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1、常用金屬材料,工程,材料及,成型基礎,第,4,章,4.1,工業(yè)用鋼,鋼的分類與編號,鋼中雜質與合金元素,常見工業(yè)用鋼,工業(yè)用鋼,4.1.1,鋼的分類與編號,1、,鋼的分類,按化學成分,合金鋼,碳素鋼,低碳鋼,中碳鋼,高碳鋼,低合金鋼（合金元素總量5%）,中合金鋼（合金元素總量為5%-10%）,高合金鋼（合金元素總量,10%）,（C%,0.25）,（0.25 C% 0.6）,（ C%,0.6）,合金鋼在壓力加工、切削加工、焊接工藝性等方面比碳鋼稍差，且成本較高,按質量分類,普通質量鋼,優(yōu)質鋼,特級優(yōu)質鋼,鋼的質量是以磷、硫的含量來劃分的,按用途分類,特殊性能鋼,工程用鋼,機器用鋼,模具鋼,刃具鋼
2、,量具鋼,不銹鋼,耐熱鋼,結構鋼,工具鋼,按用途分類,特殊性能鋼,工程用鋼,機器用鋼,模具鋼,刃具鋼,量具鋼,不銹鋼,耐熱鋼,結構鋼,工具鋼,常用鋼產(chǎn)品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號（GB/T 221,2000）,名稱,符號,位置,名稱,符號,位置,碳素結構鋼,Q,頭,橋梁用鋼,q,尾,低合金高強度鋼,Q,頭,鍋爐用鋼,g,尾,易切削鋼,Y,頭,焊接氣瓶用鋼,HP,尾,碳素工具鋼,T,頭,車輛車軸用鋼,LZ,頭,(滾珠)軸承鋼,G,頭,機車車軸用鋼,JZ,頭,焊接用鋼,H,頭,沸騰鋼,F,尾,鉚螺鋼,ML,頭,半鎮(zhèn)靜鋼,b,尾,船用鋼,國際符號,鎮(zhèn)靜鋼,Z,尾,汽車大梁用鋼,L,尾,特殊
3、鎮(zhèn)靜鋼,TZ,尾,壓力容器用鋼,R,尾,質量等級,A.B.C.D.E,尾,4）不具備特殊的物理化學性能,碳鋼在工程上的應用有以下幾方面的局限性,1）強度指標偏低,導致機器設備笨重,2）淬透性較低,對大截面零件難獲得高而均勻的力學性能,3）高溫強度低、熱硬性差,高碳刃具鋼只能用于很低的切削速度,碳鋼淬火后的使用溫度不能高于250,碳鋼在抗氧化、耐腐蝕、耐熱、耐磨等方面較差,碳鋼冶煉工藝簡單、易加工、價格低廉，能滿足工業(yè)生產(chǎn)上的一般需求，因此應用廣泛,2、碳鋼,碳鋼的編號,普通,碳素結構鋼,“,Q,”,+屈服點數(shù)值+質量等級、脫氧方法,例：Q235AF、Q235BZ,1）,質量等級從A-Z，硫、磷
4、含量降低，質量提高,2）脫氧方法：F沸騰鋼，B半沸騰鋼，Z鎮(zhèn)靜鋼，TZ特鎮(zhèn)靜鋼,優(yōu)質碳素結構鋼,例：45、50Mn,優(yōu)質碳素結構鋼的牌號以兩個數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示鋼的平均含碳量的萬分之幾。,1）正常含錳量：C%0.25%，含錳0.5-0.8%。,2）較高含錳量：C%在0.15%-0.6%，含錳0.7-1.0%；C%0.6%，含錳0.9-1.2%。,3）低中碳鋼，內部韌性好,碳素,工具鋼,“,T,”,+,平均含碳量,例：T,8,、T10A,A表示高級優(yōu)質鋼,1）應用：手鋸，T10；銼刀，T12,2）高碳鋼。不耐高溫，超過200硬度迅速下降,平均含碳量為0.9%,銼刀,3,.,合金,鋼,低合金
5、高強度結構鋼,“,Q,”,+屈服點數(shù)值+質量等級表示，按順序組成牌號,例：Q,390,A、Q,420E,1）,質量等級從A-Z，硫、磷含量降低，質量提高,合金結構鋼和合金彈簧鋼,兩位數(shù)字+帶有百分含量數(shù)字的合金元素符號組成,例：,30,Cr,Mo,Si、20CrNi,3,高級優(yōu)質鋼在牌號后加字母A：38CrMnSi,A,特級優(yōu)質鋼在牌號后加字母E：30CrMnSi,E,表示平均含碳量的萬分之幾,平均含量小于1.5%時，不標含量,平均含量為2.5%-3.49%時，標3,C%大于1%時,不標明含碳量數(shù)字,例：Cr,12,MoV,平均含碳量為1.6%,平均含碳量為0.85%,高速工具鋼,含鉻量,11
