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1、会计学1材料科学工业用钢简材料科学工业用钢简第一页，共111页。一、碳素结构钢(工程构件(gujin)1质量：普通 S0.035%0.050%，P0.035%0.045%。2含碳量：中、低 C=0.06%0.38%。第1页/共111页第二页，共111页。3牌号：质量等级符号Q235A（B、C、D）F（Z、b、TZ）脱氧程度 屈服(qf)强度，单MPa “屈”第2页/共111页第三页，共111页。第3页/共111页第四页，共111页。第4页/共111页第五页，共111页。4热处理：热轧或正火5性能：强度不高，塑性较好；锻造和焊接等加工(ji gng)性能良好；价格便宜。第5页/共111页第六页，
2、共111页。6应用(yngyng)：一般工程构件；机器结构件；不重要零件，如焊接件、铆接件，螺栓等。第6页/共111页第七页，共111页。二、优质碳素结构钢（机器(j q)零件用钢）1质量：优质 S0.035%，P0.035%；2含碳量：低、中、高，C=0.08%0.85%；第7页/共111页第八页，共111页。3牌号：两位有效(yuxio)数+（Mn）当Mn=0.7%-1.3%标出 含碳量的万分数 例：45 45 Mn第8页/共111页第九页，共111页。4牌号、性能(xngnng)、热处理和应用牌号牌号性能性能热处理热处理应用应用08 10 08 10 15 20 15 20 2525塑性
3、、塑性、韧性好韧性好焊接性焊接性好好强度和强度和硬度低硬度低渗碳、淬渗碳、淬火火+低温低温回火回火冲压、冲压、焊接件焊接件连接件连接件渗碳件渗碳件第9页/共111页第十页，共111页。牌号牌号性能性能热处理热处理应用应用30 30 35 35 40 40 45 45 55556060综综合合性性能能好好正火或调质正火或调质（表面淬火（表面淬火+高温回火）高温回火）轴轴齿轮齿轮连杆等连杆等第10页/共111页第十一页，共111页。牌号牌号性能性能热处理热处理应用应用65 65 7070757580808585塑性塑性韧性差韧性差焊接性焊接性较差较差强度和强度和硬度高硬度高淬火淬火+中温中温回火回
4、火弹簧弹簧钢带钢带 一般一般模模具具第11页/共111页第十二页，共111页。三、碳素工具钢1质量：优质(yuzh)S0.035%，P0.035%；高级 S0.02%，P0.03%。2含碳量：高 C=0.7%1.3%。第12页/共111页第十三页，共111页。3牌号：T +数字(shz)+A 高级 含碳量的千分数 “碳”例：T12A第13页/共111页第十四页，共111页。4、碳素工具钢的热处理：淬火+低温(dwn)回火。5、碳素工具钢的性能：硬度高（5862HRC）；塑性和韧性低；淬透性与红硬性差。第14页/共111页第十五页，共111页。5、碳素工具钢的应用(yngyng)：多用于制造低速
5、刃具；手用工具；量具。第15页/共111页第十六页，共111页。牌号牌号性能性能应应 用用T7AT7AT8AT8AT9AT9A含碳较低含碳较低韧性较好韧性较好能受震动和冲击：能受震动和冲击：錾子、錾子、锤子锤子、冲子、冲子T10AT10A韧性中等韧性中等不受强烈冲击的：不受强烈冲击的：手锯条手锯条、车刀车刀、丝锥丝锥T11AT11AT12AT12AT13AT13A含碳高含碳高硬度高硬度高韧性差韧性差不受冲击的刮刀、不受冲击的刮刀、锉刀锉刀、剃刀、剃刀第16页/共111页第十七页，共111页。四、碳素铸钢1、质量：优质 P、S 0.04%。2、含碳量：中、低 C=0.2%0.6%。3、牌号(pi
