黑色金属材料PPT课件.ppt

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1、第二章 金属材料l黑色金属材料l有色金属材料l新型金属材料合金基本结构与性能l混合物合金（混合物合金（mixturealloy）细微晶粒相互间混合细微晶粒相互间混合具有低共熔点具有低共熔点l固溶体合金（固溶体合金（solidsolutionalloy）l金属间化合物合金（金属间化合物合金（intermetalliccompoundalloy）2铁系合金的组织结构l铁的同素异晶体-Fe：体心立方-Fe：面心立方-Fe：体心立方34 l奥氏体（Austenite，符号A表示）碳溶解在-Fe中的间隙固溶体仍保持-Fe的面心立方晶格，晶界比较直，呈规则多边形727时溶碳为c 0.77，1148时可溶碳

2、2.11具有较高塑性5 l马氏体（Martensite，符号M表示）碳在-Fe中的过饱和固溶体马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT），中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织普遍具有较高强度和硬度6高碳马氏体低碳马氏体7奥氏体和马氏体奥氏体和马氏体奥氏体和马氏体奥氏体和马氏体奥氏体和马氏体的结构奥氏体和马氏体的结构 l铁素体（Ferrite，符号F表示）碳溶解于-Fe的体心立方晶格中形成的间隙固溶体碳原子含量很少(仅0.02%)强度和硬度低，塑性和韧性好。8 l渗碳体（cementite，符号C表示）碳与铁形成的一种化合物Fe3C，一般含碳6.67复杂的正交晶格熔点1227。极高硬度（BHN6

3、00以上）的脆性化合物，塑性、韧性几乎为零。9 l珠光体（pearlite，符号P表示）奥氏体冷却时，在727发生共析转变的产物碳质量分数平均为Wc=0.77%显微组织为由铁素体片与渗碳体片交替排列的片状组织10 Fe-Fe3Cphasediagram1112相图分析13主要点 lABCD线线液相线液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。lAHJECF线线固相线液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化lGS线线A3线A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AlES线线AC线C在A中溶解度曲线lECF线线共晶线含C量2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C混合物（莱氏体）。l

4、PSK线线共析线含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体14主要线6.1.4 金属材料热处理分分类类特特点点常常用用方方法法整体热处理整体热处理是对工件整体进行穿透加热退火、正火、淬火+回火、调质等表面热处理表面热处理是仅对工件的表面进行的热处理工艺表面淬火和回火（如感应加热淬火）、气相沉积等化学热处理化学热处理是改变工件表层的化学成分、组织和性能渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗、渗金属、多元共渗等15Chapter6 Metallic Materials黑色金属材料l工业用钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。l碳素钢碳素钢是指

5、含碳量不大是指含碳量不大于于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。l合金钢合金钢是指为了改善钢是指为了改善钢的某些性能而加入一定的某些性能而加入一定量的某种或几种合金元量的某种或几种合金元素所获得的铁基合金。素所获得的铁基合金。第一节第一节 钢的分类及编号钢的分类及编号一、钢一、钢的的分类分类1、按化学成分分、按化学成分分中碳钢中碳钢0.250.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C低合金钢低合金钢合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢合金元素总量合金元素总量510%高合金钢高合金钢合金元素总量合金元素总量 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢钢钢 类类碳碳 素素 钢钢合合 金

6、金 钢钢PSPS普通质量钢普通质量钢0.0450.050.0450.045优优 质质 钢钢0.0350.0350.0350.035高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0250.025特级优质钢特级优质钢0.0250.0200.0250.015l2、按品质分、按品质分l钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。l分为分为普通钢普通钢、优质钢优质钢、高级优质钢高级优质钢和和特级优质钢特级优质钢.l根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：3 3、按冶炼方法、按冶炼方法、按冶炼方法、按冶炼方法分分分分转炉炼钢转炉炼钢平炉

