常用金属材料和性能ppt课件.ppt
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1、第第5章章常用金属材料及性能常用金属材料及性能5.1工业用钢分类与牌号工业用钢分类与牌号5.2结构钢(结构钢(structuralsteel)5.3滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢5.4铸铁(铸铁(castiron)5.5有色金属及其合金(有色金属及其合金(non-ferrousalloy)5.6粉末冶金材料(自学)粉末冶金材料(自学)退出退出5.1钢的分类与钢中的合金元素(钢的分类与钢中的合金元素(alloyelement)5.1.15.1.1工业用钢分类与牌号工业用钢分类与牌号工业用钢分类与牌号工业用钢分类与牌号(1)我国现行钢分类与牌号的特点我国现行钢
2、分类与牌号的特点有统一国标,钢号直观、实用,并靠近国际标准。有统一国标,钢号直观、实用,并靠近国际标准。(2)(2)钢的分类钢的分类钢的分类钢的分类按按Wc:低碳钢(低碳钢(0.25%););中碳钢(中碳钢(0.250.60%);高碳钢(高碳钢(0.60%)。)。按冶金质量:按冶金质量:普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。钢。按脱氧程度:按脱氧程度:沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。按用途、成分、性能和热处理特点(最实用)。按用途、成分、性能和热处理特点(最实用)。表表5-1图图5-1(3)(3)钢的牌号钢的牌号
3、钢的牌号钢的牌号要要求:求:会识别、(图纸上)一看就明白。会识别、(图纸上)一看就明白。基本类型:基本类型:两类两类主要以力学性能表示:主要以力学性能表示:主要以力学性能表示:主要以力学性能表示:如如Q235AF(常简写成(常简写成Q235,不保证化学成分)。,不保证化学成分)。主要以化学成分表示:主要以化学成分表示:主要以化学成分表示:主要以化学成分表示:碳与合金元素含量。碳与合金元素含量。例例1.45Wc=0.45%的优质钢。的优质钢。例例2.08FWc=0.08%的沸腾钢。的沸腾钢。例例3.40CrWc=0.40%及及Wcr=1%。记忆方式与技巧介绍。记忆方式与技巧介绍。表表5-25.2
4、结构钢(结构钢(structuralsteel)用于结构件用于结构件用于结构件用于结构件工程结构:如建筑物珩架、桥梁、车辆等。工程结构:如建筑物珩架、桥梁、车辆等。工程结构:如建筑物珩架、桥梁、车辆等。工程结构:如建筑物珩架、桥梁、车辆等。机器零件:如齿轮、螺栓、轴等。机器零件:如齿轮、螺栓、轴等。机器零件:如齿轮、螺栓、轴等。机器零件:如齿轮、螺栓、轴等。5.2.15.2.1碳素结构钢(碳素结构钢(碳素结构钢(碳素结构钢(carbonstructuralsteelcarbonstructuralsteel)保证力学性能:保证力学性能:一般用途;以型材(棒、板、型钢)供一般用途;以型材(棒、板
5、、型钢)供应。应。组组织织状状态:态:轧后空冷、轧后空冷、F+P;不再热处理。设计时注;不再热处理。设计时注意尺寸效应。意尺寸效应。典典型型牌牌号:号:Q235。表表5-35.2.15.2.1低合金高强度钢(低合金高强度钢(低合金高强度钢(低合金高强度钢(HSLAHSLA)添加少量合金元素(添加少量合金元素(Nb、V等)起各种强化作用。等)起各种强化作用。用于重要工程结构(桥梁、压力容器等),能减轻自用于重要工程结构(桥梁、压力容器等),能减轻自重、降低成本等。重、降低成本等。典型牌号:典型牌号:Q295、Q420等。等。表表5-45.2.25.2.2优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢
6、优质碳素结构钢Ws、Wp0.035%性能特点:性能特点:随随Wc升高,强度和硬度提高,塑、韧性有所下降。升高,强度和硬度提高,塑、韧性有所下降。零件制造中若经过热处理,可大幅度提高性能零件制造中若经过热处理,可大幅度提高性能(强度强度)。应用应用:0825(15Mn):低低碳碳钢钢,塑塑性性好好,可可焊焊性性好好,直直接接冲冲压压成形或作焊接件。成形或作焊接件。1525:低碳钢,可作渗碳用钢。低碳钢,可作渗碳用钢。3055:中碳钢,经调质处理做较重要的机器零件。中碳钢,经调质处理做较重要的机器零件。60:中高碳钢,淬火中高温回火,一般弹簧及较中高碳钢,淬火中高温回火,一般弹簧及较高强度零件。高
7、强度零件。表表5-55.2.35.2.3合金结构钢(合金结构钢(合金结构钢(合金结构钢(alloystructuralsteelalloystructuralsteel)(1)(1)合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢用途及性能特点:用途及性能特点:用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零用于承受较大冲击负荷、同时表面经受强烈摩擦磨损的零件件(如换档齿轮等如换档齿轮等)。经渗碳及淬、回火后,表硬内韧。经渗碳及淬、回火后,表硬内韧。合金化原则:合金化原则:低碳低碳(0.25%),保证渗碳及热处理后表、里的良好配合。,保证渗碳及热处理后表、里的良好配合。加加提提高高淬淬透透性性元元素
8、素,Cr、Mn、Ni、B等等,保保证证心心部部良良好强韧性。好强韧性。加加V、Ti、W等,阻止渗碳时晶粒长大。等,阻止渗碳时晶粒长大。热热处处理理特特点点:一一般般渗渗碳碳后后预预冷冷、直直接接淬淬火火低低温温回回火火(55HRC)。常常用用钢钢种:种:低淬透性低淬透性15(20)、20Cr;中淬透性中淬透性20CrMnMo、20MnTiB;高淬透性高淬透性18Cr2Ni4W、20Cr2Ni4。表表5-6(2)(2)合金调质钢合金调质钢合金调质钢合金调质钢用途及性能特点:用途及性能特点:高强度(承受较大负荷)及高韧性(防止断裂事故)的高强度(承受较大负荷)及高韧性(防止断裂事故)的重要零件(如
9、机床主轴)具有良好的综合力学性能。重要零件(如机床主轴)具有良好的综合力学性能。合金化原则:合金化原则:中中碳碳(0.300.5%),保保证证热热处处理理后后足足够够强强度度,又又不不致致太脆。太脆。加加淬淬透透性性元元素素(Cr、Ni、Mn、Si、B),保保证证大大截截面面均均一的性能。一的性能。细化晶粒元素(细化晶粒元素(V、W、Mo等)。等)。加加Mo,消除回火脆性。,消除回火脆性。热处理:热处理:调质即调质即淬火淬火+高温回火高温回火(500650)。常用典型钢种:常用典型钢种:低淬透性低淬透性:45、40Cr、40MnB;中淬透性中淬透性:35CrMo、30CrMnSi;高淬透性高淬
10、透性:40CrNiMo、40CrMnMo。表表5-7(3)(3)合金弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢用途、性能:用途、性能:承受较大负荷的弹簧;高的承受较大负荷的弹簧;高的e、-1及及s/b。合金化:合金化:中、高碳(中、高碳(0.450.9%););加加Sie及(及(s/b);加加Mn、Si、或、或Cr淬透性淬透性;加加Mo、W、V细化晶粒(重要弹簧)。细化晶粒(重要弹簧)。热处理:热处理:淬火中温回火,回火屈氏体淬火中温回火,回火屈氏体4248HRC。常用钢种:常用钢种:65;65Mn;60Si2Mn;50CrV。表表5-85.2.45.2.4其它结构钢其它结构钢其它结构钢其它结构钢易