6、ho)：ZG+屈服强度-抗拉强度值 例、ZG200-400。第17页/共111页第十八页，共111页。4、性能：力学性能优于铸铁(zhti)；铸造性能较差。5、应用：形状复杂，同时要求力学性能好的铸造零件。第18页/共111页第十九页，共111页。碳钢的不足(bz)：淬透性低；回火抗力差；不具备特殊的物理化学性能；屈强比低：碳钢约为0.6；合金钢一般为0.850.9。第19页/共111页第二十页，共111页。第二节 钢的合金化 1合金元素对钢中基本相影响(yngxing)2合金元素对铁碳相图的影响(yngxing)3合金元素对钢热处理的影响(yngxing)总 结第20页/共111页第二十一页
7、，共111页。第二节 钢的合金化1合金元素对钢的基本相影响1）形成“合金铁素体”与碳亲合力很弱的合金元素，形成“合金铁素体”；作用(zuyng)：固溶强化。第21页/共111页第二十二页，共111页。第22页/共111页第二十三页，共111页。第23页/共111页第二十四页，共111页。2）形成“合金渗碳体”与碳亲合力较强的合金元素，形成“合金渗碳体”。比渗碳体更稳定，硬度更高；作用(zuyng)：第二相强化。第24页/共111页第二十五页，共111页。3）形成“特殊碳化物”与碳亲合力很强的碳化物元素，倾向于形成特殊碳化物。具有(jyu)更高的溶点、硬度与耐磨性，而且更稳定。第25页/共111
8、页第二十六页，共111页。2合金元素对Fe-Fe3C相图(xin t)的影响1）使S点、E点左移致使含碳量小于0.77%的钢成为过共析钢。第26页/共111页第二十七页，共111页。n n例1、n n 餐具厂用4Cr13钢制作餐刀(cn do)是由于大量Cr的加入使S点左移，虽然它的平均含碳量为0.4%，但已是过共析钢了。第27页/共111页第二十八页，共111页。n n另外，绝大多数合金(hjn)元素的加入使E点左移，致使含碳量小于2.11%的钢中出现莱氏体（称这类钢为莱氏体钢）。第28页/共111页第二十九页，共111页。例2、高速钢W18Cr4V中的平均(pngjn)含碳量为0.7%0.
9、8%，但它属于莱氏体钢。第29页/共111页第三十页，共111页。2）扩大或缩小区 当加入量达一定值时，可能使室温(sh wn)下的组织成为单相奥氏体或单相铁素体。第30页/共111页第三十一页，共111页。第31页/共111页第三十二页，共111页。第32页/共111页第三十三页，共111页。例3、Ni 27%奥氏体钢；9%Ni+18%Cr 奥氏体钢。例4、Cr 17%铁素体钢。3）影响(yngxing)钢的热处理温度Ac1、Ac3、Accm上升，因此合金钢热处理加热温度比碳钢高。第33页/共111页第三十四页，共111页。3合金元素对钢热处理的影响1）细化晶粒减缓奥氏体的形成过程。阻碍奥氏
10、体晶体晶粒长大(chn d)。例如：20CrMnTi第34页/共111页第三十五页，共111页。2）增加钢的淬透性使C曲线右移，降低临界(ln ji)冷却速度，增加钢的淬透性。Ms点、Mf点下移，使钢在淬火后残余奥氏体量增多。第35页/共111页第三十六页，共111页。第36页/共111页第三十七页，共111页。第37页/共111页第三十八页，共111页。3）对钢回火转变(zhunbin)的影响（1）增大回火抗力（回火稳定性）第38页/共111页第三十九页，共111页。例如(lr)：第39页/共111页第四十页，共111页。n n因此，在保持相同硬度的条件下，合金钢的回火温度比碳钢高些，从而(
11、cng r)使内应力消除得更充分，韧性也更高。第40页/共111页第四十一页，共111页。（2）产生“二次硬化(ynghu)”现象第41页/共111页第四十二页，共111页。n n造成二次硬化的主要原因：n n 钢中加入强碳化物形成元素n n 在500600回火；n n 析出高度弥散的特殊碳化物，如Mo2C，W2C，VC等；n n 使硬度反而(fn r)上升。第42页/共111页第四十三页，共111页。（3）出现(chxin)“第二类回火脆性”第43页/共111页第四十四页，共111页。n n形成的条件：n n 镍铬钢；n n 在450650回火；n n缓慢冷却(lngqu)后冲击韧度剧烈下降
