工程材料概论5.ppt
第五讲第五讲 工业材料的脊梁工业材料的脊梁钢铁钢铁工具钢工具钢铸铁铸铁钢中常存元素及钢中常存元素及钢的分类钢的分类结构钢结构钢钢铁材料的特征钢铁材料的特征l品种繁多、性能多样l矿藏丰富，冶炼加工相对容易，价格较低l应用广泛，是最重要的工程材料一、钢中常存元素及钢的分类一、钢中常存元素及钢的分类 钢中常存元素对钢的性能的影响钢中常存元素对钢的性能的影响钢中五大元素钢中五大元素：C C、SiSi、MnMn、P P、S S其他作用：其他作用：降低焊接性能 形成硫化物夹杂 引起高温龟裂 恶化耐蚀性 偏析最严重元素；易切削钢：易切削钢：S=0.08%-0.20%S=0.08%-0.20%。硫化物夹杂 建造中的Titanic 号可以看到船身上长长的焊缝 Titanic Titanic Titanic Titanic 号采用号采用号采用号采用了含硫高的钢板，了含硫高的钢板，了含硫高的钢板，了含硫高的钢板，韧性很差，特别是韧性很差，特别是韧性很差，特别是韧性很差，特别是在低温呈脆性。在低温呈脆性。在低温呈脆性。在低温呈脆性。Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 钢中常存元素对钢的性能的影响钢中常存元素对钢的性能的影响 钢中常存元素对钢的性能的影响钢中常存元素对钢的性能的影响其他作用：其他作用：降低焊接性能 降低冷弯性能 提高钢的强度 提高耐腐蚀性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 钢中常存元素对钢的性能的影响钢中常存元素对钢的性能的影响溶于溶于F F，形成置换固溶体，形成置换固溶体 形成合金渗碳体形成合金渗碳体影响相变时的转变速度影响相变时的转变速度 提高珠光体的相对量，并使其细化提高珠光体的相对量，并使其细化 形成形成MnSMnS（熔点：（熔点：16201620）降低或消除热脆倾降低或消除热脆倾向向 稳定并扩大奥氏体区稳定并扩大奥氏体区 奥氏体不锈钢、耐热钢奥氏体不锈钢、耐热钢 条状条状MnSMnS夹杂夹杂横向性能下降横向性能下降溶于溶于F F，形成置换固溶体，形成置换固溶体增加钢的电阻和导磁性增加钢的电阻和导磁性形成硅酸盐夹杂形成硅酸盐夹杂 横向性能下降横向性能下降 钢中常存元素对钢的性能的影响钢中常存元素对钢的性能的影响钙硅酸盐按化学成分按化学成分按质量分类按质量分类钢钢按用途分类按用途分类按冶炼方法按冶炼方法按脱氧程度按脱氧程度 钢的分类钢的分类碳素钢（非合金钢）合金钢低碳钢 wc0.25%中碳钢 wc0.25%0.60%高碳钢 wc0.60%低合金钢 wMe5%中合金钢 wMe 510%高合金钢 wMe 10%钢的分类钢的分类钢钢 0.02wc2.11%普通钢碳素结构钢低合金结构钢优质钢高级优质钢 （A）D级碳素结构钢优质碳素结构钢合金结构钢 碳素工具钢高级优质碳素工具钢高级优质合金工具钢高级优质合金结构钢 钢的分类钢的分类特殊用途钢特殊用途钢结构钢结构钢工具钢工具钢碳素结构钢碳素结构钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢滚动轴承钢滚动轴承钢弹簧钢弹簧钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢 钢的分类钢的分类碳钢与合金钢的比较碳钢与合金钢的比较u 碳钢的特点碳钢的特点 冶炼加工容易 成本低,应用广 可热处理强化 回火稳定性差 淬透性差 基本相强度低,韧性差 不能满足特殊性能要求u 合金钢的特点合金钢的特点 冶炼加工困难 成本高 回火稳定性高 淬透性高 基本相强度高,韧性好 能满足特殊性能要求使用性能：使用性能：以以强韧性强韧性为主为主工艺性能：工艺性能：以以可焊性、淬透性可焊性、淬透性为主为主常用钢种：常用钢种：碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢 工程用钢：工程用钢：建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐磨钢耐磨钢机器用钢机器用钢结构钢结构钢二、结构钢二、结构钢 (普通普通)碳素结构钢碳素结构钢l牌号牌号：Q195Q195 Q215Q215 Q235Q235 Q255Q255 Q275Q275 A A、B B A A、B B、C C、D D A A、B Bl成分特点：成分特点：低C，高S、P，高非金属夹杂l性能特点：性能特点：冶炼容易、冶金质量差、机械性能低 可焊性、塑性好、工艺性好可焊性、塑性好、工艺性好l使用状态：使用状态：热轧空冷热轧空冷 S SF Fl用途：用途：工程结构件（钢板、钢筋、型钢等）普通机械零件（少）Wc 低时可用作焊接、铆接件等；重要零件用Q235C、Q235D (普通普通)碳素结构钢碳素结构钢l牌号：牌号：0808、1010、1515、2020、7575、8080、8585（F F）l成分特点：成分特点：Wc：0.08%0.85%C，S、P 0.04%l性能特点：性能特点：冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差 l使用状态：使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等）l用途：用途：比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 低合金结构钢低合金结构钢l牌号：牌号：或：或：16Mn16Mn、09MnV09MnV、09 09MnNbMnNb、15MnTi 15MnTi、14 14MnVTiReMnVTiRel成分特点：成分特点：l性能特点：性能特点：(s s)高、高、s s/b b高高 减重20%30%具有良好的塑性和足够的韧性 具有较高的冷加工成形性 具有良好的可焊性、耐蚀性 低的韧脆转变温度 Q295Q295 