6、.75%,合金工具鋼,例：W6,Mo5,Cr4,V2,高碳鋼，,不標明含碳量數(shù)字,平均含,鎢,量為,6,%,，鉬含量5%，鉻4%，釩2%,銑刀,不銹鋼和耐熱鋼,數(shù)字 + 合金元素符號 + 數(shù)字,平均含碳量的千分之幾,含合金元素的百分之幾,例：11Cr17,、0,Cr,18Ni9,含碳,1,.,1,%，,Cr,含,17,%；,含碳13時，奧氏體區(qū)域消失，在室溫下得到單相鐵素體，稱為鐵素體鋼,3.合金元素對,熱處理工藝,的影響,加熱保溫階段奧氏體化,減慢,形成速度,大多數(shù)合金元素（除鎳、鈷以外）都,減緩,鋼的奧氏體化過程,合金鋼在熱處理時要相應地提高加熱溫度或延長加熱時間，才能保證奧氏體化過程的充
7、分進行,阻礙,晶粒長大,Mn、P,對奧氏體晶粒的長大起著促進作用，因而含錳鋼加熱時應嚴格控制加熱溫度和保溫時間,使得合金鋼多為本質細晶粒鋼,對鋼冷卻時的影響,對C曲線和淬透性的影響,除Co外，凡溶入奧氏體的合金均使C曲線右移,鋼的臨界冷卻速度下降,淬透性提高,淬火冷卻速度降低,減少零件的淬火變形和開裂傾向,對Ms和Mf的影響,除Co、Al外，凡溶入奧氏體的合金都使Ms和Mf下降,鋼在淬火后的殘余奧氏體量增加,對淬火鋼回火轉變過程的影響,提高回火,穩(wěn)定,性,回火,穩(wěn)定,性,淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力,合金元素阻礙馬氏體分解和碳化物聚集長大過程,回火時的硬度降低過程變緩,產(chǎn)生二次硬化,含
8、有高W、Mo、Cr、V等元素的鋼在淬火后回火加熱時，由于析出細小彌散的這些元素碳化物以及回火冷卻時殘余奧氏體轉變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象稱為二次硬化,二次硬化使鋼具有熱硬性，,如：高速,工具鋼,-W，Mo，V，Ti,在高溫下保持高硬度的能力,防止第二類回火脆性,4.1.3常見工業(yè)鋼性能及用途,結 構 鋼,機器用鋼,工程用鋼,碳素結構鋼,低合金高強度結構鋼,優(yōu)質碳素結構鋼,合金結構鋼,使用性能以強韌性為主。,工藝性能以可焊性、淬透性為主。,結 構 鋼,焦炭,鐵礦石,石灰石,高 爐 煉 鐵,煉 鋼 生 鐵,煉 鋼,鑄 鋼 錠,鑄造生鐵,鑄造,軋制,各種型材,鍛件,鍛造,鑄鋼,
9、冷沖壓,熱處理,切削,加工,機 械 產(chǎn) 品,鍛造,冶煉廠,機械廠,鋼鐵生產(chǎn)加工過程概略圖,一、碳素結構鋼,Q,-,1.牌 號,質量等級A、B、C、D；脫氧方式F表示沸騰鋼；b表示半鎮(zhèn)靜鋼；Z表示鎮(zhèn)靜鋼；TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼,例：Q 235-A.F,屈服強度,屈服強度值,質量等級和脫氧方式,2,.用 途,鋼結構件、焊接和扳金機械結構件,3、熱處理：,不進行專門熱處理，熱軋空冷態(tài)下使用。,4、使用狀態(tài)下組織：,F+P,螺紋鋼,圓鋼,熱軋鋼板,黃河小浪底樞紐工程,二,、低合金高強度結構鋼,1.性能特點,1）強度高于碳素結構鋼，可降低結構自重、節(jié)約鋼材；,2）具有足夠的塑性、韌性及良好的焊接性能；,3）
10、具有良好的耐蝕性和低的冷脆轉變溫度。,在碳素結構鋼的基礎上，加入少量的合金元素發(fā)展起來的,2.成份特點,1）低碳：含碳量0.2%,2）低和金：主加元素為錳,對鐵素體具有明顯的固溶強化作用,降低鋼的冷脆轉變溫度，增加組織中的珠光體，提高強度,3、熱處理：,大多數(shù)熱軋空冷后使用。,5,.典型鋼種及用途,廣泛用于石油化工設備、船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構中,Q345是應用最廣、用量最大的低合金高強度結構鋼,Q,-,4,.牌 號,屈服強度,屈服強度值275MPa,質量等級和脫氧方式,三,、優(yōu)質碳素結構鋼,1.牌 號,滲碳鋼，滲碳+淬火+低溫回火，外強內韌,調質鋼，調質處理，優(yōu)良的綜合力學性能,彈簧鋼，