12、n n例如、40Cr、35CrMo第44页/共111页第四十五页，共111页。n n产生的原因：n n 镍、铬造成杂质在晶界偏析。n n防止措施：n n 小零件(ln jin)：在此温度范围内回火后快冷。n n 大零件(ln jin)：在钢中加W1%或Mo0.5%。第45页/共111页第四十六页，共111页。合金元素的作用(zuyng)总结第46页/共111页第四十七页，共111页。合金钢优点 透性好，可油淬，变形小；红硬性（回火(hu hu)稳定性）高；屈强出的数值一为0850.9;可节省2030 材料，可制作大尺寸、复杂、高强零件。第47页/共111页第四十八页，共111页。第三节 合金结
13、构钢一、低合金高强度结构钢（工程构件用钢）1、性能(xngnng)要求1）具有良好的综合力学性能(xngnng)：b=350650MPa，=1623%，k=6070J/cm2第48页/共111页第四十九页，共111页。2）良好的工艺性能：易于冷热加工成形，且具有优良的焊接性。3）较好的抗蚀性。4）较低的临界(ln ji)脆性化温度：一般为-30左右。第49页/共111页第五十页，共111页。2、成分特点1）含碳量较低：0.1%-0.2%C；2）锰为主加元素(yun s)：强化铁素体；3）加元素(yun s)V、Ti等：细铁素体晶粒；4）加P、Cu等：提高耐腐蚀性能。第50页/共111页第五十一
14、页，共111页。3、牌号、成分、性能与用途(yngt)Q 345 C（旧牌号16Mn）质量等级符号 屈服强度，单位MPa “屈”第51页/共111页第五十二页，共111页。4、供货状态：热轧。5、热处理：重要件进行正火。6、显微组织：铁素体+珠光体。7、应用：工程(gngchng)用钢，占总钢量的20%左右。第52页/共111页第五十三页，共111页。钢号钢号Q235Q235（A3A3）Q345Q345（16Mn16Mn）C%C%0.120.120.20.20.120.120.20.2Mn%Mn%0.35-0.60.35-0.61.2-1.61.2-1.6屈服强度屈服强度MPaMPa23523
15、5345345抗拉强度抗拉强度MPaMPa375375460460410410510510（%）26262222屈强比屈强比0.560.560.750.75第53页/共111页第五十四页，共111页。二、合金渗碳钢1工作条件：拉伸、曲、转等变形破；表面磨损(m sn)及接触疲劳破坏；受强烈冲击。2.性能要求：“外硬里韧”或“外硬里强韧”第54页/共111页第五十五页，共111页。3成分特点1）低碳；2）Cr、Mn提高淬渗性；3）Ti细化晶粒。4.主要(zhyo)钢种：20Cr、20CrMnTi第55页/共111页第五十六页，共111页。5加工工艺路线 下料锻造正火机械加工渗碳（930）（直接或
16、一次或二次）淬火(cu hu)（830）低温回火（200）磨削精加工装配第56页/共111页第五十七页，共111页。钢号钢号202020Cr20Cr20CrMnTi20CrMnTi名称名称碳素碳素渗碳钢渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢成分成分0.2%C0.2%C0.2%C0.2%CCr1.5%Cr1.5%0.2%C0.2%C、MnMn、CrCr、Ti1.5Ti1.5%淬火淬火特点特点一次水淬一次水淬变形大变形大一次油淬一次油淬变形小变形小直接油淬直接油淬变形小变形小第57页/共111页第五十八页，共111页。202020Cr20Cr20CrMnTi20CrMnTi组组织织表面：表