7、炼钢平炉炼钢平炉钢平炉钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢 按按 炉炉 别别 分分沸腾钢：沸腾钢：脱氧不充分，浇注时脱氧不充分，浇注时C C与与O O反应发反应发镇静钢：镇静钢：脱氧充分，组织致密，成材率低。脱氧充分，组织致密，成材率低。半镇静钢：半镇静钢：介于前两者之间。介于前两者之间。生生沸腾。这种钢成材率高，但不致密。沸腾。这种钢成材率高，但不致密。按脱氧程度分按脱氧程度分4 4、按金相组织分、按金相组织分、按金相组织分、按金相组织分珠光体钢珠光体钢贝氏体钢贝氏体钢马氏体钢马氏体钢铁素体钢铁素体钢奥氏体钢奥氏体钢莱氏体钢莱氏体钢 按正火组织分按正火组织分亚共析钢亚共析钢共共 析析 钢过共析钢过共析

8、钢钢 按退火组织分按退火组织分电弧炉炼钢电弧炉炼钢5 5、按用途分、按用途分、按用途分、按用途分 专用专用钢钢 造船、桥梁、锅炉、压力容器、建筑造船、桥梁、锅炉、压力容器、建筑碳素结构钢碳素结构钢调调 质质 钢钢表面硬化钢表面硬化钢易切削结构钢易切削结构钢弹弹 簧簧 钢钢轴轴 承承 钢钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢量具钢量具钢模具钢模具钢工工 具具 钢钢不锈耐酸钢不锈耐酸钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢低温钢低温钢电工用钢电工用钢特特 殊殊 性能性能 钢钢挤压模具挤压模具齿齿齿齿轮轮轮轮刀刀刀刀具具具具l二、钢的编号二、钢的编号l我国钢材的编号是采用我国钢材的编号是采用汉汉语拼音字母语拼音字母、化学

9、元素符化学元素符号号和和阿拉伯数字阿拉伯数字相结合的相结合的方法。方法。l采用汉语拼音字母表示钢采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母语拼音中选取第一个字母.常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号表示符号（GB/T2212000）名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢

10、焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾Q235 一般结构钢一般结构钢 船用钢船用钢A不保证冲击韧性不保证冲击韧性 A保证一般温度下冲击保证一般温度下冲击韧性韧性20度度 B保证室温下冲击韧性保证室温下冲击韧性（20度）度）B保证保证0度时冲击韧

11、性度时冲击韧性 C保证保证0度时冲击韧性度时冲击韧性 D保证保证-20度冲击韧性度冲击韧性 D保证保证-20度冲击韧性度冲击韧性 E保证保证-40度冲击韧性度冲击韧性 l1、碳素结构钢和低合金高强度钢、碳素结构钢和低合金高强度钢lQ+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号+脱氧方法符号脱氧方法符号lQ表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值单位是MPa；l质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E，其，其P、S含量依次下降，质量提高。含量依次下降，质量提高。l脱氧方法符号脱氧方法符号:沸腾钢沸腾钢F；镇静钢镇静钢Z；半镇静钢半镇静钢b；特殊

12、镇静钢特殊镇静钢TZ。l如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。钢钢钢钢板板板板l低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，都是镇静钢或特殊镇静钢，其其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。l根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。l*说明：说明：通常情况下，通常情况下，屈服强度值小屈服强度值小300MPa时

13、为碳素结构钢，大时为碳素结构钢，大于于300MPa时为低合金时为低合金高强度钢。高强度钢。热连热连热连热连轧钢板轧钢板轧钢板轧钢板齿齿轮轮加加工工方钢方钢l2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢l牌号用两位数字表示牌号用两位数字表示。l这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。l如如45钢钢平均含碳量为万分之四十五（即平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。钢钢带带l*说明：说明：l含含Mn量为量为0.71.0%时，在两位数字后加元素符时，在两位数字后加元素符号号“Mn”，如如40Mn。l对于沸腾钢和半镇对于沸腾钢和半镇静钢静钢

