第三章 金属材料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.碳钢的分类
•按含碳量分：低碳钢：Ｃ0.25%Байду номын сангаас中碳钢： 0.25% Ｃ 0.6% 高碳钢：Ｃ 0.6%
•按钢的质量分：普通碳素钢 优质碳素钢
高级优质碳素钢
•按用途分：碳素结构钢 碳素工具钢
3.1.2 碳钢的牌号及用途
1．普通碳素结构钢 1)牌号表示方法 (GB/T221-2000)
2)用途 •Q195：铁丝、开口销、冲压件、焊接件等 •Q215A,B：拉杆、垫圈、渗碳零件及焊接件等 •Q235A,B,C,D：金属结构件、螺母、螺栓、连杆及焊接件 •Q255A,B：转轴、心轴、吊钩、拉杆等 •Q275：轴类、齿轮等强度较高的零件
2）对中淬透性合金渗碳钢(合金元素含量≤4%) 如：20CrMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、20MnVB等 渗碳后预冷到870 ℃左右直接淬火＋低温回火。
3）对高淬透性合金渗碳钢(合金元素含量4～6%) 如：12Cr2Ni4A、12Cr2Ni4W等。 渗碳后：A.高温回火＋淬火＋低温回火
3）硫的影响（有害） Fe+FeS的熔点985℃ →热脆 加入Mn→MnS（熔点1620℃ ），高温时塑性好。
4）磷的影响（有害） Fe3P，室温下<100℃，脆性大→冷脆
5） O、N、H的影响（有害） O2↓机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素 N2形成兰脆，可用Al、V、Ti脱氮，可消除兰脆。 H2形成氢脆、白点，有害
第三章 金属材料
3.1 碳 钢
3.1.1碳钢的成分和分类
1.碳钢的成分 除铁、碳两个主要元素之外，还有：
1）锰的影响（有益，含量0.25～0.80%） 脱氧剂，降低FeO→↓脆性， Mn+S→MnS(降低S的有害作用) ↑热加工性能 固溶强化；使性能更优；
2）硅的影响（有益，含量0.10～0.40%） 脱氧→↓脆性 固溶强化
1.低合金高强度结构钢
性能要求：高强度（>300MN/m2）、高韧性、良好的 焊接性能；
成分特点： 1）低碳：C<0.2%， 塑性好，可焊性好； 2）加Mn： 固溶强化,提高强度, 如:16Mn 3）加Nb、V、Ti：细化晶粒、沉淀强化
如:15MnV 热处理特点：在热轧空冷状态下或正火使用；
钢种及牌号：
5）按炼钢炉分类: a.转炉钢 b.平炉钢 c.电炉钢
6）按炼钢末期脱氧程度不同: a.沸腾钢 b.镇静钢
7）按钢的成形方法: a.铸钢 b.锻钢 c.轧材
2合金钢的编号
3.2.2 合金结构钢
碳素结构钢+合金元素（Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti） 用于淬透性、强韧性要求高的零件。
2．优质碳素结构钢 1)牌号表示方法 (GB/T221-2000)
2)用途 •08F 塑性好，冷冲压件 •10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。 •35，45，40，50 齿轮、轴类 •60，65 弹簧
3．碳素工具钢（0.65～1.35C%） 1)牌号表示方法 (GB/T221-2000)
2)用途 •T7,T8强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头 •T9,T10,T11强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、 手锯及冷作模具。 •T12,T13 硬度很高，韧性低，可作锉刀、刮刀、量规。
渗氮目的：在于提高其硬度、耐磨性、热稳 定性和耐蚀性，在渗氮前需经过调质处理。
常 用 的 渗 氮 钢 有 ： 3 8 Cr2MoAlA、40CrV、 30CrNi2WVA、 38Cr2WVAlA 、40Cr等。
4合金调质钢
用途：用于重要零件：齿轮、轴、连杆； 性能要求：具有高的强度、良好的塑性、韧 性，具有良好的综合机械性能。 成分特点: 1）中碳：0.27-0.5%C、以0.4%居多。 2）加入提高淬透性的合金元素：Cr、Mn、Si、 Ni、B等。 40Cr的淬透性>40钢的淬透性； 3）加入Mo、W消除回火脆性； 含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷 时容易产生第2类火 脆。
