常用金属材料及性能

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④加Mo、W、V细化晶粒(重要弹簧)。
•热处理:
淬火+中温回火,回火屈氏体 42~48HRC。
•常用钢种: 65;65Mn;60Si2Mn;50CrV。
表5-8
5.2.4 其它结构钢 ⑴易切削钢:
加S、Pb、Ca、P等(减摩、易断屑等),提高切削加 工性,强度次要。 ⑵铸钢(铸钢件): •特 点:直接铸造成零件的结构钢,用于形状复杂、
能好;用其优良的耐蚀性能。牌号标记LF。
•可时效强化的变形铝合金: 硬铝(LY)、超硬铝(LC)和锻铝(LD)。固溶时效
提高性能。
表5-19
②铸造铝合金:
具有共晶转变的合金,铸造性能良好。
•提高性能方法:变质细化粗铸态组织;时效硬化。
•牌号 :ZAL—或ZL—
(3)铝合金的热处理:
表5-20
•退火:消除应力退火(200~300℃);再结晶退火(350
性能要求较高的场合。重型机械,矿山、工 程机械等。 •成 分:低、中碳。 •热处理:进行正火、退火,重要件进行淬火、回火。
表5-9
5.3 滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢
5.3.1 滚动轴承钢(rolling bearing steel) •用途、性能:
轴承零件;高抗压强度、疲劳强度、高硬度与耐磨性。 •合 金 化: ①高碳(0.95~1.15%),0.4~1.65%Cr,以及特殊要
(成本低廉、易浇注)。 ②组 织:钢基(F、F+P、P等)+G。 ③性 能:G的存在,具有多重性影响。
分析基点:G作为空洞或裂纹看待。 •割裂基体,承载面积↓ →σ b↓↓,δ↓↓,αk↓↓。
G 本身应力集中→铸铁易脆断。 G是裂纹萌生及扩展通道→抗压不抗拉,宜作承压件。 G存在→加工性能好(铸造、切削加工);减震减摩; 较小缺口敏感性。
•常用典型钢种:低淬透性:45、40Cr、40MnB;
中淬透性:35CrMo、30CrMnSi;
表5-7
高淬透性:40CrNiMo、40CrMnMo。
(3)合金弹簧钢
•用途、性能:
承受较大负荷的弹簧;高的σe、σ-1及σs/σb。 •合金化:
①中、高碳(0.45~0.9%);
②加Si→σe↑及(σs/σb)↑; ③加Mn、Si、或Cr→淬透性↑;
①中碳(0.3~0.6%),保证强度、韧性等。 ②Cr、W、Si(抗热疲劳);Mo、W、V(高温强度);
Cr、Mo、W等多元(淬透性)。 •热处理:
淬火、中温回火(高于工作温度),35~50HRC,回 火屈氏体、回火马氏体。 •典型钢种:
45、40Cr(很少用);5CrNiMo、5CrMnMo; 3Cr2W8V;H11(4Cr5MoSiV)、H13(Cr5MoSiV1)。
•应用:一定承载能力的结构件。 •典型牌号:KTH350—10。
图5-9
表5-17
③球墨铸铁(球铁): 直接结晶、球化处理(加稀土镁球化剂)。
•特点:高碳高硅(接近共晶成分)、杂质少;强度和塑 性改善,基体作用加强,性能在铸铁中最好。
•应用:冲击负荷不大时可代钢(如柴油机曲轴)。 •典型牌号:QT450—10。
•热处理: 淬火+低温回火,≥58HRC,细小马氏体+碳化物+少
量残余奥氏体。 •典 型 钢 种:
T8、T10、T12;9Mn2V、9SiCr、GCr15、 Cr12MoV、65Nb、W6Mo5Cr4V2。
2)热作模具钢:中碳合金钢 •用途、性能:
锻模、热挤压模、热弯模等;耐热性、高温强度, 耐热 疲劳,高淬透性。 •合金化:
5.5.1 铝及铝合金 •纯铝:导电导热、抗大气腐蚀;太软。 (1)铝合金及其特点
①比强度高(>>高强钢)。可用于轻结构件,尤其航 空。
②突出理化性能。导电、抗大气腐蚀。
③良好加工性。高塑性、易冷成形;某些合金铸造性 能好,宜作压铸件。
(2)铝合金分类
①变形铝合金:
图5-10
•不可时效强化的铝合金: 防锈铝(F以左),单相固溶体,强度低、压力加工性
表5-2
5.2 结构钢(structural steel)
•用于结构件 ①工程结构:如建筑物珩架、桥梁、车辆等。 ②机器零件:如齿轮、螺栓、轴等。
5.2.1 碳素结构钢(carbon structural steel) •保证力学性能:一般用途;以型材(棒、板、型钢)供
