材料科学工程材料PPT学习教案.pptx

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1、会计学1材料科学工程材料科学工程(gngchng)材料材料第一页，共123页。一、钢材的生产一、钢材的生产(shngchn)过程过程及钢的类型及钢的类型第1页/共123页第二页，共123页。（一）钢材（一）钢材(gngci)的生产的生产铁矿石 生铁 钢(钢锭(gngdng)型材铸铁铸铁(zhti)1 1、生铁的冶炼、生铁的冶炼原料：铁矿石原料：铁矿石燃料：焦炭燃料：焦炭熔剂：石灰石熔剂：石灰石设备：高炉设备：高炉2 2、钢的冶炼、钢的冶炼原料：生铁、废钢原料：生铁、废钢燃料：焦炭燃料：焦炭熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂熔剂：石灰石；氧化剂，脱氧剂设备：炼钢炉设备：炼钢炉（钢板、型钢、钢管）（钢板

2、、型钢、钢管）第2页/共123页第三页，共123页。1 1、铁的生产、铁的生产(shngchn)(shngchn)过程过程n n 炼铁过程实质上是将铁从其炼铁过程实质上是将铁从其自然形态自然形态矿石等含铁化合物中矿石等含铁化合物中还原出来的过程。还原出来的过程。n n 炼铁方法主要有高炉法、直炼铁方法主要有高炉法、直接还原法、熔融还原法等。接还原法、熔融还原法等。n n 原理：矿石在特定原理：矿石在特定(tdng)(tdng)的气氛中（还原物质的气氛中（还原物质COCO、H2H2、C C；适宜温度等）通过反应获取还；适宜温度等）通过反应获取还原后的生铁。原后的生铁。第3页/共123页第四页，共

3、123页。高高 炉炉第4页/共123页第五页，共123页。钢与生铁的区别：钢与生铁的区别：首先是碳的含量首先是碳的含量(hnling)(hnling)，理论上一般把碳，理论上一般把碳含量含量(hnling)(hnling)小于小于2.11%2.11%称之称之钢，它的熔点在钢，它的熔点在1450145015001500，而生铁的熔点在，而生铁的熔点在1100110012001200。在钢中碳元素和铁元素形在钢中碳元素和铁元素形成成Fe3CFe3C固熔体，随着碳含量固熔体，随着碳含量(hnling)(hnling)的增加，其强度、的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性硬度增加，而塑性和冲击韧性

4、降低。降低。第5页/共123页第六页，共123页。2 2 2 2、炼钢的基本任务、炼钢的基本任务、炼钢的基本任务、炼钢的基本任务(rn wu)(rn wu)(rn wu)(rn wu)和生产过程和生产过程和生产过程和生产过程 炼炼钢钢的的基基本本任任务务是是脱脱碳碳、脱脱磷磷、脱脱硫硫、脱脱氧氧，去去除除有有害害气气体体和和非非金金属属夹夹杂杂物物，提高提高(t go)(t go)温度和调整成分。温度和调整成分。第6页/共123页第七页，共123页。3.3.钢中主要钢中主要(zhyo)(zhyo)成分及作用成分及作用n n 炼钢把生铁中的含碳量去炼钢把生铁中的含碳量去除到规定范围，并使其它元素

5、除到规定范围，并使其它元素的含量减少或增加的含量减少或增加(zngji)(zngji)到到规定范围的过程。规定范围的过程。n n 简单地说，是对生铁降碳、简单地说，是对生铁降碳、去硫磷、调硅锰含量的过程。去硫磷、调硅锰含量的过程。这一过程基本上是一个氧化过这一过程基本上是一个氧化过程，是用不同来源的氧来氧化程，是用不同来源的氧来氧化铁水中的碳、硅锰等元素。铁水中的碳、硅锰等元素。第7页/共123页第八页，共123页。（1 1 1 1）钢中的成分）钢中的成分）钢中的成分）钢中的成分(chng fn)(chng fn)(chng fn)(chng fn)(碳碳碳碳)n n 炼钢的重要任务之一就是要

6、把熔池中的碳氧化脱炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱炼钢的重要任务之一就是要把熔池中的碳氧化脱除至所炼钢种的要求。从钢的性质可看出碳也是重要除至所炼钢种的要求。从钢的性质可看出碳也是重要除至所炼钢种的要求。从钢的性质可看出碳也是重要除至所炼钢种的要求。从钢的性质可看出碳也是重要的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性的合金元素，它可以增加钢的强度和硬度，但对韧性产生不利影响。产生不利影响。产生不利影响。产生不利影响。n n钢中的碳决定了冶炼、轧制和