14、在钢号后分别在钢号后分别加字母加字母F和和b，如如08F、10b。l高级优质钢在钢号高级优质钢在钢号后加字母后加字母A，如如20A。钢管钢管l3、合金结构钢和合金弹簧钢、合金结构钢和合金弹簧钢l两位数字（表示平均含碳量的万分之几）两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元合金元素符号素符号+该元素百分含量数字该元素百分含量数字+l当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符时，只标元素符号，不标含量；号，不标含量；l当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.503.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元时，在

15、相应的合金元素符号后标素符号后标2、3、4、5等数字。等数字。如如20CrNi3。l高级优质钢高级优质钢在牌号后加字母在牌号后加字母A，如如60Si2MnA。l特级优质钢特级优质钢在牌号后加字母在牌号后加字母E，如如30CrMnSiE。不锈钢制管板式换热器不锈钢制管板式换热器所有合所有合金钢的金钢的合金元合金元素量标素量标法相同法相同l4、工具钢、工具钢l碳素工具钢碳素工具钢lT+数字数字lT表示表示“碳素工具钢碳素工具钢”；l数字表示平均含碳量的千分之几数字表示平均含碳量的千分之几.l如如T8其平均含碳量为千分之八其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。l*说明：说明：碳素工具钢都是优质以上碳

16、素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如，如T8A。丝丝锥锥锉刀锉刀l合金工具钢合金工具钢l含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量+l当含碳量小于当含碳量小于1.00%时，时，含碳量用一位数字标明，这含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.l当含碳量大于当含碳量大于1.00%时，时，不标含碳量。不标含碳量。*高速钢高速钢不标含碳量，如不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C).*含铬量小于含铬量小于1%时，在含铬时，在含铬量量(以千分之一为

17、单位以千分之一为单位)前加前加数字数字“0”，如，如Cr06。铣刀铣刀铣刀铣刀l5、轴承钢、轴承钢lG+Cr+铬含量铬含量(不标含碳量不标含碳量)l“G”表示表示“滚滚动轴承钢动轴承钢”。*铬含量以千分之一为单位铬含量以千分之一为单位.l如如“GCr15”的平均含铬量的平均含铬量为为1.5%。l渗碳轴承钢渗碳轴承钢牌号的表示方法牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌与合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母号头部加字母“G”，如如“G20CrNiMo”。l6、不锈钢和耐热钢、不锈钢和耐热钢l含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量+l含碳量以千分之一为单位。含碳量以千分之

18、一为单位。l含碳量的表示方含碳量的表示方法为：法为：l当平均含碳量当平均含碳量1.00%时，时，用两用两位数字表示位数字表示，如，如11Cr17(平均含碳平均含碳量为量为1.10%)；涡涡轮轮叶叶片片l当当1.0%平均含碳量平均含碳量0.1%时，时，用一位数字表示用一位数字表示,如如2Cr13（平均含碳量为平均含碳量为0.20%）l当当0.1%含碳量上限含碳量上限0.03%时，时，以以“0”表示表示，如如0Cr18Ni9（含碳量上限为含碳量上限为0.08%）l当当0.03%含碳量上限含碳量上限0.01%时时（超低碳超低碳），），以以“03”表示表示，如，如03Cr19Ni10(含碳量上限为含碳

19、量上限为0.03%）l当含碳量上限当含碳量上限0.01%时时(极低碳极低碳)，以以“01”表示表示，如如01Cr19Ni11（含碳量上含碳量上限为限为0.01%）。）。汽轮机叶片汽轮机叶片*珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如珠光体耐热钢含碳量的标注同结构钢。如15CrMol注：注：旧标准含碳量表示方法为：旧标准含碳量表示方法为：l当含碳量当含碳量0.08%时，以时，以“0”表示，如表示，如0Cr18.l当含碳量当含碳量0.03%时，以时，以“00”表示，如表示，如00Cr18Ni10.不不锈锈钢钢法法兰兰不不锈锈钢钢型型材材l7、铸钢、铸钢lZG+两位数字两位数字lZG表示表示“铸钢铸钢”；

