合性能好， 综合性能好 用于船舶、桥梁、 用于船舶、桥梁、车辆等大型 钢结构。 钢结构。 Q390钢含 钢含V Ti、Nb， Q390钢含V、Ti、Nb，强度 用于中等压力的压力容器。 高，用于中等压力的压力容器。 Q460钢含Mo、 钢含Mo Q460钢含Mo、B，正火组织 强度高， 为B，强度高，用于石化中温高 压容器。 压容器。