7、热处理的温度钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度钢中的碳决定了冶炼、轧制和热处理的温度(wnd)(wnd)(wnd)(wnd)制度。制度。制度。制度。C0.8%C0.8%时，每增时，每增0.1%0.1%的碳的碳 熔点熔点(rngdin)(rngdin)降低降低6.56.5 密度减少密度减少4kg/m34kg/m3 溶解度降低溶解度降低0.001%0.001%第8页/共123页第九页，共123页。（2 2）磷对钢性能）磷对钢性能(xngnng)(xngnng)的影响的影响n n磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的磷是

8、有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的磷是有害元素。钢中磷的含量高会引起钢的“冷脆冷脆冷脆冷脆”，即从高温降到，即从高温降到，即从高温降到，即从高温降到0000以下，钢的塑性和冲以下，钢的塑性和冲以下，钢的塑性和冲以下，钢的塑性和冲击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。击韧性降低，并使钢的焊接性能与冷弯性能变差。n n磷是仅次于硫在钢的中偏析度高的元素（合金中磷是仅次于硫在钢的中偏析度高的元素（合金中磷是仅次于硫在钢的中偏析度高的元素（合金中磷是仅次于硫在钢的中偏析度高的元素（合金中各组成元素在结晶时分布

9、不均匀的现象称为偏析）各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析）各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析）各组成元素在结晶时分布不均匀的现象称为偏析），偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以，偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以，偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以，偏析很难消除，从而严重影响钢的性能，所以脱磷是炼钢过程脱磷是炼钢过程脱磷是炼钢过程脱磷是炼钢过程(guchng)(guchng)(guchng)(guchng)的重要任务之一。的重要任务之一。的重要任务之一。的重要任务之一。第9页/共123页第十页，共123页。磷在钢中是以磷在钢中是以Fe3PFe3P或或Fe2PFe

10、2P形式存在，但通常是形式存在，但通常是以以PP来表达。来表达。不同用途不同用途(yngt)(yngt)的钢对磷的含量有严格要求：的钢对磷的含量有严格要求：非合金钢中普通质量级钢非合金钢中普通质量级钢P0.045%P0.045%优质级钢优质级钢 P0.035%P0.035%特殊质量级钢特殊质量级钢 P0.025%P0.025%有的甚至要求有的甚至要求 P0.010%P0.010%有些钢种有些钢种:炮弹钢，需加炮弹钢，需加P P元素。元素。第10页/共123页第十一页，共123页。（3 3）钢中的硫钢中的硫钢中的硫钢中的硫 硫 对 钢 的 性 能 会 造 成(zo chn)不良影响，钢中硫含量高

11、，会使钢的热加工性能变坏，即造成(zo chn)钢的“热脆”性。硫在钢中以FeS的形式存在，Fe与FeS组成的共晶体的熔点只有985。当钢中的S0.020%时，在11501200的热加工过程中，晶界处的共晶体熔化，钢受压时造成(zo chn)晶界破裂，即发生“热脆”现象。第11页/共123页第十二页，共123页。n n不同钢种不同钢种(gngzhng)(gngzhng)对硫含对硫含量有严格的规定：量有严格的规定：n n 普通质量级钢普通质量级钢S0.045%S0.045%n n 优质级钢优质级钢 S0.035%S0.035%，n n 特殊质量级钢特殊质量级钢S0.025%S0.025%n n

12、第12页/共123页第十三页，共123页。（4 4 4 4）氧对钢性能）氧对钢性能）氧对钢性能）氧对钢性能(xngnng)(xngnng)(xngnng)(xngnng)的影响的影响的影响的影响n n 在在在在炼炼炼炼钢钢钢钢过过过过程程程程中中中中，向向向向熔熔熔熔池池池池供供供供入入入入了了了了大大大大量量量量的的的的氧氧氧氧气气气气，到到到到吹吹吹吹炼炼炼炼终点时，钢水中含有过量的氧。终点时，钢水中含有过量的氧。终点时，钢水中含有过量的氧。终点时，钢水中含有过量的氧。n n 如如如如不不不不脱脱脱脱氧氧氧氧，在在在在出出出出钢钢钢钢、浇浇浇浇铸铸铸铸中中中中，温温温温度度度度(wnd)(

