常用材料用选用.ppt

第3章 常用材料及选用,学习内容 本章将重点介绍碳钢的分类、牌号、性能和用途；合金元素在钢中的作用；低合金高强度结构钢和合金结构钢，以及合金弹簧钢、滚动轴承钢、合金工具钢的性能和用途。并将简要介绍常用铸铁、有色金属及合金、非金属材料的性能和用途。,1各种材料的性能。 2碳钢的分类、牌号和用途，以及根据加工条件和成品的要求确定毛坯的材料。,重点与难点,第3章 常用材料及选用,（1）常用材料的分类,提要：,（2）常用材料的牌号、性能、用途,（3）材料选用的原则,工程材料,是指各种工程上(如机械、车辆、化工、能源、仪器仪表、航空航天等)使用的各种材料,金属材料,非金属材料,工程材料（按其属性分）,钢铁,有色金属及其合金,高分子材料,陶瓷材料,复合材料,工程塑料,合成纤维,合成橡胶,胶粘剂,涂料,陶瓷,玻璃,非金属基复合材料,金属基复合材料,4.1 碳钢,碳钢又称碳素钢，指含碳量小于2.11%，并含有少量冶炼过程中残存下来的硅、锰、磷、硫等杂质元素所组成的铁碳合金。实际使用的碳钢含碳量1.4%,一、碳钢的分类、牌号、性能和用途,1） 按含碳量分,碳钢,低碳钢,中碳钢,高碳钢,c0.25%,c0.6%,0.25% c0.6%,1. 碳钢的分类,碳钢中残存下来的硅、锰、磷、硫等杂质元素，硅和锰有一定的强化作用，是有益元素；磷和硫的存在将会造成钢材的塑性、韧性急剧下降，性能变脆（硫造成“热脆”性，而磷硫造成“冷脆”性），是有害元素。因此根据钢中有害杂质磷和硫的多少来分：,） 按质量分,碳钢,普通碳素钢,优质碳素钢,高级优质碳素钢,s0.050% p0.045%,s0.035% p0.035%,s0.020% p0.030%,3） 按用途分,碳钢,碳素结构钢,碳素工具钢,普通碳素结构钢,0.7% Mn1.2%,0.15% c0.60%,优质碳素结构钢,铸造碳钢,普通含锰量的优质碳素结构钢,含锰量较高的优质碳素结构钢,0.65% c1.35%,2.碳钢的牌号、性能和用途,1）普通碳素结构钢,普通碳素结构钢的牌号以“Q+数字+字母+字母”表示。其中，“Q”字是钢材的屈服强度“屈”字的汉语拼音字首，紧跟后面的数字是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例如：Q235A·F即表示屈服强度值为235MPa的A级沸腾钢。 牌号中规定了A、B、C、D四种质量等级，其中A级钢含硫、磷量最高，D级钢含硫、磷量最低，即A、B、C、D表示钢材质量依次提高 。 按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加“F”，半镇静钢在钢号后加 “b”， 镇静钢则不加任何字母。,普通碳素结构钢的牌号、化学成分、性能,2.碳钢的牌号、性能和用途,普通碳素结构钢多属低碳成分的钢，具有良好的塑性、焊接性及可锻性，常用来制造具有良好塑性的焊接结构件、压力加工件。,Q195、Q215、塑性好、焊接性好，但强度 低，一般用来轧制成钢板或各种型材，主要用于工程结构和受力较小的机械零件。如钢丝、钢管、钢钉等；,Q235良好的塑性、焊接性及可锻性，强度适中，常用来制造拉杆、螺栓、螺母、角钢、槽钢等；,Q255、Q275强度较高，常用来制造受力中等的零件。,2）优质碳素结构钢,普通含锰量的优质碳素结构钢的牌号以“两位数字”表示。两位数字表示平均含碳量的万分之几，沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出。如45表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢 。,含锰量较高的优质碳素结构钢以“两位数字Mn表示。如65Mn表示平均含碳量为0.65%含锰量较高的优质碳素结构钢 。