机械工程材料与热加工之工业用钢讲义课件.pptx
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Q390钢含V、Ti、Nb，强度
高，用于中等压力的容器。
Q460钢含Mo、B，正火组织 压力容
器
为B，强度高，用于石化中温 高压容器。
二.碳素渗碳钢及合金渗碳钢
1.对渗碳钢的性能要求: 表硬里韧
2.对渗碳钢的含碳量的要求:
低碳
3.渗碳钢的热处理特点:
渗碳 淬火 + 低温回火(180～200℃)
1.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素 主加合金元素: Mn 1.8 %以内。
辅加合金元素:V、Ti、Nb、B。
一.普通低合金钢
2.牌号: Q 345 C
质量等级 345 MPa 屈服强度
一.普通低合金钢
Q345钢(16Mn)综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大
万吨远洋轮
型钢结构。
南京长江大 桥
一）杂质和气体的影响
1.有益元素
➢ Si — 有很强的固溶强化作用,能脱氧。
➢ Mn — 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。
2.有害元素:
➢ P — 有很强的固溶强化作用,低温 韧性差 ( 冷脆 )。
➢ S — 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 (
热裂 )。
3.气体元素:
➢ N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时
2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响
❖ 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使
钢的 TTT 曲线向右移。
❖ 除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素
都使马氏体转变温度下降。
❖ 提高钢的淬透性, 常用的元素有:
Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。
3.合金元素对回火转变的影响 ➢回火抗力的增加 ➢二次硬化的产生 ➢产生回火脆性
2.缩小奥氏体区的合金元素
Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。
作用:
使A3线温度上升, A4线温度下降。
Cr 元素对奥氏体区的影响
3.改变共晶点和共析点参数的元素
❖几乎所有的合金元素。
❖作用: 使S点和E点的成分向左移。 使A1线的温度变化。
合金元素对 S 点成分的影响
合金元素对A1线的影响
W、Mo、V 等碳化物在550℃时,使钢 达到最高硬度, 产生二次硬化。
Cr-Ni 钢的回火脆性示意图
防止第二类回火脆性的产生的方法:
❖在500～600 ℃快速冷却。 ❖加入合金元素W、Mo。
二.合金元素在钢中的作用
1.主加元素: 对提高钢的性能起主要作 用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。
2.辅加元素: 配合主加元素进一步提高 钢的性能,弥补主加元素的 不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。
四)合金元素对钢的热处理的影响
• 加热时对奥氏体形成的影响 • 对过冷奥氏体转变的影响 • 对回火转变的影响
1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
➢强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。
➢非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。
《工程材料与热加工基础》 第五章 工业用钢 机械工程系
金工教研室
第七章 工业用钢
• 钢的基础知识 • 结构钢 • 工具钢 • 特殊性能钢
第一节 钢的基础知识 一.合金元素对钢的组织和性能的影响
➢ 杂质及合金元素与铁和碳的作用。
➢ 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。 ➢ 合金元素对钢的热处理的影响。
1.溶于基体中形成合金F或合金A
1.溶于基体中形成合金F或合金A
2.与碳作用形成合金碳化物
Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
弱
强
❖ 弱碳化物元素: Fe、Mn。
❖ 中强碳化物元素: Cr、Mo、W。 ❖ 强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。
碳化物形成元素在周期表中都是 位于铁元素的左边的过渡族金属元素, 它们都有一个未填满的d电子亚层,当 形成碳化物时,碳原子首先将其价电子 填入金属原子未填满的d电子亚层,使 形成的碳化物具有金属键结合的性质, 金属原子的d电子亚层愈不满(周期表 中,在铁左边离铁愈远),则其与碳的亲 和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈 稳定,而且不易分解。
碳素工具钢
4.铸造碳钢
ZG 200 - 400
σb ≥ 400MPa
σs≥ 200MPa 铸钢
第二节 合金结构钢 ( Alloy Constructional Steel )
• 普通低合金钢 • 合金渗碳钢 • 合金调质钢 • 弹簧钢 • 滚动轴承钢 • 易切削钢
一.普通低合金钢 ( common low – alloyed steel )
化学成分
碳素渗碳钢
Wc ≤ 0.25 %
百度文库
合金渗碳钢
Wc = 0.15～0.25 %
合金元素:Cr、Mn、 Ni、B、V、W、 Mo、Ti等。
热处理后的组织
表层:M回+Fe3C+A残 心部:F+P
表层:M回+Cm+A残 心部:低碳M回 +F
4.合金渗碳钢的牌号
20 Mn2 Ti A
等级:高级优质
含钛量WTi≤1.5 % 含锰量WMn 2 % 含碳量WC 20 %00
3.单独形成特殊碳化物
➢ 熔点、硬度、耐磨性最高。 ➢ 稳定性最高。
TiC、NbC、VC。
三)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
• 扩大奥氏体区 • 缩小奥氏体区 • 改变共晶点和共析点的参数
1.扩大奥氏体区的合金元素
Mn、Ni、Co等元素。 作用:
使A3线温度下降, A4线温度上升。
Mn 元素对奥氏体区的影响
效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。 ➢ O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。 ➢ H：原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起氢 脆。当氢在缺陷处以 分子态析出时，会产 生很高内压，形成微 裂纹，其内壁为白色， 称白点或发裂。
钢中白点
二)合金元素与铁和碳的作用
1.溶于基体中形成合金 F 或合金 A 。 2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。 3.单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。
三、碳素钢的编号及用途
1.碳素结构钢:
Q 235 — A · F
沸腾钢 A等级 235 MPa
屈服强度
2.优质碳素结构钢
* 45 --- Wc = 45%00
* 较高锰质量分数的优质碳素结构钢
45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%～1.0%