13、wnd)(wnd)(wnd)降降降降低低低低，氧氧氧氧溶溶溶溶解解解解度度度度降降降降低低低低，促促促促使使使使碳碳碳碳氧氧氧氧反反反反应应应应，钢钢钢钢液液液液剧剧剧剧烈烈烈烈沸沸沸沸腾腾腾腾，使使使使浇浇浇浇铸困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯。铸困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯。铸困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯。铸困难，得不到正确凝固组织结构的连铸坯。第13页/共123页第十四页，共123页。（5 5 5 5）锰锰锰锰(Mn)(Mn)(Mn)(Mn)对钢能的影响对钢能的影响对钢能的影响对钢能的影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)锰锰锰锰

14、的的的的作作作作用用用用是是是是消消消消除除除除钢钢钢钢中中中中硫硫硫硫的的的的热热热热脆脆脆脆倾倾倾倾向向向向，改改改改变变变变硫硫硫硫化化化化物物物物的的的的形形形形态态态态和和和和分布以提高钢质；分布以提高钢质；分布以提高钢质；分布以提高钢质；锰锰锰锰是是是是一一一一种种种种非非非非常常常常弱弱弱弱的的的的脱脱脱脱氧氧氧氧剂剂剂剂，在在在在碳碳碳碳含含含含量量量量(hnling)(hnling)(hnling)(hnling)非非非非常常常常低低低低、氧氧氧氧含含含含量量量量(hnling)(hnling)(hnling)(hnling)很很很很高高高高时时时时，可可可可以以以以显显显显

15、示示示示出出出出脱脱脱脱氧氧氧氧作作作作用用用用，协协协协助助助助脱脱脱脱氧氧氧氧，提高他们的脱氧能力；提高他们的脱氧能力；提高他们的脱氧能力；提高他们的脱氧能力；锰锰锰锰还还还还可可可可以以以以略略略略微微微微提提提提高高高高钢钢钢钢的的的的强强强强度度度度，并并并并可可可可提提提提高高高高钢钢钢钢的的的的淬淬淬淬透透透透性性性性能能能能，稳稳稳稳定定定定并并并并扩扩扩扩大大大大奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体区区区区，常常常常作作作作为为为为合合合合金金金金元元元元素素素素生生生生成成成成奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢、耐耐耐耐热热热热钢等。钢等。钢等。钢等。第14页/共123页

16、第十五页，共123页。（6 6 6 6）硅）硅）硅）硅(Si)(Si)(Si)(Si)对钢能的影响对钢能的影响对钢能的影响对钢能的影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)硅硅硅硅是是是是钢钢钢钢中中中中最最最最基基基基本本本本(jbn)(jbn)(jbn)(jbn)的的的的脱脱脱脱氧氧氧氧剂剂剂剂。普普普普通通通通钢中含硅在钢中含硅在钢中含硅在钢中含硅在0.17%-0.37%0.17%-0.37%0.17%-0.37%0.17%-0.37%。生生生生产产产产沸沸沸沸腾腾腾腾钢钢钢钢时时时时，SiSiSiSi为为为为0.03%-0.07%0.03%-0.07%

17、0.03%-0.07%0.03%-0.07%，MnMnMnMn为为为为0.25%-0.70%0.25%-0.70%0.25%-0.70%0.25%-0.70%。硅硅硅硅能能能能提提提提高高高高钢钢钢钢的的的的机机机机械械械械性性性性能能能能，增增增增加加加加了了了了钢钢钢钢的的的的电电电电阻和导磁性。阻和导磁性。阻和导磁性。阻和导磁性。第15页/共123页第十六页，共123页。（6 6）铝）铝(Al)(Al)对钢能的影响对钢能的影响(yngxing)(yngxing)铝是终脱氧剂，生产镇静钢时，铝是终脱氧剂，生产镇静钢时，AlAl多在多在0.005%-0.005%-0.05%0.05%，通常为

18、，通常为0.01%-0.03%0.01%-0.03%。钢中铝的加入量因氧量而。钢中铝的加入量因氧量而异，对高碳钢应少加些，而低碳钢则应多加，加入量一异，对高碳钢应少加些，而低碳钢则应多加，加入量一般为般为:0.3-1.0kg/t:0.3-1.0kg/t钢。钢。铝加到钢中将与氧发生反应生成铝加到钢中将与氧发生反应生成Al2O3Al2O3，在出钢、镇，在出钢、镇静和浇铸时生成的静和浇铸时生成的Al2O3Al2O3大部分上浮排除，在凝固过程中大部分上浮排除，在凝固过程中大量细小大量细小(xxio)(xxio)分散的分散的Al2O3Al2O3还能促进形成细晶粒钢。还能促进形成细晶粒钢。铝是调整钢的晶粒

