硬质合金常用牌号及用途介绍

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金属材料导论
-焊接补充讲义
合金的晶体结构
1.组元:组成合金的基本单元。 2.相:合金中凡化学成分均匀,结晶 状态相同有界面严格区分的部分。 3.组织:显微镜下可以区分的结晶规 律相同的部分。
一、固溶体
固溶体:溶质原子溶入溶剂晶格,仍保 持溶剂晶格类型的金属晶体。 固溶体分为: 间隙固溶体、置换固溶体 有限固溶体、无限固溶体 有序固溶体、无序固溶体
从组织组成物看铁碳合金的分类
显微组织中有L’e的是铸铁,无L’e的是 碳素钢。 工业纯铁中主要组织组成物是F和少量 F 的Fe3CIII。 共析钢为100%的P; 亚共析钢为F+P; 过共析钢为P+Fe3CII
工业生铁(白口铁)中: 共晶生铁组织为100%L’e; 亚共晶生铁组织为P+L’e+Fe3CII; 过共晶生铁组织为L’e+Fe3CI
二、从状态图看钢和铁的组织变化
钢的分类
按合金成分分类(碳素钢、合金钢);
按质量分类(普通钢、优质钢、高级优质钢) 按用途分类(结构钢、工具钢、特殊性能钢)
一、碳素钢
1.普通碳素结构钢 (S≤0.055%,P≤0.045)
普通碳素结构钢通常用做一般焊接结构 件。
普通碳素结构钢钢用屈服强度、 质量等级以及冶炼时的脱氧称度 来代表其牌号。 如:
和其它中碳钢相同。 通常碳素结构钢的牌号都由两位数字表 示。
3.碳素工具钢
碳素工具钢 一般工具钢要求硬度高,耐磨性好。 因此一般都是高碳钢(合金工具钢除外 另外,由于含碳量的提高使得材料性能 对钢中杂质敏感性大大增加,故工具钢 都是优质钢或高级优质钢。 碳素工具钢一般用于手动工具,或要求 不高的量具等。 工具钢通常不做焊接件。
显微形貌(P)
平衡状态下为F和Fe3C交替出现的片层 结构。
(5)莱氏体( Ledeburite )
奥氏体和渗碳体的机械混合物(Le)。 平均含碳量:4.3%c; 最低存在温度:727℃; 最高存在温度:1148℃; 力学性能:HB>700; 塑性、韧性接近与零。
显微形貌(Le)
蜂窝状,渗碳体基础上均匀分布着奥氏体颗 粒
共析渗碳体(Cm共析或Fe3C共析)
母相:奥氏体;析出温度:727℃
共晶渗碳体(Cm共晶或Fe3C共晶)
母相:液体;析出温度:1148℃
(4)珠光体(pearlite )
铁素体和渗碳体组成的机械混合物(P)。 平均含碳量0.77%c;最高存在温度727℃ 力学性能:σb=750MPa;HB=180;
奥氏体 片 状 Cm共析 Fe3C共析
液 体 蜂窝状 Cm共晶 Fe3C 共晶
一次渗碳体(CmI或Fe3C)
母相:液体;析出温度:1227~1148℃
二次渗碳体(CmII或Fe3CII )
母相:奥氏体;析出温度1148~727℃
三次渗碳体(CmIII或Fe3CIII)
母相:铁素体;析出温度:≤727℃
牌号特点
中碳钢的牌号表示方法和低碳钢相同。 如:45
45 45 = 100% = 0.45%c 10000
3)高碳结构钢
这部分钢主要是60、65、70钢 它们主要用作弹簧,或承受一定冲击载 荷的结构件,如扁铲等,故又称为“弹 簧钢”。 通常,这类材料不用做焊接件。 必要时可以进行焊补。
牌号特点
1.普低钢
普低钢即普通低合金高强度结构钢的简 称。 它是在普通碳素结构钢的基础上加入少 量的合金元素而形成的。 普低钢虽然仅加入了小于5%Me的合金元 素但其强度却大大高于普通碳素结构钢。 普低钢常用来做焊接结构, 普低钢具有良好的工艺性能。
牌号特点
普低钢的牌号和合金钢相同, 前两位数字代表碳含量,后面 是所含的合金元素的百分数, 合金元素总量≤5%。 普低钢通常以强度级别分类 从300MPa~650Mpa
碳钢的分类
0.77%c的钢为共析钢; 0.0218%c~<0.77%c的钢为亚共析钢; >0.77%c~2.11%c的钢为过共析钢;