20、l两位数字表示平均含碳两位数字表示平均含碳量的万分之几量的万分之几,如如ZG25.铸钢件铸钢件2.5吨吨大大齿齿轮轮铸铸件件第二节第二节钢中的杂质及合金钢中的杂质及合金元素元素l1、Mn:0.8%时为杂质时为杂质,是有益元素。作用为：是有益元素。作用为：l提高钢的强度：强化铁素体，形成合金渗碳体，提高钢的强度：强化铁素体，形成合金渗碳体，增加珠光体相对量，细化珠光体；增加珠光体相对量，细化珠光体；l消除硫的有害作用。消除硫的有害作用。一、杂质元素对性能的影响一、杂质元素对性能的影响l钢中的杂质一般是指钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入是由原料带入或脱氧残留的元素。或脱氧残留的元

21、素。l3、S：是有害元素。是有害元素。l常常以以FeS形式存在。易与形式存在。易与Fe在晶在晶界上形成低熔点共晶界上形成低熔点共晶(985)，热加工时热加工时(11501200)，由于，由于其熔化而导致开裂，称其熔化而导致开裂，称热脆性热脆性.l钢中的硫应控制在钢中的硫应控制在0.05%以下以下.2、Si：0.35%时为杂质，是有益元素。作用为：时为杂质，是有益元素。作用为：强化铁素体，提高钢的强度、硬度、弹性，降低强化铁素体，提高钢的强度、硬度、弹性，降低塑性和韧性；塑性和韧性；增加钢液流动性。增加钢液流动性。合金晶界的低熔点硫化物共晶合金晶界的低熔点硫化物共晶lMn可消除硫的有害作用可消除

22、硫的有害作用,lFeS+MnFe+MnS，lMnS熔点高熔点高(1620)。l4、P：也是有害元素也是有害元素。l能全部溶入铁素体中，使能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，钢在常温下硬度提高，塑塑性、韧性急剧下降性、韧性急剧下降，称，称冷冷脆性脆性。lP一般控制在一般控制在0.045%以下以下.钢钢中的中的MnS夹杂夹杂比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中l5、气体元素气体元素lN：室温下室温下N在铁素体中溶在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和解度很低，钢中过饱和N在常在常温放置过程中以温放置过程中以

23、FeN、Fe4N形形式析出使钢变脆式析出使钢变脆,称称时效脆化时效脆化.l加加Ti、V、Al等元素可使等元素可使N固固定，消除时效倾向。定，消除时效倾向。lO：氧在钢中以氧化物的形氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，式存在，其与基体结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源不易变形，易成为疲劳裂纹源.钢中钢中TiN夹杂夹杂钢中钢中氧化物夹杂氧化物夹杂lH：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆氢脆。l当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压

24、形成微裂纹，其内壁为白色，称形成微裂纹，其内壁为白色，称白点白点或或发裂发裂。钢中钢中钢中钢中白点白点白点白点钢的钢的钢的钢的氢脆断口氢脆断口氢脆断口氢脆断口l对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响l1、溶于铁素体、溶于铁素体,起固溶强化作用起固溶强化作用l非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体素体，形成合金铁素体.lSi、Mn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内在适当范围内提高韧性。提高韧性。二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用对铁素体冲击韧性影响对铁素体冲击韧性影响l2、形成

25、碳化物，起强化相作用、形成碳化物，起强化相作用l合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。lTi、Nb、V为强碳化物为强碳化物形成元素，碳形成元素，碳化物的稳定性化物的稳定性、熔点、硬度、熔点、硬度、耐磨性高，如耐磨性高，如TiC、VC等。等。钢中钢中钢中钢中碳化物碳化物碳化物碳化物lW、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。等。lMn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定