19、度的有效元素。铝是调整钢的晶粒度的有效元素。第16页/共123页第十七页，共123页。（二）（二）钢的分类钢的分类(fn li)(fn li)与编号与编号第17页/共123页第十八页，共123页。钢的分钢的分类类(fn(fn li)li)钢钢 碳素钢碳素钢（非合金钢）（非合金钢）合金钢合金钢1 1、按含碳量分、按含碳量分低碳钢低碳钢 0.0218%C 0.25%0.0218%C 0.25%中碳钢中碳钢 0.25%C 0.6%0.25%C 0.6%高碳钢高碳钢 0.6%C2.11%0.6%C0.60%)(C0.60%)(C0.60%)(C0.60%)。第19页/共123页第二十页，共123页。合

20、金钢是指钢中除含有硅和锰脱氧元素外，还加有其他合金元素的合金钢是指钢中除含有硅和锰脱氧元素外，还加有其他合金元素的钢。钢。根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。一般合金元素总含量小于合金钢。一般合金元素总含量小于3%3%的为普通低合金钢，总含量为的为普通低合金钢，总含量为3%3%5%5%的为低合金钢，大于的为低合金钢，大于10%10%的叫高合金钢，总含量介于的叫高合金钢，总含量介于5%5%10%10%之间为之间为中合金钢。中合金钢。按钢中所含有的主要合金元素不同可分为锰钢按钢中所含有的主要合金元素不同可分为锰

21、钢(mn n)(mn n)、硅钢、硅钢、硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢等。硼钢、铬镍钨钢、铬锰硅钢等。第20页/共123页第二十一页，共123页。2 2 2 2、按脱氧、按脱氧、按脱氧、按脱氧(tu yng)(tu yng)(tu yng)(tu yng)程度和质量水平分类程度和质量水平分类程度和质量水平分类程度和质量水平分类n n按按脱脱氧氧程程度度不不同同可可分分为为沸沸腾腾钢钢（不不经经脱脱氧氧或或微微弱弱(wiru)(wiru)脱脱氧氧）、半半镇镇静静钢钢（脱脱氧氧不不完完全全，介介于于镇镇静静钢钢和和沸沸腾腾钢钢之之间间）、镇镇静静钢钢（脱氧充分）和特种镇静钢（脱氧充分）和特种镇静钢.n

22、n按按冶冶金金质质量量水水平平不不同同可可分分为为普普通通钢、优质钢和高级优质钢。钢、优质钢和高级优质钢。第21页/共123页第二十二页，共123页。3 3、按用途、按用途(yngt)(yngt)分类分类 n n分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。n n结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种结构钢是目前生产最多、使用最广的钢种(gngzhng)(gngzhng)(gngzhng)(gngzhng)，它包

23、括碳素结构钢和合金结构钢，主，它包括碳素结构钢和合金结构钢，主，它包括碳素结构钢和合金结构钢，主，它包括碳素结构钢和合金结构钢，主要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结要用于制造机器和结构的零件及建筑工程用的金属结构等。构等。构等。构等。第22页/共123页第二十三页，共123页。二、非合金钢的牌号二、非合金钢的牌号(piho)及其及其应用应用第23页/共123页第二十四页，共123页。1 1、碳素结构钢、碳素结构钢 牌号：牌号：Q+Q+屈服点数值屈服点数值(shz)+(shz)+质量等级质量等

24、级(A(A、B B、C C、D D、E E共五级共五级)+)+脱氧方式（脱氧方式（F F沸腾钢、沸腾钢、b b半镇静钢、半镇静钢、Z Z镇静钢、镇静钢、TZTZ特殊镇静钢）。特殊镇静钢）。规格：规格：Q195Q195，Q215Q215，Q235Q235，Q255Q255，Q275Q275。Q235AF Q235AF代表屈服点代表屈服点s=235Mpas=235Mpa、质量为、质量为A A级的沸腾碳素结构钢。级的沸腾碳素结构钢。用途用途(yngt)：薄板，铁丝，螺纹钢，钉，小轴，螺栓等。：薄板，铁丝，螺纹钢，钉，小轴，螺栓等。第24页/共123页第二十五页，共123页。2 2、优质、优质(yuz