工业生铁(白口铁)的分类
含碳量>2..11%c铁碳合金为工业生铁; 4.3%c的合金为共晶铸铁; >2.11%c<4.3%c为亚共晶铸铁; >4.3%c<6.69%c为过共晶铸铁;
Q235-A·F
脱氧程度 质量等级 屈服强度
2.优质碳素结构钢 (S≤0.045%,P≤0.04%)
按碳含量分类: 低碳钢,含碳量>0.0218%c≤0.25%c; 中碳钢,含碳量0.25~0.6%c; 优质碳素结构钢通常用来制造机械零 件。
1)低碳钢
通常用做结构件、焊接件、渗碳件等。 如齿轮、型钢等 特点是:塑性、韧性好、硬度偏低。 切削性能好、锻造性能好、焊接性能好。
(2)主要线的含义 a.ABCD线-液相线; b.AHJECF线-固相线; c.ECF c.ECF线-共晶线; d.GS线-A3线,铁素体析出线; e.SE线-Acm线,二次渗碳体析出线; f.PSK线-A1线,共析线;
(3)两个重要反应
共晶反应:一个固定成分的液相,在一 个恒定的温度下,同时结晶出两个不同 成分的液相的过程。
铁碳合金状态图
铁碳合金状态图:用铁碳合金经由实验 方法做出的温度、成分以及结晶组织之 间关系的简明图解。 实际应用的铁碳合金是由Fe-Fe3C组元 组成的。 制作状态图的两个条件: 1.铁碳合金是二元合金。 2.在接近平衡冷速的条件下测得的。
铁碳合金状态图
铁碳合金状态图中各点、线的意义
(1)各特性点的含义
边界较平直的,明亮的,多边形颗粒。常伴 有退火孪晶存在。
(3)渗碳体(Cementite)
铁和碳形成的稳定的化合物(Fe3C或Cm)。 晶体结构:复杂斜方晶格; 含碳量:6.69%c;最高存在温度:1227℃; 力学性能:硬、脆;HB≈800;δ≈0%
显微组织(Cm或Fe3C)
根据析出温度及母相的不同分为五种形式。
室温莱氏体(L’e)
冷却过程中,当温度低于727℃时,莱 氏体中的奥氏体转变为珠光体,此时莱 氏体变为P+Fe3C共晶组织,称为“”室 温莱氏体或“变态莱氏体”。记为 “L’e”. 成分和莱氏体相同,性能相当,只是温 度低于727℃。 显微组织形貌变为P+Fe3C共晶,故称为 “变态莱氏体或室温莱氏体”。
名 称 析出 温度℃ 母 相 显微 形貌 代表 符号 一次 渗碳体 二次 渗碳体 727 ~1148 奥氏体 网 状 CmII Fe3CII 三次 渗碳体 共析 渗碳体 共晶 渗碳体
1148 ~1227 液 体 板 状 CmI Fe3CI
0~727
727
1148
铁素体 微 量 CmIII Fe3CIII
铁碳合金
以铁为基础元素,加入碳经熔 炼而成的具有金属性质的物质。 主要为碳素钢,和白口铸铁。
铁碳合金的基本组织
(1)铁素体(Ferrite ) 碳溶解在α-Fe中形成的固溶体.(F); 晶体结构:体心立方晶格; 最高存在温度912℃; 溶碳量(727℃)0.0218%c; (600℃ )0.006%c;室温:0.0008%c 力学性能:δ=45~50%;σb250MPa; HB=80;
L4.3% c ⇔(A 2.11% c + Fe3C共晶) 4.3 Le
1148℃
%c
共析反应:一个固定成分的固相,在一 个恒定的温度下,同时析出两个不同成 分的固相的过程。
A0.77% c ⇔ F0.0218%c+Fe3C共析)0.77 ( P
727℃
%c
铁碳合金中根据化学成分分类
钢和铁的分类(按含碳量分类) 含碳量<0.0218%c为工业纯铁; 0.0218~2.11%c为钢; 2.11~6.69%c工业生铁,(白口铁);
二、合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ钢