3.碳素工具钢
T 12 A
高级优质 Wc = 12%0
高，用于中等压力的容器。
Q460钢含Mo、B，正火组织 压力容
器
为B，强度高，用于石化中温 高压容器。
二.碳素渗碳钢及合金渗碳钢
1.对渗碳钢的性能要求: 表硬里韧
2.对渗碳钢的含碳量的要求:
低碳
3.渗碳钢的热处理特点:
渗碳 淬火 + 低温回火(180～200℃)
1.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素 主加合金元素: Mn 1.8 %以内。
辅加合金元素:V、Ti、Nb、B。
一.普通低合金钢
2.牌号: Q 345 C
质量等级 345 MPa 屈服强度
一.普通低合金钢
Q345钢(16Mn)综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大
万吨远洋轮
型钢结构。
南京长江大 桥
一）杂质和气体的影响
1.有益元素
➢ Si — 有很强的固溶强化作用,能脱氧。
➢ Mn — 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。
2.有害元素:
➢ P — 有很强的固溶强化作用,低温 韧性差 ( 冷脆 )。
➢ S — 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 (
热裂 )。
3.气体元素:
➢ N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时
2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响
❖ 除 Co 元素外, 所有的合金元素均使
钢的 TTT 曲线向右移。
❖ 除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素
都使马氏体转变温度下降。
❖ 提高钢的淬透性, 常用的元素有:
Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。
3.合金元素对回火转变的影响 ➢回火抗力的增加 ➢二次硬化的产生 ➢产生回火脆性
2.缩小奥氏体区的合金元素
Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。
作用:
使A3线温度上升, A4线温度下降。
Cr 元素对奥氏体区的影响
3.改变共晶点和共析点参数的元素
❖几乎所有的合金元素。
❖作用: 使S点和E点的成分向左移。 使A1线的温度变化。
合金元素对 S 点成分的影响
合金元素对A1线的影响
W、Mo、V 等碳化物在550℃时,使钢 达到最高硬度, 产生二次硬化。
Cr-Ni 钢的回火脆性示意图
防止第二类回火脆性的产生的方法:
❖在500～600 ℃快速冷却。 ❖加入合金元素W、Mo。
二.合金元素在钢中的作用
1.主加元素: 对提高钢的性能起主要作 用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。
2.辅加元素: 配合主加元素进一步提高 钢的性能,弥补主加元素的 不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。
四)合金元素对钢的热处理的影响
• 加热时对奥氏体形成的影响 • 对过冷奥氏体转变的影响 • 对回火转变的影响
1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响
➢除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。
➢强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。
➢非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。
《工程材料与热加工基础》 第五章 工业用钢 机械工程系
金工教研室
第七章 工业用钢
• 钢的基础知识 • 结构钢 • 工具钢 • 特殊性能钢
第一节 钢的基础知识 一.合金元素对钢的组织和性能的影响
➢ 杂质及合金元素与铁和碳的作用。
➢ 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。 ➢ 合金元素对钢的热处理的影响。
1.溶于基体中形成合金F或合金A
1.溶于基体中形成合金F或合金A
2.与碳作用形成合金碳化物
Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr
弱
强
❖ 弱碳化物元素: Fe、Mn。
❖ 中强碳化物元素: Cr、Mo、W。 ❖ 强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。
碳化物形成元素在周期表中都是 位于铁元素的左边的过渡族金属元素, 它们都有一个未填满的d电子亚层,当 形成碳化物时,碳原子首先将其价电子 填入金属原子未填满的d电子亚层,使 形成的碳化物具有金属键结合的性质, 金属原子的d电子亚层愈不满(周期表 中,在铁左边离铁愈远),则其与碳的亲 和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈 稳定,而且不易分解。
碳素工具钢
4.铸造碳钢
ZG 200 - 400
σb ≥ 400MPa
σs≥ 200MPa 铸钢
第二节 合金结构钢 ( Alloy Constructional Steel )
• 普通低合金钢 • 合金渗碳钢 • 合金调质钢 • 弹簧钢 • 滚动轴承钢 • 易切削钢
一.普通低合金钢 ( common low – alloyed steel )
化学成分
碳素渗碳钢
Wc ≤ 0.25 %
百度文库
合金渗碳钢
Wc = 0.15～0.25 %
合金元素:Cr、Mn、 Ni、B、V、W、 Mo、Ti等。
热处理后的组织
表层:M回+Fe3C+A残 心部:F+P
表层:M回+Cm+A残 心部:低碳M回 +F
4.合金渗碳钢的牌号
20 Mn2 Ti A
等级:高级优质
含钛量WTi≤1.5 % 含锰量WMn 2 % 含碳量WC 20 %00
3.单独形成特殊碳化物
➢ 熔点、硬度、耐磨性最高。 ➢ 稳定性最高。
TiC、NbC、VC。
三)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响
• 扩大奥氏体区 • 缩小奥氏体区 • 改变共晶点和共析点的参数
1.扩大奥氏体区的合金元素
Mn、Ni、Co等元素。 作用:
使A3线温度下降, A4线温度上升。
Mn 元素对奥氏体区的影响
效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。 ➢ O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。 ➢ H：原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起氢 脆。当氢在缺陷处以 分子态析出时，会产 生很高内压，形成微 裂纹，其内壁为白色， 称白点或发裂。
钢中白点
二)合金元素与铁和碳的作用
1.溶于基体中形成合金 F 或合金 A 。 2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。 3.单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。
三、碳素钢的编号及用途
1.碳素结构钢:
Q 235 — A · F
沸腾钢 A等级 235 MPa
屈服强度
2.优质碳素结构钢
* 45 --- Wc = 45%00
* 较高锰质量分数的优质碳素结构钢
45Mn --- Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%～1.0%
3.碳素工具钢
T 12 A
高级优质 Wc = 12%0