26、性、熔点、硬度、耐磨性较低，如熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。等。l对对Fe-Fe3C相图的相图的影响影响l1、对奥氏体相区的、对奥氏体相区的影响影响lNi、Mn、Co、C、N等是扩大奥氏体相等是扩大奥氏体相区的元素，使区的元素，使A1、A3点下降，点下降，A4点上升。点上升。l当当Mn 13%或或Ni 9%时，时，S点降到点降到0以下，室温下以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响lCr、Mo、Si、Ti、W、Al等是缩等是缩小奥氏体相区的元小奥氏体相区的元素，使素，使A1、A3点上点上升，升，A4点下降。点下降。

27、l当当Cr 13%时，奥时，奥氏体相区消失，室氏体相区消失，室温下为单相铁素体温下为单相铁素体组织，称铁素体钢组织，称铁素体钢.铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响l2、对、对E点和点和S点位置的影响点位置的影响l所有合金元素均使所有合金元素均使E点和点和S点左移，点左移，即这两点的含碳即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共晶组织（如或共晶组织（如W18Cr4V）。）。l对钢中相变过程的对钢中相变过程的影响影响l1、对奥氏体化的影响、对奥氏体化的影响l对奥氏体形成速度对奥氏体形成速度的影响：的影响：除除Ni、C

28、o外，外，都减缓奥氏体化过程。都减缓奥氏体化过程。l对奥氏体晶粒长大对奥氏体晶粒长大倾向的影响：倾向的影响：l碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。lMn、P促进长大。促进长大。l2、对过冷奥氏体转变的影响、对过冷奥氏体转变的影响l对对C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：除除Co外，凡溶入奥氏外，凡溶入奥氏体的合金元素均使体的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。l常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。l对对Ms、Mf点的影响：点的影响：除除Co、Al外外,所有元素都所有元素都使使Ms、Mf点点下

29、降。下降。合金元素对钢合金元素对钢淬透性的影响淬透性的影响淬火碳钢淬火碳钢回火回火时的时的硬度变化硬度变化l3、对回火转变的影响、对回火转变的影响l提高耐回火性：提高耐回火性：淬淬火钢在回火过程中抵火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称抗硬度下降的能力称耐回火性耐回火性。l合金元素能阻碍马氏合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析体分解及碳化物的析出与聚集。出与聚集。l当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。l产生二次硬化产生二次硬化l含高含高W、Mo、Cr、V钢钢淬火

30、后回火时，由于析出淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及细小弥散的特殊碳化物及回火冷却回火冷却时时A转变为转变为M回回,使硬度不仅不下降，反而使硬度不仅不下降，反而升高的现象称升高的现象称二次硬化二次硬化。l防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性l加加W、Mo可防止第二类可防止第二类回火脆性。回火脆性。高速钢高速钢第三节第三节 结构钢结构钢l对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为：l使用性能使用性能以强韧性为主。以强韧性为主。l工艺性能工艺性能以可焊性、淬透以可焊性、淬透性为主。性为主。l合金结构钢除少量为中高合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢合金钢外，都是低合金钢.铜铜陵陵

31、长长江江公公路路大大桥桥l1、成分：、成分：0.4%C,P、S量及非金属夹杂较多量及非金属夹杂较多.l2、性能：、性能：可焊性、塑可焊性、塑性好。性好。l3、热处理：、热处理：不进行专不进行专门热处理，热轧空冷态门热处理，热轧空冷态下使用。下使用。l4、使用状态下组织：、使用状态下组织：F+P一、碳素结构钢一、碳素结构钢螺纹钢螺纹钢螺纹钢螺纹钢圆钢圆钢圆钢圆钢l5、用途、用途l常以热轧板、带、棒及型常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总钢使用，用量约占钢材总量的量的70%。l用于建筑结构，适合焊接用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。铆接、栓接等。热轧钢板热轧钢板热轧钢板热轧钢板螺纹钢螺