合金钢 即在碳素钢的基础上,加入合金 元素而形成的新的材料。 所谓合金元素,即为了一定目的而有意加 入的铁、碳以外的其他元素。 根据S、 P含量合金钢也可以分为普低钢、 优质钢和高级优质钢。 根据用途也可以分为结构钢、工具钢等。 根据合金元素的含量也可分为低合金钢 ( Σ Me≤5%)、中合金钢( Σ Me5~10 % )以及高合金钢(Σ Me≥ 10%)。
4.特殊性能钢
此类钢因为使用中有特殊要求故单列一 类。 此类钢的牌号需足个记忆。 如:1Cr18Ni9Ti(不锈钢)、1Cr17、 2Cr13等。 还有其它的专业用钢如:GCr15、 16MnL、20G等。需专门记忆。
3.合金工具钢
工具钢大体可分为三类:刃具钢、量具钢及 模具钢。 刃具钢主要用来做成形刀具。 量具钢主要用来做量具。 模具钢可分为两类,即冷作模具和热锻模具。 其中,刃具钢量具钢和冷作模具钢要求高的 硬度和耐磨性故通常用高碳钢制造。 热锻模具需要一定的韧性、强度故多用中碳 钢制造。
牌号特点
合金工具钢的牌号特点分为两种情况: 含碳量大于1%的钢号中不表示含碳量。 小于1%的用一位数字表示,该数字的 千分之一的百分数代表该钢的含碳量。 合金元素仍以该元素的化学符号表示, 该符号脚号的百分之一仍代表其含量。 特殊情况例外,如高速钢。含碳量为: 0.7~0.8%,但牌号中也不给出含碳量。
2.优质合金结构钢
优质合金结构钢是在优质碳素结构钢的 基础上加入合金元素形成的。 该类钢通常用来做机械零件。 根据用途可分为渗碳钢、氮化钢、弹簧 钢、调质钢等。 含碳量一般≤0.7%c以下。 轴承钢也是结构钢但其含碳量>1%c是 特例。
牌号特点
优质合金结构钢的钢号通常前两位数字 代表含碳量。后面的元素符号代表所加 合金元素的百分数。如: 渗碳钢 18CrNiNb
显微形貌(F)
边界较圆润的明亮的多边形颗粒。
(2)奥氏体(Austenite)
碳溶解在γ-Fe中形成的固溶体(A)。 晶体结构:面心立方晶格; 存在温度:最高1494℃,最低727℃。 溶碳量: 1148℃2.11%c;727℃0.77%c; 力学性能:HB=160~200;塑性很好;
显微形貌(A)
间隙固溶体和置换固溶体
溶质原子带来的晶格畸变
二、金属化合物
组成合金的各组元经化合而成的具有金 属性质的新物质。(Fe3C)
三、机械混合物
组成合金的各组元既不互溶,又不形 成化合物,而是按一定的重量比机械 的混合在一起,组成的组织组成物。 (P、Le、L’e)
合金状态图
表示合金在结晶过程中,温度、 化学成分、结晶组织之间关系的 简明图解。
牌号特点
钢号的万分之一的百分数为该钢的含碳量。 如:20
20 ×100% = 0.20%c 10000
2).中碳钢
中碳钢主要用于结构钢中要求强度较高 的构件,如轴类、铸钢件等。 通常35、45、用于轴类50、55做铸钢件 35 45 50 55 较多,其中45经常在调质后使用因此也 45 称为“调质钢”。 50、55钢也可做手动木工工具。 一般中碳钢的焊接性能较差,焊接时要 注意预热。
含Nb≤1.5%Nb 含Ni≤1.5%Ni 含Cr≤1.5%Cr 含C~0.18%c
牌号特点
优质合金结构钢合金元素符号的脚号代表该 元素的百分比含量,脚号是几代表该元素含 量为百分之几。无脚号代表该元素含量小于 等于1.5%。 如: 60Si2Mn,代表含碳量为0.60%c,含硅 量为2%Si,含锰≤1.5%Mn。(弹簧钢) 注意优质合金结构钢的含碳量通常都以两位 数字表示。
牌号特点
以“T”字代表碳素工具钢,后面的脚号 的千分之一的百分数代表该钢的含碳量。 如:T7 7 T7 = × 100% = 0.70%c 1000 T8除外,它的含碳量为0.77%c,称为 “共析钢”。
高级优质钢
高级优质钢要求S、P含量分别≤0.03%。 高级优质钢一般用制造比较重要的机件, 或在比较苛刻环境条件服役的机件。 高级优质钢可以做结构件也可以做工具。 高级优质钢可以是碳素钢也可以是合金钢。
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