17、面：M M回回+渗碳体渗碳体 +Ar+Ar心部：心部：低碳低碳M M回回+F+F未淬透时则未淬透时则为为F+SF+S。表面：表面：M M回回+合金碳化合金碳化物物+Ar+Ar心部：心部：低碳低碳M M回回+F+F，未淬透时则未淬透时则为为F+SF+S。表面：表面：M M回回+合金碳化合金碳化物物+Ar+Ar；心部：心部：低碳低碳M M回回 +F+F 或或低碳低碳M M回回第58页/共111页第五十九页，共111页。钢钢号号202020Cr20Cr20CrMnTi20CrMnTi性性能能表面：表面：58-62HRC 58-62HRC；心部：心部：40-48HRC40-48HRC或或10-10-2
18、0HRC20HRC表面：表面：60-65HRC 60-65HRC；心部：心部：45-50HRC45-50HRC或或15-15-25HRC25HRC表面：表面：60-65HRC 60-65HRC；心部：心部：45-50HRC 45-50HRC应应用用受力不大受力不大、简单形、简单形状、状、20mm20mm耐磨件耐磨件受力不大受力不大、形状较、形状较复杂、复杂、40mm40mm耐磨件耐磨件受较大载荷受较大载荷、形状复杂、形状复杂、80mm80mm中型耐磨件中型耐磨件第59页/共111页第六十页，共111页。三、合金调质钢1工作条件 受力复杂(fz)较大的弯矩，传递扭矩；且受力是交变的；启动或刹车时
19、有较大冲击；有些轴类零件与轴承配合时还会有摩擦磨损。第60页/共111页第六十一页，共111页。2其性能要求(yoqi)有良好的综合机械性能，即高强韧性的统一。3成分特点中碳；Cr、Mn提高淬透性；Mo抑制第二类回火脆；Ti细化晶粒。第61页/共111页第六十二页，共111页。4主要钢种：40Cr、35CrMo（42CrMo）。5加工工艺路线：下料锻造正火粗加工调质处理（局部感应淬火+低温回火(hu hu)）精加工装配。第62页/共111页第六十三页，共111页。局部硬化：采用表面感应淬火及自回火，得到表面组织为回火马氏体，使耐磨性提高。6应用 机床主轴、汽车半轴、曲轴、连杆和高强(goqin
20、g)螺拴等零件。第63页/共111页第六十四页，共111页。钢号钢号454540Cr40Cr35CrMo35CrMo名称名称碳素碳素调质钢调质钢合金合金调质钢调质钢合金合金调质钢调质钢成分成分0.45%C0.45%C0.40%C0.40%CCr1.5%Cr1.5%1.1.35%C35%CMo1.5%Mo1.5%Cr1.5%Cr1.5%淬火淬火特点特点水淬水淬中温回火中温回火变形大变形大油淬油淬中温回火中温回火变形小变形小油淬油淬中温回火中温回火变形小变形小第64页/共111页第六十五页，共111页。钢号钢号4545钢钢40Cr40Cr钢钢35CrMo35CrMo钢钢组织组织S S回回或或F+S
21、F+SS S回回或或F+SF+SS S回回性能性能252535HRC 35HRC 或或101020HRC20HRC252535HRC 35HRC 或或151520HRC20HRC252535HRC35HRC应用应用受力不大受力不大简单形状简单形状20mm20mm小小零件零件受力不大受力不大形状较复杂形状较复杂40mm40mm中中小型零件小型零件较大载荷较大载荷形状复杂形状复杂80mm80mm大中型零大中型零件件第65页/共111页第六十六页，共111页。四、合金弹簧钢1性能要求：1）作用：减振储性；2）失效形式：疲劳断裂和失去(shq)弹性。3）性能要求：第66页/共111页第六十七页，共11
22、1页。（1）高的S、-1和s/b；（2）一定(ydng)的、k；（3）淬透性好；（4）好的环境稳定性。第67页/共111页第六十八页，共111页。2成分特点（1）含碳量中、高；（2）加Si、Mn提高(t go)淬透性，强化铁素体F。3常用弹簧钢：65Mn、60Si2Mn。第68页/共111页第六十九页，共111页。4加工工艺路线(lxin)1）冷成形弹簧：对小型弹簧，一般在热处理强化后冷拔或冷卷成形。其强度极限可达1600MPa以上，且表面质量好。第69页/共111页第七十页，共111页。2）热成形弹簧：对于中大型弹簧加热至奥氏体区进行热卷成型；淬火+中温回火+喷丸处理；得到回火屈氏体组织；高