,优质碳素结构钢的牌号、化学成分、性能,优质碳素结构钢中硫、磷的含量较低，质量较好，性能稳定，并可通过热处理进行强化，常用来制造比较重要的零件。,08、10、15、20钢属于低碳钢，塑性好，具有良好的冷冲压性能和焊接性能，但强度 低，一般用来轧制成薄板、冷冲压件，主要用于工程结构（焊接容器）和受力较小的机械零件（如螺钉、螺母、开口销等）。20钢经渗碳处理后，可用作承受冲击载荷的零件（如齿轮、凸轮等）；,3055钢属于中碳钢，经调质处理后具有良好的综合力学性能（既具有较高的强度、硬度，又具有良好的塑性、韧性），主要用来作齿轮、连杆、轴等机械零件，是优质碳素结构钢中应用最广的一种，其中40、45钢用得最多；,6085钢属于高碳钢，经淬火及中温回火处理后，具有高强度、良好的弹性和一定的韧性，常用来制造截面尺寸较小的弹性零件和易磨损的零件，如弹簧、弹性垫圈等用65Mn制作。,冷冲模的导柱和导套,材料：20,处理：渗碳层的深度0.81.2mm，硬度5862HRC,40、45钢,优质碳素结构钢,根据热处理和用途的不同优质碳素结构钢又可分为：,优质碳素结构钢,渗碳钢（属于低碳钢，常用15、20）,调质钢（属于中碳钢，常用35、40、45）,弹簧钢（属于高碳钢，常用60、65、65Mn）,渗碳+淬火+低温回火后，获得“表硬里韧”的性能,调质后，获得良好的综合力学性能,调质后淬火+低温回火，也可获得“表硬里韧”的性能,淬火+中温回火后，以获得高的弹性极限,3）碳素工具钢,碳素工具钢的含碳量在0.65%-1.35%之间，钢号用平均碳含量的千分数的数字表示，数字之前冠以“T”（“碳”的汉语拼音字头）。 例如，T9表示碳含量为0.9%（即千分之九）的碳素工具钢。 碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级优质钢，则在钢号后面标注“A”字。例如，T12A表示碳含量为1.2%的高级优质碳素工具钢。,碳素工具钢的牌号、化学成分、性能,碳素工具钢其0.65% c1.35%，全属于优质或高级优质的高碳钢。,经淬火及低温回火处理后，具有高强度、高硬度 及高耐磨性，常用来制造各种工具（刃具、量具、模具）。,T7、T8常用来制造如木工工具、榔头等能承受冲击、硬度适中，并具有良好韧性的工具。,T10、T11常用来制造如冷冲模、手锯条、丝锥等不承受剧烈冲击、高硬度、高耐磨的工具。,T12、T13常用来制造如拉丝模、锉刀、丝锥、刮刀、剃刀等不受冲击、要求更高硬度、更高耐磨的工具。,注塑机的浇口套,T8A，热处理硬度57HRC,铸造碳钢其0.15% c0.65%，用于形状复杂、很难用压力加工成形，而铸铁难以满足性能要求的零件。,4）铸造碳钢,如ZG230-450有一定的强度和较好的塑性、韧性和焊接性能，常用来制造外壳、轴承盖、底板等受力不大、要求韧性较好的零件。,如ZG310-570强度和切削性较好，塑性、韧性较低，常用来制造大齿轮、缸体、制动轮等载荷较大的零件。,3.2 合金钢,合金钢是在碳钢的基础上有目的地加入一定量合金元素而形成的钢。常加入合金元素的有硅、锰、铬、镍、铝、硼、钨、钼、钒、钛和稀土元素,1）合金元素的加入可以提高强度,3.2.1 合金元素的作用,合金元素与钢的基本组元(铁和碳)及合金元素间的相互作用，使钢的组织和性能发生变化，合金元素的作用是十分复杂的。,3）合金元素（钴除外）的加入可以提高淬透性和回火稳定性,4）合金元素的加入使钢的铸造、锻造、焊接、切削加工性能都不同程度的下降,2）合金元素的加入可以改变室温组织,3.2.2合金钢的分类、牌号、性能和用途,1） 按合金元素含量分,合金钢,低合金钢,中合金钢,高合金钢,合金元素总含量5%,1. 