b.合金工具钢：刃具钢 如： T10A 模具钢 如：5CrNiMo、CrWMn 量具钢 无专用钢
c.特殊性能钢：不锈钢，如： 1Cr18Ni9 耐热钢 ，如：Cr25~Ni20型 耐磨钢 ，如；CrMo钢
2）按合金元素含量分类：
a.低合金钢： <5%Me 如：16Mn、15MnVN
b.中合金钢： 5-10%Me
2合金渗碳钢
用途：用于齿轮、 凸轮轴等上的表层； 性能特点：表面耐磨,心部抗冲击。 成分特点： 1）C为0.1-0.25%、保证心部有足够塑性和韧性； 2）加入Cr<2%,Ni<4%,Mn<2%，使心部强化并提 高韧性； 3）加入强碳化物形成元素V<0.4%、Ti0.1%、 Mo<0.6%、W<1.2%，防止渗碳时晶粒长大。 热处理： 一般为：渗碳后，直接淬火+低温回火； 1）对低淬透性合金渗碳钢（如：20Cr、20Mn2） 渗碳后，正火，再淬火+低温回火；
B.淬火+深冷处理＋低温回火 组织性能： 渗碳层：合金渗碳体+回火马氏体+少量奥氏 体残， HRC60~62； 心部：屈氏体+少量回火马氏体+少量铁素体， HRC25~40，韧性高。
3 渗氮钢
渗氮是用氮渗入钢的表面，提高工件的耐磨性 和耐蚀性。
渗氮工艺：把工件置于氮化炉中，在500～ 600℃的温度下，利用分解出来的氨原子背工件表 面吸收并向内层扩散，形成一定厚度的氮化层。 之后，工件随炉冷却到200 ℃停止供氮，即可出炉 空冷。
4．铸钢（0.20～0.60C%）【ZGσs-σb】
•牌号: ZG200-400；ZG230-450；ZG270-500；ZG310-570；ZG340-640 •用途：形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件。
3.2合金钢
3.2.1概述
1.合金钢的分类 1）按安用途分类：
a.合金结构钢：普通低合金钢 如：16Mn、14MnMoV 合金结构钢 如：15MnVn、40Cr
c.高合金钢 ：>10%Me如：Cr12MoV
3）按金相组织分类
a.按退火组织分：亚共析钢 共析钢 过共析钢 莱氏体钢
b.按空冷组织分：珠光体钢 贝氏体钢 马氏体钢 莱氏体钢 奥氏体钢
4）按质量等级分类： a.普通钢：(P.S<=0.05%) b.优质钢：(P.S<=0.04%) c.高级优质钢：(P<=0.035% S<=0.03%)
•按含碳量分：低碳钢：Ｃ0.25%Байду номын сангаас中碳钢： 0.25% Ｃ 0.6% 高碳钢：Ｃ 0.6%
•按钢的质量分：普通碳素钢 优质碳素钢
高级优质碳素钢
•按用途分：碳素结构钢 碳素工具钢
3.1.2 碳钢的牌号及用途
1．普通碳素结构钢 1)牌号表示方法 (GB/T221-2000)
2)用途 •Q195：铁丝、开口销、冲压件、焊接件等 •Q215A,B：拉杆、垫圈、渗碳零件及焊接件等 •Q235A,B,C,D：金属结构件、螺母、螺栓、连杆及焊接件 •Q255A,B：转轴、心轴、吊钩、拉杆等 •Q275：轴类、齿轮等强度较高的零件
2）对中淬透性合金渗碳钢(合金元素含量≤4%) 如：20CrMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、20MnVB等 渗碳后预冷到870 ℃左右直接淬火＋低温回火。
3）对高淬透性合金渗碳钢(合金元素含量4～6%) 如：12Cr2Ni4A、12Cr2Ni4W等。 渗碳后：A.高温回火＋淬火＋低温回火
3）硫的影响（有害） Fe+FeS的熔点985℃ →热脆 加入Mn→MnS（熔点1620℃ ），高温时塑性好。
4）磷的影响（有害） Fe3P，室温下<100℃，脆性大→冷脆
5） O、N、H的影响（有害） O2↓机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素 N2形成兰脆，可用Al、V、Ti脱氮，可消除兰脆。 H2形成氢脆、白点，有害
第三章 金属材料
3.1 碳 钢
3.1.1碳钢的成分和分类
1.碳钢的成分 除铁、碳两个主要元素之外，还有：
1）锰的影响（有益，含量0.25～0.80%） 脱氧剂，降低FeO→↓脆性， Mn+S→MnS(降低S的有害作用) ↑热加工性能 固溶强化；使性能更优；
2）硅的影响（有益，含量0.10～0.40%） 脱氧→↓脆性 固溶强化
1.低合金高强度结构钢
性能要求：高强度（>300MN/m2）、高韧性、良好的 焊接性能；
成分特点： 1）低碳：C<0.2%， 塑性好，可焊性好； 2）加Mn： 固溶强化,提高强度, 如:16Mn 3）加Nb、V、Ti：细化晶粒、沉淀强化