32、纹钢黄河小浪底枢纽工程黄河小浪底枢纽工程l1、性能要求、性能要求l高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。l良好的焊接性能。良好的焊接性能。l良好的耐蚀性及低良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。的韧脆转变温度。l2、成分特点、成分特点l低碳：低碳：0.2%C.l合金元素：合金元素：主要主要是是Mn，还有少量还有少量V、Ti、Nb等。等。二、低合金高强度结构钢二、低合金高强度结构钢l3、热处理、热处理：大多数大多数热轧空冷后使用热轧空冷后使用。少数可用正火少数可用正火+高温高温回火处理。回火处理。l4、使用状态下组织、使用状态下组织：F+P低合金高强钢合金元素细化晶粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用

33、lMn的作用的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。是强化铁素体；增加珠光体的量。lV、Ti、Nb等等起细化晶粒和弥散强化作用。起细化晶粒和弥散强化作用。l另外加另外加Cu、P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加RE(铼铼)可提高韧可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。l5、用途：、用途：lQ345钢钢(16Mn)综合性能综合性能好，用于船舶、桥梁、好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。车辆等大型钢结构。lQ390钢含钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力强度高，用于中等压力的压力容器。的压力容器。lQ460钢含钢含Mo、B，正火正火组织为贝氏体，强度高组织为贝氏体

34、强度高,用于石化中温高压容器用于石化中温高压容器.南京长江大桥南京长江大桥l制造渗碳零件的钢种。制造渗碳零件的钢种。l1、性能要求、性能要求l表面具有高硬度、表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表够的韧性和强度，即表硬里韧硬里韧。l良好的热处理性能良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。如淬透性和渗碳能力。三、渗碳钢三、渗碳钢渗渗碳碳炉炉渗碳件渗碳件渗碳件渗碳件传动齿轮传动齿轮传动齿轮传动齿轮l2、成分特点、成分特点l低碳：低碳：0.10.25%Cl合金元素作用：合金元素作用：l提高淬透性：提高淬透性：Cr、Ni、Mn、Bl强化铁素体：强化铁素体：Cr、M

35、n、Nil细化晶粒：细化晶粒：W、Mo、V、Ti渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织l3、热处理特点、热处理特点l渗碳件的加工工艺路线为：下料渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火l正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。l淬火温度淬火温度一般为一般为Ac1+30-50。l4、使用状态下组织使用状态下组织l心部：心部：M回回+Fl表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)；l5、常用钢号及用途、常用钢号及用途l低淬透性钢：低淬透性钢：20Cr。柴油机凸轮

36、轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销活塞销活塞销(20Cr)(20Cr)用于受力小的用于受力小的耐磨件，如柴耐磨件，如柴油机的活塞销、油机的活塞销、凸轮轴等。凸轮轴等。l中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用用于中等载荷的于中等载荷的耐磨件，如变耐磨件，如变速箱齿轮。速箱齿轮。l高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的用于大载荷的耐磨件，如柴耐磨件，如柴油机曲轴。油机曲轴。增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴汽汽汽汽车车车车变变变变速速速速箱箱箱箱齿齿齿齿轮轮轮轮调质件（螺杆）调质件（螺杆）l调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。l1、性能要求、性能要求l良好的综合力学性能良好的综合力学性

37、能.l良好的淬透性。良好的淬透性。四、调质钢四、调质钢l2、成分特点、成分特点l中碳：中碳：0.270.5%Cl合金元素作用：合金元素作用：l提高淬透性提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、Bl强化铁素体强化铁素体:Mn、Si、Cr、Nil细化晶粒细化晶粒:Ti、Vl防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性:W、Mo调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴l l3 3、热处理及组织特点、热处理及组织特点、热处理及组织特点、热处理及组织特点l调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗粗加工加工调质调质精加工精加工装配装配l调质目的：获得良好综合力学性能调质目