合金钢的分类,合金元素总含量5%10%,合金元素总含量10%,） 按用途分,合金钢,合金结构钢,合金工具钢,低合金结构钢,特殊性能钢,合金渗碳钢,合金调质钢,合金弹簧钢,滚动轴承钢（用来制造滚动轴承的专用合金结构钢）,合金工具钢,低合金工具钢,高速钢,合金模具钢,冷作模具钢,热作模具钢,合金量具钢,不锈钢,耐热钢,耐磨钢,2.常用合金的牌号、性能和用途,1）低合金结构钢,2）合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢,3）滚动轴承钢,4）合金工具钢,5）特殊性能钢,1）低合金高强度结构钢,合金结构钢牌号的含义与普通碳素结构钢相同。,2.常用合金的牌号、性能和用途,低合金结构钢的力学性能、用途,返回,2）合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢,此类钢的牌号用“数字+合金元素符号+数字”来表示,在表明平均含碳量数字之后，用元素的化学符号表明钢中主要合金元素，含量由其后面的数字标明，平均含量少于1.5%时不标数，平均含量为1.5%2.49%、2.5%3.49%时，相应地标以2、3。有多个合金元素时按含量由高到低顺序排列,合金渗碳钢（常用20Cr、 20CrMnTi）,合金调质钢（常用40Cr、40MnB）,合金弹簧钢（常用50Cr VA、60Si2Mn）,渗碳+淬火+低温回火后，获得“表硬里韧”的性能,调质后，获得良好的综合力学性能,调质后淬火+低温回火，也可获得“表硬里韧”的性能,淬火+中温回火后，以获得高的弹性极限,返回,常用合金渗碳钢的牌号、热处理、力学性能及用途,常用合金调质钢的牌号、热处埋、力学性能及用途,常用合金弹簧钢的牌号、热处理、力学性能及用途,3）滚动轴承钢,滚动轴承钢是用来制造滚动轴承的滚动体（滚针、滚柱、滚珠），内、外套圈的专用钢。,轴承钢属于专用钢，为了表示其用途，在牌号前加以“G”（“滚”字的汉语拼音首字母），铬含量以其质量分数的千倍来表示，碳的含量不标出，其他合金元素的表示方法与合金结构钢相同。例如GCr15SiMn钢，表示Cr平均含量为1.5，Si和Mn都小于1.5的滚动轴承钢。,常用滚动轴承钢的牌号、热处理及用途,中小型滚动轴承常用GCr15、 大型滚动轴承常用GCr15SiMn,返回,4）合金工具钢,合金工具钢按主要用途分为刃具钢、模具钢和量具钢三大类。但是，各类钢的实际使用界限并非绝对，可以交叉使用。如某些低合金刃具钢也可用于制造冷冲模或量具。,合金工具钢牌号的表示方法与合金结构钢相似，区别仅在于碳含量的表示方法不同。当平均碳的质量分数1时，牌号前面用一位数字表示平均碳的质量分数的千倍；当平均碳的质量分数1时，牌号中不标碳含量。如9SiCr钢，表示平均碳的质量分数为0·9，合金元素Si、Cr的平均质量分数都小于1.5的合金工具钢。,合金刃具钢,合金刃具钢主要用来制造刀具，分为低合金刃具钢和高速钢两类。,常用低合金刃具钢的牌号、热处理及用途,常用高速钢的牌号、热处理及用途,合金模具钢,根据工作条件的不同，模具钢可分为冷作模具钢和热作模具钢,冷作模具钢用于制造使金属在冷态下产生变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。对于小型冷作模具，可用碳素工具钢和低合金刃具钢制造，如T10A、9SiCr、CrWMn、9Mn2V等。其热处理一般也是球化退火、淬火和低温回火。Cr12型钢常用来制造大型模具，是最常用的冷作模具钢，牌号有Cr12和Cr12MoV等。,落料凹模,采用什么热处理工艺？,材料：CrWMn,热处理硬度：6063HRC,热作模具钢用于制造在受热状态下对金属进行变形加工的模具，如热锻模、压铸模等。,常用热作模具钢的牌号、热处理及用途,合金量具钢,量具是机械工程中用于测量加工零件的工具，如千分尺、卡规等。