23、的弹性极限和足够(zgu)韧性。第70页/共111页第七十一页，共111页。五、滚动(gndng)轴承钢1、工作条件受载面积很小，有很高的集中交变载荷；接触部位滚动(gndng)和滑动摩擦。第71页/共111页第七十二页，共111页。2.性能要求1）高的表面硬度61-65HRC，提高耐磨性；2）高的弹性(tnxng)极限和接触疲劳强度3）足够的韧性和淬透性；4）良好尺寸稳定性；5）一定的耐蚀性。第72页/共111页第七十三页，共111页。3成分特点1）高碳低铬：0.95-1.15%C、Cr60）；高的红硬性；一定的强韧性，防止刀刃折断 、崩刃。第76页/共111页第七十七页，共111页。3成分
24、特点(tdin)高碳：0.7-1.3%；常加入合金元素Cr、W、Mo、V等，提高红硬性、耐磨性、淬透性及防止其变形。严格限制S、P含量，保证工具钢具有一定韧性。第77页/共111页第七十八页，共111页。4加工工艺路线 下料 锻造(dunzo)球化退火 机械粗加工 淬火 低温回火 磨削 装配第78页/共111页第七十九页，共111页。5.常用刃具(rnj)钢牌号与热处理钢号钢号T10T109SiCr9SiCrW18Cr4VW18Cr4V名称名称碳素碳素刃具钢刃具钢低合金低合金刃具钢刃具钢高速钢高速钢成分成分1.0%C1.0%C0.85-1.5%C0.85-1.5%CSiSi、Cr1.5%Cr1
25、.5%0.7-1.65%0.7-1.65%、18%W18%W、4%Cr4%Cr、V1.5%V60HRC6062-67HRC62-67HRC；500-600500-600，HRC60HRC60第83页/共111页第八十四页，共111页。钢号钢号T10T109SiCr9SiCrW18Cr4VW18Cr4V应用应用低速小进低速小进给量切削给量切削、简单形、简单形状的刃具状的刃具中、低速切中、低速切削、形状较削、形状较复杂的刃具复杂的刃具和模具和模具高、中速、高、中速、大进给量切大进给量切削的刃具和削的刃具和冷作模具冷作模具第84页/共111页第八十五页，共111页。二、模 具 钢1冷作模具钢 冲裁模
26、、拉拨模、冷镦模1）工作条件 冲击载荷、强烈摩擦、很高压应力(yngl)和弯应力(yngl)、切削温度200300。第85页/共111页第八十六页，共111页。n n失效形式(xngsh)：磨损、崩刃、变形、断裂。n n2）性能要求n n高硬度和耐磨性；n n高强度和疲劳抗力；n n一定的韧性；好的淬透性；n n热处理变形小。第86页/共111页第八十七页，共111页。3）化学成分高碳；高合金（提高淬透性、二次硬化(ynghu)、防回火脆性）。4）热处理工艺正火+球化退火；淬火+低温回火（或高温回火）第87页/共111页第八十八页，共111页。5）组织：M回+合金碳化物+Ar6）常用冷作模具(
27、mj)钢：Cr12、Cr12MoV7）选择原则：尺寸小，形状简单的模具(mj)，可选用淬透性低有碳素工具钢；第88页/共111页第八十九页，共111页。n n形状(xngzhun)复杂的模具，可用低合金工具钢。n n批量大、寿命高或载荷较重的模具可选择Cr12型钢，其中Cr12MoV应用最广，有微变形钢的美称。n n对于承受重载荷的或要求高热硬性时可用高速钢制作模具。第89页/共111页第九十页，共111页。2热作模具钢 锤锻模、热压模、压铸模1）工作条件 载荷复杂；强烈摩擦(mc)、工作温度500900、冷热循环。失效形式：磨损、崩裂、塌陷、龟裂。第90页/共111页第九十一页，共111页。