11、切削钢:易切削钢:易切削钢:易切削钢:加加S、Pb、Ca、P等等(减减摩摩、易易断断屑屑等等),提提高高切切削削加加工性,强度次要。工性,强度次要。铸钢(铸钢件):铸钢(铸钢件):铸钢(铸钢件):铸钢(铸钢件):特特点:点:直接铸造成零件的结构钢,用于形状复杂、直接铸造成零件的结构钢,用于形状复杂、性能要求较高的场合。重型机械,矿山、工性能要求较高的场合。重型机械,矿山、工程机械等。程机械等。成成分:分:低、中碳。低、中碳。热处理:热处理:进行正火、退火,重要件进行淬火、回火。进行正火、退火,重要件进行淬火、回火。表表5-95.3滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐热钢滚动轴承钢、工具钢、不锈钢和耐
12、热钢5.3.15.3.1滚动轴承钢(滚动轴承钢(滚动轴承钢(滚动轴承钢(rollingbearingsteelrollingbearingsteel)用途、性能:用途、性能:轴承零件;高抗压强度、疲劳强度、高硬度与耐磨性。轴承零件;高抗压强度、疲劳强度、高硬度与耐磨性。合合金金化:化:高高碳碳(0.951.15%),0.41.65%Cr,以以及及特特殊殊要要求求的成分。的成分。S、P要求严,冶金质量高。要求严,冶金质量高。热热处处理:理:球化退火(预先热处理)及淬火、低温回球化退火(预先热处理)及淬火、低温回火,火,6064HRC。典典型型钢钢种:种:GCr15(中小型轴承)(中小型轴承);G
13、20Cr2Ni4(大型渗碳轴承)(大型渗碳轴承);9Cr18(不锈轴承)。(不锈轴承)。表表5-105.3.25.3.2工具钢(工具钢(工具钢(工具钢(tool steeltool steeltool steeltool steel)刃具钢刃具钢刃具钢刃具钢用途、性能:用途、性能:较高切削的刀具;高硬度、高耐磨性及高热硬性。较高切削的刀具;高硬度、高耐磨性及高热硬性。合金化(高速钢):合金化(高速钢):高高碳碳(c c0.8%0.8%),以以形形成成大大量量碳碳化化物物,保保证证高高硬硬度度、高耐磨性。高耐磨性。较较多多W W与与MoMo(10%10%),产产生生W W2 2C C、MoMo2
14、 2C C等等细细小小弥弥散散硬硬化化,保证热硬性。保证热硬性。4%Cr4%Cr,淬透性。,淬透性。加加V V,提高硬度、耐磨性。,提高硬度、耐磨性。热热 处处 理:理:预先热处理;预先热处理;1200-1300 1200-1300 高温淬火高温淬火+3+3次次 560560回火回火,回火马氏体回火马氏体+碳化物碳化物,62,6266HRC66HRC。典型钢种:典型钢种:W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V、W18Cr4VW18Cr4V。图图5-25-2图图5-35-3 表表5-135-13 表表5-115-11 表表5-125-12模具钢模具钢模具钢
15、模具钢1)1)冷作模具钢:高碳(合金)钢。冷作模具钢:高碳(合金)钢。用途、性能:用途、性能:各种冷冲压、冷成型模具;高硬度高耐各种冷冲压、冷成型模具;高硬度高耐 磨性、足够整体强度与韧性。磨性、足够整体强度与韧性。合金化:合金化:高碳高碳Wc0.6Wc0.60.7%0.7%;淬透性元素:主加淬透性元素:主加CrCr,另,另MnMn、SiSi;MoMo、V V细化晶粒细化晶粒;Cr;Cr、MoMo、W W、V V提高耐磨性。提高耐磨性。热处理:热处理:淬火淬火+低温回火,低温回火,58HRC58HRC,细小马氏体,细小马氏体+碳化物碳化物+少少 量残余奥氏体。量残余奥氏体。典典 型型 钢钢 种