38、的：获得良好综合力学性能l使用状态下的组织为使用状态下的组织为：S回回l为提高表面耐磨性，调质后可为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。进行表面淬火或氮化。回火索氏体回火索氏体调质处理车间调质处理车间(表面淬火表面淬火+低温回火低温回火)装装配配为表面淬火作组织准备；为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织获得最终心部组织.表面：表面：M回回；心部：心部：S回回柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴l4、常用钢号及用途、常用钢号及用途l低淬透性钢：低淬透性钢：D0油油60mm,常常用用40CrNiMo,用于制造大截用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。面重载荷零件，如曲轴等。合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴

39、合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴l制造弹簧或类似性能零件制造弹簧或类似性能零件的钢种。的钢种。l1、性能要求、性能要求l弹簧是利用弹性变形储存弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。能量或缓和冲击的零件。l高的高的s，s/b；高的高的-1；足够的韧性足够的韧性l高的淬透性高的淬透性。五、弹簧钢五、弹簧钢l2、成分特点、成分特点l中高碳：中高碳：l碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%Cl合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%Cl合金元素作用：合金元素作用：l提高淬透性、强化铁素提高淬透性、强化铁素体：体：Mn、Si、Crl提高提高 s/b：Sil细化晶粒细化晶粒：V汽

40、车弹簧汽车弹簧弹簧丝弹簧丝弹簧丝弹簧丝l3、热处理及组织特点、热处理及组织特点l冷成型弹簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔冷成型冷成型定型处理定型处理(250300)。l用于用于10mm)汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧l l4 4、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量l弹簧的表面质量对其弹簧的表面质量对其寿命影响很大。寿命影响很大。l提高表面质量的方法提高表面质量的方法:l防止表面脱碳；防止表面脱碳；l避免表面缺陷；避免表面缺陷；l进行喷丸处理，使表进行喷丸处理，使表面产生压应力。面产生压应力。板板簧簧喷喷丸丸处处理理示示意意图图l5、常用钢号及用

41、途、常用钢号及用途lSi、Mn弹簧钢弹簧钢，如，如65Mn、60Si2Mn，用于制造小用于制造小截面和较大截面弹簧。截面和较大截面弹簧。lCr、V弹簧钢弹簧钢，如，如50CrV，用于大截面、大载荷、用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。耐热的弹簧。大型热卷弹簧大型热卷弹簧汽车板簧汽车板簧载荷载荷(频率达数万次频率达数万次/分分)和摩擦。和摩擦。l高而均匀的硬度和耐磨性。高而均匀的硬度和耐磨性。l高的高的 b和接触疲劳强度。和接触疲劳强度。l足够的韧性、淬透性和耐蚀性足够的韧性、淬透性和耐蚀性.六、滚动轴承钢六、滚动轴承钢l用于制造轴承套和滚动体的专用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。用钢种。l1、性能

42、要求、性能要求l轴承工作时轴承工作时,承受接触应力承受接触应力(达达30003500MPa)、周期性交变周期性交变圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承自动调自动调心球轴承心球轴承l2、成分特点、成分特点l高碳：高碳：0.951.10%Cl合金元素：合金元素：以以Cr为主为主,加入加入Mn、Si。lCr、Mn、Si的主要作用的主要作用是提高淬透性是提高淬透性推力球轴承推力球轴承滚针滚针轴承轴承lCr还提高耐磨性还提高耐磨性（形成合金渗（形成合金渗碳体）碳体）和耐蚀性。和耐蚀性。l当当1.65%Cr时时,会因会因A增加而增加而使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。l3、热处理和组织特点、热处理和组织特点l滚

43、动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。l热处理：热处理：球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火l组织：组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60-80),可以可以减少减少A、稳定尺寸稳定尺寸.轴承生产车间轴承生产车间滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大大型型轴轴承承l4、常用钢号及用途、常用钢号及用途l应用最广的是应用最广的是GCr15，大量用于大大量用于大中型轴承；中型轴承；l大型轴承用大型轴承用GCr15SiMn。l这类钢还可用于制造模具这类钢还可用于制造模具、量具等量具等.向心球向心球向心球向心球轴承轴承轴承轴