11、淬火+中溫回火，具有高的彈性極限,冷沖壓鋼，冷沖壓件，塑性和韌性高,含碳量的萬分之幾,2.用 途,冷沖壓鋼，冷沖壓件、儀器外殼等,滲碳鋼：耐磨并承受沖擊的齒輪、銷軸,08F,10-25,35-55,60-70,08F,10-25,同時保證化學成分和力學性能,含碳量0.08%,汽車和拖拉機的曲軸和連桿、機床主軸、齒輪和其他受力不大的軸類零件，,45應用最廣,尺寸較小的（小于12-15mm)彈簧和鋼絲繩,60-70,35-55,四、滲碳鋼,1.成分,含碳量,0.10-0.25,的合金鋼，主要加入能提高淬透性的Mn、Cr、Ni等元素,2.性能特點,表硬里韌、耐磨性及抗疲勞性好,，淬透性,預先熱處理（
12、正火）,滲碳,磨削,下料,鍛造,機加工,淬火+低溫回火,3.滲碳件一般的工藝路線,4.用 途,應用很廣，主要用于,承受交變載荷；表面高硬度耐磨、心部韌性較高的零件,，如變速齒輪、內燃機凸輪軸等各種表面耐磨件,滲碳件傳動齒輪,滲碳件,高精密獨立導柱,活塞銷(20Cr),柴油機凸輪軸,低淬透性滲碳鋼,15Cr、20Cr等，心部強度低，,受力小的耐磨件,5.常用的滲碳鋼,增壓柴油機曲軸,汽車變速箱齒輪,中淬透性滲碳鋼,20CrMnTi、20CrMn等，心部強度較高，用于,中等,載荷,耐磨件，如汽車、拖拉機的變速齒輪等；,高淬透性滲碳鋼,18Cr2Ni4WA。用,于,重載荷,和強烈磨損的重要零件，如飛
13、機、坦克中的曲軸及重要齒輪等,五、調質鋼,調質件一般的工藝路線,在調質處理后使用的鋼種，主要用于制造受力復雜的汽車、拖拉機、機床及其他各種重要零件,齒輪、連桿、螺栓、軸類件,性能要求,良好的綜合力學性能,良好的淬透性,成分特點,中碳：含碳量為0.25%-0.50%,主加合金元素為Mn、Si、Cr、Ni、,Mo,提高淬透性，強化鐵素體基體,精機加工,下料,鍛造,退火,粗機加工,調質,典型鋼種,低淬透性調質鋼,45、40Cr,用于制造,尺寸較小,的齒輪、軸、螺栓等,中淬透性調質鋼,40CrNi,用于制造,截面較大,的零件，如曲軸、齒輪等,高淬透性調質鋼,40CrNiMo,用于制造,大截面、重載荷,
14、的零件，如汽輪機主軸、葉輪、航空發(fā)動機等,柴油機凸輪軸,合金結構鋼曲軸,單缸汽車曲軸,六、彈簧鋼,1.成分,3.組 織,含碳量在0.400.70的合金鋼。主要加入元素是硅和錳，提高淬透性和屈強比,2.熱處理,淬火+中溫回火,回火屈氏體,4.熱處理特點,冷成形彈簧,對于鋼絲直徑小于10mm的彈簧，通過冷拔(或冷拉)、冷卷成型,冷卷后的彈簧不必進行淬火處理，只需進行一次消除內應力和穩(wěn)定尺寸的定型處理，即加熱到250300，保溫一段時間，從爐內取出空冷即可使用,據(jù)尺寸和加工方法不同，分為熱成形和冷成形彈簧兩種,熱成形彈簧,5,.,典型鋼種,Si、Mn彈簧鋼,代表性鋼種65Mn、60SiMn，主要用于
15、制造較大截面的彈簧，如汽車、拖拉機的板簧、螺旋彈簧等,Cr、V彈簧鋼,代表性鋼種50CrV，主要用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧，如閥門彈簧、高速柴油機的氣門彈簧等,直徑大于10-15mm,在高于淬火溫度熱卷成形,淬火+中溫回火(350,500),回火屈氏體,HRC4045,高的屈服強度的條件下具有足夠的韌性指標,七、滾動軸承鋼,1.用 途,主要用來制造滾動軸承的內外圈，滾動體等,2.牌號,GCr,-,Cr的千分之幾,除Cr外其它合金元素的元素符號,3.化學成分,含碳量0.95-1.10%，含鉻量0.4-1.65%,4.熱處理及組織,預先熱處理,球化退火,最終熱處理,淬火+低溫回火,提高淬透性和回火穩(wěn)定性,5.使用狀態(tài)下組織,回火馬氏體細小碳化物殘余奧氏體,6.典型鋼種,應用最廣的GCr15鋼，大量用于制造中大型軸承，還可用于制造冷沖模、量具、絲錐等,八、耐磨鋼,1.用途,2.化學成分,3.熱處理及組織,指在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化作用的高錳鋼,用于既承受嚴重磨損又承受強烈沖擊的零件,高的耐磨性和韌性,高碳：含碳量為0.75%-1.45%,高錳：含錳量為11%-14%,保證高的耐磨性,保證形成單相奧氏體組織，獲得良好的韌性,由于加工困難，鑄造后直接使用,4.典型鋼種,應用最廣的GCr4，GCr15，GCr15SiMn鋼,
4常用金屬材料1