应。 •组 织 状 态:轧后空冷、F+P;不再热处理。设计时
(1)合金渗碳钢 •用途及性能特点: 用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零 件(如换档齿轮等)。经渗碳及淬、回火后,表硬内韧。 •合金化原则: ①低碳(≤0.25%),保证渗碳及热处理后表、里的良好配合
。 ②加提高淬透性元素,Cr、Mn、Ni、B等,保证心部良
好强韧性。 ③加V、Ti、W等,阻止渗碳时晶粒长大。
注意尺寸效应。 •典 型 牌 号:Q235。
表5-3
5.2.1 低合金高强度钢(HSLA)
•添加少量合金元素(Nb、V等)起各种强化作用。 •用于重要工程结构(桥梁、压力容器等),能减轻自 重、降低成本等。 •典型牌号:Q295、Q420等。
表5-4
5.2.2 优质碳素结构钢
• Ws、 Wp ≤0.035 % •性能特点: ①随Wc升高,强度和硬度提高,塑、韧性有所下降。 ②零件制造中若经过热处理,可大幅度提高性能(强度)。
•应用:
表5-5
08~25(15Mn):低碳钢,塑性好,可焊性好,直接冲压
成形或作焊接件。
15~25:低碳钢,可作渗碳用钢。
30~55:中碳钢,经调质处理做较重要的机器零件。
≥60: 中高碳钢,淬火+中高温回火,一般弹簧及较
高强度零件。
5.2.3 合金结构钢(alloy structural steel)
图5-1
(3)钢的牌号
•要 求:会识别、(图纸上)一看就明白。
•基本类型:两类
①主要以力学性能表示:如Q235-A·F(常简写成
Q235,不保证化学成分)。
②主要以化学成分表示:碳与合金元素含量。
例1. 45
Wc=0.45%的优质钢。
例2. 08F
Wc=0.08%的沸腾钢。
例3. 40Cr Wc=0.40%及Wcr=1%。 •记忆方式与技巧介绍。
•热 处 理:A 不锈钢:固溶处理(高温快冷); F 不锈钢:退火处理; M不锈钢:淬火、回火。
•典型钢种:A 不锈钢:1Cr18Ni9Ti; F 不锈钢:1Cr17; M不锈钢:3Cr13,9Cr18。
表5-14上
表5-14下
⑵耐热钢(heat resistant steel) •用途、性能:
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⑶量具钢:高碳(低合金)钢 •用途、性能: 各种量具(卡尺、块规等);高硬度、高耐磨性, 高尺寸稳定性。 •合金化: 高碳(>0.8%);Cr、Mn、Si 等(淬透性);Cr 、W等(耐磨性)。 •热处理: 淬火+(冷处理)+多次回火,使残余奥氏体转变及 稳定尺寸。 •典型钢种: 9SiCr、CrWMn、GCr15 或渗碳钢,硬质合金。
~415℃)。
•固溶时效硬化:~500℃水冷 + 人工时效(≤200℃)或
自然时效(4≥天)。
5.5.2 铜及铜合金 (1)铜和铜合金的特点
①较好的理化性能 导电材料,导热(纯铜,汽车散热器);抗大气、
海水腐蚀(黄铜)。 ②良好的加工性
易冷成形,且铸造铜合金,有良好铸造性能。 ③某些特有性能
优良减摩性和耐磨性(青铜和部分黄铜,滑动轴承 或蜗轮等),高的σe和σ-1(铍青铜,弹性元件)。 ④色泽美观
求的成分。 ②S、P要求严,冶金质量高。 •热 处 理:球化退火(预先热处理)及淬火、低温回
火,60~64HRC。 •典 型 钢 种:GCr15(中小型轴承);
G20Cr2Ni4(大型渗碳轴承); 9Cr18(不锈轴承)。
表5-10
5.3.2 工具钢(tool steel)
⑴刃具钢 •用途、性能:
表5-11
表5-12
较高切削的刀具;高硬度、高耐磨性及高热硬性。
•合金化(高速钢):
①高碳(ωc>0.8%),以形成大量碳化物,保证高硬度、 高耐磨性。
②较多W与Mo(>10%),产生W2C、Mo2C等细小弥散硬化, 保证热硬性。
③4%Cr,淬透性。
④加V,提高硬度、耐磨性。 •热 处 理:预先热处理;1200-1300℃ 高温淬火+3次
•热处理特点:一般渗碳后预冷、直接淬火+低温回火 (≥55HRC)。
•常 用 钢 种:低淬透性15(20)、20Cr; 中淬透性20CrMnMo、20MnTiB; 高淬透性18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4。
表5-6
(2)合金调质钢
•用途及性能特点:
高强度(承受较大负荷)及高韧性(防止断裂事故)的
表5-18
④蠕墨铸铁 : 直接结晶获得(G形态介于片状与球状之间),力学性 能明显优于灰铸铁、劣于球铁,加工性能等优于球铁。 RuT300等。
5.4.2 铸铁的热处理
•石墨化退火:生产可锻铸铁,消除铸件薄壁处白口。 •去应力退火:用于各种铸件。 •正火、淬火回火:主要用于球铁(提高基体强度)。
5.5 有色金属其合金(non-ferrous alloy)
5.3.3 不锈钢和耐热钢
⑴不锈钢(Stainless Steel) •用途、性能:
腐蚀环境中的工作零件;耐蚀性及附加力学性能(强 度、硬度)等。 •合金化: ①加Cr(≥12~13%)提高电极电位、钝化能力,使耐蚀
性↑↑。 ②加足够Ni或Cr ,呈单相奥氏体或单相铁素体状态。 ③加Ti、Nb等与碳形成稳定晶内碳化物,使晶间腐蚀↓。 ④可加Mn、N代Ni→奥氏体不锈钢。
5.1.1 工业用钢分类与牌号
(1) 我国现行钢分类与牌号的特点
•有统一国标,钢号直观、实用,并靠近国际标准。
(2) 钢的分类
•按Wc:低碳钢(≤0.25%);
中碳钢(0.25~0.60%);
高碳钢(≥0.60%)。
•按冶金质量:普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质
钢。
表5-1
•按脱氧程度:沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。 •按用途、成分、性能和热处理特点(最实用)。
高温下工作零件(如锅炉管道);高温强度、抗氧 化性等。 •合金化: ① 低、中碳; ② Cr、Ni、Si、Mo等固溶强化; ③Cr、Si、Al等抗氧化; ④V、W、Mo形成稳定碳化物弥散强化。 •热处理(视用途而定)和典型钢种。
表5-15
5.4 铸铁(cast iron)
• ωc>2.11%,有共晶反应。主要介绍石墨化铸铁。
第5章 常用金属材料及性能
5.1 工业用钢分类与牌号 5.2 结构钢(structural steel) 5.3 滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢 5.4 铸铁(cast iron) 5.5 有色金属及其合金(non-ferrous alloy) 5.6 粉末冶金材料(自学)
退出
5.1 钢的分类与钢中的合金元素(alloy element)
重要零件(如机床主轴)具有良好的综合力学性能。
•合金化原则:
①中碳(0.30~0.5%),保证热处理后足够强度,又不致
太脆。
②加淬透性元素(Cr、Ni、Mn、Si、B),保证大截面
均一的性能。
③细化晶粒元素(V、W、Mo等)。
④加Mo,消除回火脆性。
•热处理:调质即淬火+高温回火(500~650℃) 。
2)各类铸铁的特点
图5-5
图5-6
①灰铸铁 :
图5-7
图5-8
直接结晶获得、成分亚共晶。
•特点:片G应力集中、割裂基体严重;铸造性能最好。
•应用:承压或受力不大的形状复杂件或薄壁件(如箱体
等)。 •典型牌号:HT200。
表5-16
②可锻铸铁:
铁水→白口铁→石墨化退火 →Fe3C分解为团絮状G。 •特点:性能优于灰铸铁(但并不可锻),工艺复杂。
图5-4
5.4.1 铸铁的主要类型及其特点 ⑴碳的形态与铸铁类型 •一定条件下:Fe3C(亚稳态)→ 3Fe+G(稳定态) •碳呈化合态的Fe3CⅠ和共晶莱氏体;极脆,称白口铸铁 (断口白壳),应用很有限。 •碳呈游离态的石墨,(G)具有多种形态,铸造性能优 良,应用广泛。
⑵各类铸铁的特点 1) 共性: ①成 分:高碳、高硅(易形成G)及杂质S、P较宽
560℃回火,回火马氏体+碳化物,62~66HRC。 •典型钢种:W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W18Cr4V。
图5-2
图5-3
表5-13
⑵模具钢 1)冷作模具钢:高碳(合金)钢。
•用途、性能:各种冷冲压、冷成型模具;高硬度高耐 磨性、足够整体强度与韧性。
•合金化:①高碳Wc>0.6~0.7%; ②淬透性元素:主加Cr,另Mn、Si; ③Mo、V细化晶粒;Cr、Mo、W、V提高耐磨性。
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