Q345Q345 Q390Q390 Q420Q420 Q460Q460 A A、B B A AE E A AE E A AE E C C、D D、E E低合金(WMe 3%)低C(Wc 0.2%)低合金结构钢低合金结构钢l使用状态：使用状态：热轧或正火l用途：用途：强度较高的工程结构件 调质钢调质钢l性能特点：性能特点：调质处理后具有 S S回回 综合性能 加工性能l成分特点成分特点：中碳（0.25%0.50%）低合金（3.5%）l加工工艺路线：加工工艺路线：下料 锻造 预备热处理 粗加工 调质 精加工 表面强化 装配正火或退火淬火+高温回火淬火+低温回火螺杆破碎机主轴破碎机主轴柴油机连杆柴油机连杆l分类及用途：分类及用途：低淬透性(D D0 0油油30 60mm60mm,40CrNiMo40CrNiMo、4040CrMnMoCrMnMo、38CrMoAlA)大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮汽轮机主轴汽轮机主轴 调质钢调质钢 弹簧钢弹簧钢l成分特点成分特点 中高碳：碳素弹簧钢为0.60.9%C 合金弹簧钢为0.450.7%C 主加元素：Si、Mn、Cr、V低S、P及非金属夹杂：保证表面质量高 疲劳强度高用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件l性能特点性能特点：高的s，s/b；高的-1；足够的韧性，耐震动、抗冲击高的淬透性l热处理特点：热处理特点：热轧弹簧热轧弹簧(10mm10mm大截面弹簧大截面弹簧)：热成型淬火+中温回火喷丸冷轧弹簧冷轧弹簧(123006120163KT330-8123308120163KT350-101235010120163KT370-121237012120163P基体基体KT450-54505152219KTZ500-45004179241KTZ600-36003201269KTZ700-27002240270铁素体可锻铸铁珠光体可锻铸铁 可锻铸铁（玛钢、马铁）可锻铸铁（玛钢、马铁）石墨成团絮状分布石墨成团絮状分布可锻铸铁可锻铸铁最低最低 b最低最低 l性能特点：性能特点：强度、塑韧性优于强度、塑韧性优于HTHT，低于低于QTQT铁素体可锻铸铁：铁素体可锻铸铁：有一定的强度，塑性、韧性较好 珠光体可锻铸铁：珠光体可锻铸铁：强度、硬度、耐磨性好，有一定的塑性、韧性 有一定的塑性变形能力有一定的塑性变形能力（12%12%），但不能锻造但不能锻造可锻铸铁管件可锻铸铁管件 可锻铸铁可锻铸铁石墨成团絮状分布石墨成团絮状分布 可锻铸铁可锻铸铁石墨成团絮状分布石墨成团絮状分布l应用：应用：形状复杂、承受冲击和振动载荷的零件 （汽车拖拉机的后桥外壳、管接头、低压阀门等）铁素体球墨铸铁珠光体+铁素体球墨铸铁珠光体球墨铸铁 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布l牌号牌号：QT -球墨铸铁球墨铸铁最低最低 b最低最低 牌号牌号基体基体 bMPa 5%HBQT400-17F40017179QT420-10F42010207QT500-5F+P5005147-241QT600-2P6002229-302QT700-2P7002229-302QT800-2P8002241-321QT1200-1下B1200138HRCl热处理特点热处理特点退火退火 去应力退火去应力退火，500 600。低温退火低温退火，720760，PG+F，塑韧性、切削加工性 高温退火高温退火，900950，P,CmG+F，塑韧性、切削加工性 正火正火 P%，细化组织，强度、耐磨性 低温正火低温正火，840860，P+F+G，塑韧性较好。高温正火高温正火，880920，P+G+少量F，强度较高。调质调质 850900油淬+550600回火回火S+G等温淬火等温淬火 840900+300等温下B+G 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布 调质、等温淬火后综合机械性能好，但仅适于小尺寸零件下B+G 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布l性能特点：性能特点：强、塑、韧、弯曲、疲劳明显优于灰铸铁其综合机械性能接近于钢缺点：消振性能低l应用：应用：受力复杂、负荷较大、要求耐磨的铸件 （替代部分铸钢、锻钢件）P P 球墨铸铁：内燃机曲轴、凸轮轴、连杆、轧辊等F F 球墨铸铁：阀门、汽车后桥、犁铧、收割机导架等管道接口管道接口 铸铁曲轴铸铁曲轴轧辊与轧环轧辊与轧环球球墨墨铸铸铁铁中中的的石石墨墨球球 球墨铸铁球墨铸铁石墨成球状分布石墨成球状分布 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布l牌号牌号：RuT 蠕墨铸铁蠕墨铸铁最低最低 b牌号bMPa0.2MPa%硬度HB基体不 小 于RuT4204203350.75200280PRuT3803803000.75193274PRuT3403402701.0170249P+FRuT3003002401.5140217F+PRuT2602601953121197F珠光体基体珠光体基体铁素体基体铁素体基体进气管进气管排气管排气管l性能特点：性能特点：强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。l应用：应用：制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件 （钢锭模、玻璃模具、汽缸盖、排气阀、液压阀、耐压泵、高压热交换器等）蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布玻璃模具玻璃模具制动鼓制动鼓 蠕墨铸铁蠕墨铸铁石墨成蠕虫状分布石墨成蠕虫状分布合金铸铁合金铸铁钢铁的特性钢铁的特性