28、2）性能要求高温综合性能好；高淬透性；低回火(hu hu)脆性；良好的韧性；良好抗氧化和冷热疲劳的能力。第91页/共111页第九十二页，共111页。3）化学成分（1）中碳；（2）中高合金：提高淬透性、韧性；二次硬化(ynghu)；防回火脆性。第92页/共111页第九十三页，共111页。4）常用热作模具钢和热处理：正火：改善切削性能；（1）热锻模(dun m)：5CrNiMo热处理工艺：调质处理。组织：S回和T回第93页/共111页第九十四页，共111页。（2）热压模：3Cr2W8V热处理工艺(gngy)：淬火+三次560回火。组织：M回+合金碳化物+Ar。第94页/共111页第九十五页，共11
29、1页。第五节 不锈钢在一定(ydng)腐蚀介质中不受腐蚀或抗蚀性很高的钢称为不锈钢。腐蚀是指钢与周围介质发生化学作用或电化学作用而受到破坏的现象。金属抵抗腐蚀的能力称为金属的抗蚀性。第95页/共111页第九十六页，共111页。1、金属(jnsh)的腐蚀和防护腐蚀形式：面腐蚀（均匀腐蚀）、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等。主要原因：电化学腐蚀。第96页/共111页第九十七页，共111页。1）电化学腐蚀的条件 必须有两种或两相金属(jnsh)；有电解质溶液存在；三者互相接触，形成微电池。第97页/共111页第九十八页，共111页。由于大气中含有蒸气、CO2和SO2等气体，在两种或两相金属之间
30、很容易形成上述(shngsh)条件，所以常温下的腐蚀几乎都是电化学腐蚀。第98页/共111页第九十九页，共111页。2）防止金属腐蚀的方法 表面保护：发蓝、磷化、钝化、阳极化、喷漆、电镀等。合金化：在金属中加入一定的合金元素，使其本身的抗蚀性提高。这是一种(y zhn)最有效的方法，可以从根本上防止金属腐蚀。第99页/共111页第一百页，共111页。3）提高(t go)钢的耐蚀性途径a获得单相组织：加入Cr、Ni等，使钢成为单相铁素体、马氏体或奥氏体，无形成微电池的条件；第100页/共111页第一百零一页，共111页。b提高基体相的电极电位加入Cr后，溶入基体组织内可使电极电位显著提高，即使是
31、有条件形成微电池，基体也成为阴极受到保护；钢中含有(hn yu)12%以上的Cr时可显著提高其电极电位，因此不锈钢的含Cr量均大于12%。第101页/共111页第一百零二页，共111页。c形成钝化薄膜 加入Cr等合金元素可使钢表面形成致密(zhm)牢固的钝化膜，与介质隔离。第102页/共111页第一百零三页，共111页。2、常用的不锈钢 按正火组织的不同(b tn)，通常把不锈钢分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢。第103页/共111页第一百零四页，共111页。1）铁素体不锈钢 Cr17型钢强度低、塑性好；较高的耐硝酸(xio sun)等氧化介质腐蚀的能力，不耐硫酸、盐酸；作强度要求
32、不高、耐硝酸(xio sun)和氨气的部件。第104页/共111页第一百零五页，共111页。如石油化工设备(shbi)的容器和管道。抛光性能好，用于装饰品。2）马氏体不锈钢 Cr13型钢因含Cr量较低，抗蚀性比铁素体不锈钢较差。第105页/共111页第一百零六页，共111页。n强度高，s 400MPa。n可制作抗弱蚀介质(jizh)的结构件和工具。第106页/共111页第一百零七页，共111页。n n1Cr13、2Cr13钢含碳量较低，多作结构件，采用(ciyng)700左右的高温回火；n n3Cr13、4Cr13钢含碳量较高，多作工具钢，采用(ciyng)250左右的低温回火。第107页/共111页第一百零八页，共111页。3）奥氏体不锈钢18-8型钢，例、1Cr18Ni9Ti。很高的抗蚀性，适应面宽。塑性和韧性(rn xn)好，易成形。它的切削加工性较差。第108页/共111页第一百零九页，共111页。n n不能热处理强化，其强化手段(shudun)是加工硬化，s1200MPa。n n无磁。n n可制作不受力的抗强蚀介质的石油化工机械、仪器仪表、非磁性零件和外壳。第109页/共111页第一百一十页，共111页。结 束第110页/共111页第一百一十一页，共111页。