44、承第四节第四节 工具钢工具钢按用途分为按用途分为:刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢模模具具刃具刃具刃具刃具量具量具量具量具l用来制造各用来制造各种切削刀具种切削刀具的钢种的钢种。一、刃具钢一、刃具钢切削加工切削加工l性能要求性能要求l1、高硬度高硬度(HRC60),主要取决于含碳量。主要取决于含碳量。l2、高耐磨性高耐磨性靠高硬度靠高硬度和析出细小均匀硬碳化和析出细小均匀硬碳化物来达到。物来达到。l3、高热硬性高热硬性即高温下即高温下保持高硬度的能力。保持高硬度的能力。l4、足够的韧性足够的韧性以防止以防止脆断和崩刃。脆断和崩刃。切削加工的基本形式切削加工的基本形式l碳素工具钢碳素工具钢l

45、共有七个牌号：共有七个牌号：T7T13l1、成分特点：成分特点：l高碳高碳(0.651.35%C)随含碳量提高，碳化物随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，量增加，耐磨性提高，但韧性下降。但韧性下降。碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料l2、热处理及组织、热处理及组织l热处理：热处理：正火正火+球化球化退火退火+淬火淬火+低温回火低温回火l球化退火目的：球化退火目的：l降低硬度降低硬度,便于加工便于加工;l为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。l使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组织钢正常淬火

46、组织l3、用途、用途l由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。的手工工具和低速刃具。lT7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。凿子、锤子等。木木工工凿凿手锤手锤手锤手锤木工钻木工钻lT10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。刀等。lT12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻钻头头l1、成分特点：、成分特点：l高碳：高碳：0.751.5%Cl合金元素作用合金元素作

47、用l提高淬透性提高淬透性:Cr、Mn、Sil提高耐回火性提高耐回火性：Sil提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒:W、Vl低合金工具钢低合金工具钢l由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成。形成。低合金工具钢制品低合金工具钢制品l2、热处理及组织、热处理及组织l同碳素工具钢，只是淬火介同碳素工具钢，只是淬火介质为油质为油(碳素工具钢为水碳素工具钢为水)。l使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l3、常用钢号及用途、常用钢号及用途l应用最多的是应用最多的是9SiCr。用于制用于制造形状复杂、要求变形小的

48、造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等低速刃具，如丝锥、板牙等.丝丝锥锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手l1、性能特点性能特点:高热硬性高热硬性(600)、高淬透性高淬透性l2、成分特点成分特点l高碳高碳:0.701.5%Cl合金元素作用合金元素作用l提高淬透性提高淬透性：Crl提高热硬性提高热硬性、耐磨性耐磨性:W、Mo、Vl高速钢高速钢（俗称风钢）（俗称风钢）l制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带高速钢形材高速钢形材W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织l3、加工与热处理、加工与热处理l加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造退火退

49、火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削l高速钢是莱高速钢是莱氏体氏体钢钢，其铸态组织，其铸态组织为亚共晶组织，为亚共晶组织，由由鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体与树枝状与树枝状M+T组组成，成，脆性大且无脆性大且无法热处理改善。法热处理改善。l退火目的：退火目的：l降低硬度，便于降低硬度，便于切加工；切加工；l为淬火作组织准为淬火作组织准备。备。l退火后组织：退火后组织：S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物l锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。匀分布于基体中。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织l淬火目的淬火目的:获得获得高合金元素含量的高合金元素

50、含量的马氏体。因此淬火马氏体。因此淬火温度高温度高(1200)。l淬火后组织：淬火后组织：M+未溶碳化物未溶碳化物(10%)+A(20%)W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1C相图相图的碳化物，的碳化物，产生二次硬化。产生二次硬化。l碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却点上升，回火冷却时，时，A转变为转变为M。l每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。l回火目的：回火目的：主要主要为减少为减少A。消除内应消除内应力、稳定组织。力、稳定组织。l常用常用560三次回火三次回火.l回火时的组织变