16、:种:T8T8、T10T10、T12T12;9Mn2V9Mn2V、9SiCr9SiCr、GCr15GCr15、Cr12MoVCr12MoV、65Nb65Nb、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。2)2)热作模具钢:中碳合金钢热作模具钢:中碳合金钢用途、性能:用途、性能:锻锻模模、热热挤挤压压模模、热热弯弯模模等等;耐耐热热性性、高高温温强强度度,耐热耐热 疲劳,高淬透性。疲劳,高淬透性。合金化:合金化:中碳(中碳(0.30.30.6%0.6%),保证强度、韧性等。保证强度、韧性等。CrCr、W W、SiSi(抗热疲劳);(抗热疲劳);MoMo、W W、V V(高温强度);(高温强度);C
17、rCr、MoMo、W W等多元(淬透性)。等多元(淬透性)。热处理:热处理:淬淬火火、中中温温回回火火(高高于于工工作作温温度度),353550HRC50HRC,回回火屈氏体、回火马氏体。火屈氏体、回火马氏体。典型钢种:典型钢种:4545、40Cr(40Cr(很少用很少用);5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo;3Cr2W8V3Cr2W8V;H11(4Cr5MoSiV)H11(4Cr5MoSiV)、H13(Cr5MoSiV1)H13(Cr5MoSiV1)。量具钢:高碳(低合金)钢量具钢:高碳(低合金)钢量具钢:高碳(低合金)钢量具钢:高碳(低合金)钢 用途、性能:用途、性
18、能:各各种种量量具具(卡卡尺尺、块块规规等等);高高硬硬度度、高高耐耐磨磨性性,高尺寸稳定性。高尺寸稳定性。合金化:合金化:高高碳碳(0.8%);Cr、Mn、Si等等(淬淬透透性性);Cr、W等(耐磨性)。等(耐磨性)。热处理:热处理:淬淬火火+(冷冷处处理理)+多多次次回回火火,使使残残余余奥奥氏氏体体转转变变及及稳定尺寸。稳定尺寸。典型钢种:典型钢种:9SiCr、CrWMn、GCr15或渗碳钢,硬质合金。或渗碳钢,硬质合金。5.3.35.3.3不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢不锈钢(不锈钢(不锈钢(不锈钢(Stainless SteelStainless Steel
19、Stainless SteelStainless Steel)用途、性能:用途、性能:腐蚀环境中的工作零件;耐蚀性及附加力学性能(强腐蚀环境中的工作零件;耐蚀性及附加力学性能(强 度、硬度)等。度、硬度)等。合金化:合金化:加加CrCr(121213%13%)提提高高电电极极电电位位、钝钝化化能能力力,使使耐耐蚀蚀性性。加足够加足够NiNi或或Cr Cr,呈单相奥氏体或单相铁素体状态。,呈单相奥氏体或单相铁素体状态。加加TiTi、NbNb等与碳形成稳定晶内碳化物,使晶间腐蚀等与碳形成稳定晶内碳化物,使晶间腐蚀。可加可加MnMn、N N代代NiNi奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢。热热处处理:理:A不
20、锈钢:不锈钢:固溶处理固溶处理(高温快冷高温快冷);F不锈钢:不锈钢:退火处理;退火处理;M不锈钢:不锈钢:淬火、回火。淬火、回火。典型钢种:典型钢种:A不锈钢:不锈钢:1Cr18Ni9Ti;F不锈钢:不锈钢:1Cr17;M不锈钢:不锈钢:3Cr13,9Cr18。表表5-14上上表表5-14下下耐热钢(耐热钢(耐热钢(耐热钢(heat resistant steelheat resistant steelheat resistant steelheat resistant steel)用途、性能:用途、性能:高高温温下下工工作作零零件件(如如锅锅炉炉管管道道);高高温温强强度度、抗抗氧氧化性等
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