如:15MnV 热处理特点：在热轧空冷状态下或正火使用；
钢种及牌号：
5）按炼钢炉分类: a.转炉钢 b.平炉钢 c.电炉钢
6）按炼钢末期脱氧程度不同: a.沸腾钢 b.镇静钢
7）按钢的成形方法: a.铸钢 b.锻钢 c.轧材
2合金钢的编号
3.2.2 合金结构钢
碳素结构钢+合金元素（Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti） 用于淬透性、强韧性要求高的零件。
2．优质碳素结构钢 1)牌号表示方法 (GB/T221-2000)
2)用途 •08F 塑性好，冷冲压件 •10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。 •35，45，40，50 齿轮、轴类 •60，65 弹簧
3．碳素工具钢（0.65～1.35C%） 1)牌号表示方法 (GB/T221-2000)
2)用途 •T7,T8强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头 •T9,T10,T11强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、 手锯及冷作模具。 •T12,T13 硬度很高，韧性低，可作锉刀、刮刀、量规。
渗氮目的：在于提高其硬度、耐磨性、热稳 定性和耐蚀性，在渗氮前需经过调质处理。
常 用 的 渗 氮 钢 有 ： 3 8 Cr2MoAlA、40CrV、 30CrNi2WVA、 38Cr2WVAlA 、40Cr等。
4合金调质钢
用途：用于重要零件：齿轮、轴、连杆； 性能要求：具有高的强度、良好的塑性、韧 性，具有良好的综合机械性能。 成分特点: 1）中碳：0.27-0.5%C、以0.4%居多。 2）加入提高淬透性的合金元素：Cr、Mn、Si、 Ni、B等。 40Cr的淬透性>40钢的淬透性； 3）加入Mo、W消除回火脆性； 含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷 时容易产生第2类火 脆。
b.合金工具钢：刃具钢 如： T10A 模具钢 如：5CrNiMo、CrWMn 量具钢 无专用钢
c.特殊性能钢：不锈钢，如： 1Cr18Ni9 耐热钢 ，如：Cr25~Ni20型 耐磨钢 ，如；CrMo钢
2）按合金元素含量分类：
a.低合金钢： <5%Me 如：16Mn、15MnVN
b.中合金钢： 5-10%Me
2合金渗碳钢
用途：用于齿轮、 凸轮轴等上的表层； 性能特点：表面耐磨,心部抗冲击。 成分特点： 1）C为0.1-0.25%、保证心部有足够塑性和韧性； 2）加入Cr<2%,Ni<4%,Mn<2%，使心部强化并提 高韧性； 3）加入强碳化物形成元素V<0.4%、Ti0.1%、 Mo<0.6%、W<1.2%，防止渗碳时晶粒长大。 热处理： 一般为：渗碳后，直接淬火+低温回火； 1）对低淬透性合金渗碳钢（如：20Cr、20Mn2） 渗碳后，正火，再淬火+低温回火；
B.淬火+深冷处理＋低温回火 组织性能： 渗碳层：合金渗碳体+回火马氏体+少量奥氏 体残， HRC60~62； 心部：屈氏体+少量回火马氏体+少量铁素体， HRC25~40，韧性高。
3 渗氮钢
渗氮是用氮渗入钢的表面，提高工件的耐磨性 和耐蚀性。
渗氮工艺：把工件置于氮化炉中，在500～ 600℃的温度下，利用分解出来的氨原子背工件表 面吸收并向内层扩散，形成一定厚度的氮化层。 之后，工件随炉冷却到200 ℃停止供氮，即可出炉 空冷。
4．铸钢（0.20～0.60C%）【ZGσs-σb】
•牌号: ZG200-400；ZG230-450；ZG270-500；ZG310-570；ZG340-640 •用途：形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件。
3.2合金钢
3.2.1概述
1.合金钢的分类 1）按安用途分类：
a.合金结构钢：普通低合金钢 如：16Mn、14MnMoV 合金结构钢 如：15MnVn、40Cr
c.高合金钢 ：>10%Me如：Cr12MoV
3）按金相组织分类
a.按退火组织分：亚共析钢 共析钢 过共析钢 莱氏体钢
b.按空冷组织分：珠光体钢 贝氏体钢 马氏体钢 莱氏体钢 奥氏体钢
4）按质量等级分类： a.普通钢：(P.S<=0.05%) b.优质钢：(P.S<=0.04%) c.高级优质钢：(P<=0.035% S<=0.03%)