由于量具在使用过程中经常与被测零件接触，易受到磨损和碰撞，因此要求量具有高硬度（6265HRC）、高耐磨性。另外，量具本身必须具备很高的尺寸精确性和恒定性，因而还要求量具有很高的尺寸稳定性和良好的磨削加工性能。 低合金工具钢（如9SiCr、CrWMn、GCr15等）常用于制造高精度或形状复杂的精密量具，如塞规、块规等。,5）特殊性能钢,特殊性能钢是一种含有较多合金元素，具有特殊物理、化学性能的钢。特殊性能钢正在迅速发展，种类很多，在机制制造业中常用的是不锈钢、耐热钢、耐磨钢。,特殊性能钢的牌号表示方法与合金工具钢的牌号表示方法基本相同，只是当其平均碳含量小于0.03和小于0·08时，则在牌号前分别冠以“00”及“0”。如0Cr19Ni9表示平均碳含量小于0·08、Cr平均含量为19、Ni平均含量为9的不锈钢。,不锈钢是指能抵抗大气腐蚀或酸、碱介质腐蚀的合金钢。,不锈钢按其组织状态分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢等几大类。其牌号表示法与低合金工具钢相同。,1. 铁素体不锈钢,铁素体不锈钢按铬的含量分为三种类型：Cr13型，如0Cr13Al，00Cr12，常作耐热钢用(如汽车排气阀等）；Cr17型，如1Cr17, lCr17Mo等，可耐大气、稀硝酸等介质的，腐蚀；Cr27 30型，如00Cr27Mo，00Cr30M02，是耐强腐蚀介质的耐酸钢。,2. 马氏体不锈钢,马氏体不锈钢的牌号中：1Cr13，2Cr13等含碳量较低，可用来制造力学性能较高、又要有一定耐蚀性的零件，如汽轮机叶片及医疗器械等；3Cr13，4Cr13等含碳量较高，强度、硬度较高，用于制造医用手术工具、量具及不锈钢轴承和弹簧等。,3. 奥氏体不锈钢,奥氏体不锈钢中含铬量为17%19%，含镍量为8%11%，属于镍铬不锈钢。由于其含镍量高，扩大了奥氏体区域，在室温下能得到稳定的单相奥氏体组织，因而有更好的耐蚀性和高温抗氧化性。最典型的奥氏体不锈钢有OCr18Ni9，lCr18Ni9等。其供货状态多为固溶处理态。,奥氏体不锈钢主要用于制作耐蚀性要求很高及冷变形成形需焊接的工件，如化工设备及管道等；也用于仪表、发电等工业制作无磁性的耐蚀零件。需注意的是，这类钢不能通过热处理强化，但可通过冷变形加工提高其强度和硬度。,想一想,现有下列钢号： A Q235 B W18Cr4V C5CrNiMo D60Si2Mn E ZG270500 FQ345 G lCr13 H20CrMnTi I9SiCr J lCr18Ni9 K T12 L40Cr M GCr15 N Cr12MoV 请按用途选择钢号： （l）制造机床齿轮应选用（ ）；（2）制造汽车板弹簧应选用（ ）；（3）制造滚动轴承应选用（ ）；（4）制造高速车刀应选用（ ）；（5）制造桥梁应选用（ ）；（6）制造大尺寸冷作模具应选用（ ）；（7）制造耐酸容器应选用（ ）；（8）制造锉刀应选用（ ）。,L,D,M,B,A或F,N,K或I,G或J,二、铸铁,铸铁是c2.11%的铁碳合金,并且还含有较多的硅、锰、硫、磷等 元素。,有时为了进一步提高铸铁的力学性能或特殊性能，还可以加入 铬、钼、钒、铜、铝等合金元素，或进一步提高硅、锰、磷等元素的 质量分数，成为合金铸铁。,常用铸铁的成分大致是：碳 (2.5%4%),硅 (1.0%3.0%),锰(0.5%1.4%)。由于其接近共晶成分，熔点低、流动性好，因而具有优良的铸造性能。此外它还良好的减磨性、消振性和切削加工性等。再加上其生产工艺及设备简单，价格低廉，因此工业生产中最重要的工程材料之一。,铸铁,灰铸铁,球墨铸铁,蠕墨铸铁,可锻铸铁,若按重量百分比计算，在农业机械中，铸铁件约占40%60%；在汽车、拖拉机中，约占50%70%；在机床和重型机械中，约占60%90%。,