25、h)(yuzh)碳素结构钢碳素结构钢牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为万分之几。若钢中锰的含量较高，在两位数字后面万分之几。若钢中锰的含量较高，在两位数字后面(humian)加加Mn。例如：例如：45号钢表示钢中平均碳含量为号钢表示钢中平均碳含量为0.45%。08F钢钢主要主要(zhyo)用于冷冲压件用于冷冲压件第25页/共123页第二十六页，共123页。2 2、优质、优质(yuzh)(yuzh)碳素结构钢碳素结构钢牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为万分之几。若钢中锰的含

26、量较高，在两位数字后面万分之几。若钢中锰的含量较高，在两位数字后面(humian)加加Mn。例如：例如：45号钢表示钢中平均碳含量为号钢表示钢中平均碳含量为0.45%。10102525钢钢 主要用于冲压件、焊接件、强度要求主要用于冲压件、焊接件、强度要求(yoqi)(yoqi)不高的零件。不高的零件。第26页/共123页第二十七页，共123页。2 2、优质、优质(yuzh)(yuzh)碳素结构钢碳素结构钢牌号：用两位数字表示牌号：用两位数字表示(biosh)，该数字表示，该数字表示(biosh)钢中平均含碳量为钢中平均含碳量为万分之几。若钢中锰的含量较高，在两位数字后面加万分之几。若钢中锰的含

27、量较高，在两位数字后面加Mn。例如：例如：45号钢表示号钢表示(biosh)钢中平均碳含量为钢中平均碳含量为0.45%。30305555钢钢 主要主要(zhyo)(zhyo)用于受力较大的机械零件用于受力较大的机械零件第27页/共123页第二十八页，共123页。2 2、优质、优质(yuzh)(yuzh)碳素结构钢碳素结构钢牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为万分之几。若钢中锰的含量较高，在两位数字后面万分之几。若钢中锰的含量较高，在两位数字后面(humian)加加Mn。例如：例如：45号钢表示钢中平均碳含量为号钢表示钢中平均碳含量为0

28、.45%。6060以上的钢主要用于制作以上的钢主要用于制作(zhzu)(zhzu)各种弹簧、高强度钢丝及其他耐磨件。各种弹簧、高强度钢丝及其他耐磨件。第28页/共123页第二十九页，共123页。牌号牌号牌号牌号(piho)(piho)(piho)(piho)：用：用：用：用“T”“T”“T”“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为加数字表示，该数字表示钢中平均含碳量为 千分之几。千分之几。千分之几。千分之几。如：如：如：如：T8 T8 T8 T8 表示碳的平均含碳量为表示碳的平均含碳量为表示碳的平均含碳量为表示碳的

29、平均含碳量为0.8%0.8%0.8%0.8%的碳素工具钢。的碳素工具钢。的碳素工具钢。的碳素工具钢。用途：用来制作各种刀具、量具和模具。用途：用来制作各种刀具、量具和模具。用途：用来制作各种刀具、量具和模具。用途：用来制作各种刀具、量具和模具。3 3、碳素工具钢、碳素工具钢第29页/共123页第三十页，共123页。牌号：牌号：牌号：牌号：Y20 Y20 Y20 Y20 用来制造表面耐磨的零件用来制造表面耐磨的零件用来制造表面耐磨的零件用来制造表面耐磨的零件(ln jin)(ln jin)(ln jin)(ln jin)，如仪器仪表零，如仪器仪表零，如仪器仪表零，如仪器仪表零件件件件(ln ji

30、n)(ln jin)(ln jin)(ln jin)。Y45 Y45 Y45 Y45 用来制造重要的零件用来制造重要的零件用来制造重要的零件用来制造重要的零件(ln jin)(ln jin)(ln jin)(ln jin)，如齿轮轴、花键轴，如齿轮轴、花键轴，如齿轮轴、花键轴，如齿轮轴、花键轴等。等。等。等。4 4、易切削用钢、易切削用钢第30页/共123页第三十一页，共123页。牌号：牌号：牌号：牌号：ZG+ZG+ZG+ZG+三位数字（表示三位数字（表示三位数字（表示三位数字（表示(biosh)(biosh)(biosh)(biosh)屈服点）屈服点）屈服点）屈服点）+三位数字三位数字三位数

31、字三位数字（表示（表示（表示（表示(biosh)(biosh)(biosh)(biosh)抗拉强度）抗拉强度）抗拉强度）抗拉强度）如：如：如：如：ZG230-450ZG230-450ZG230-450ZG230-450表示表示表示表示(biosh)(biosh)(biosh)(biosh)屈服点为屈服点为屈服点为屈服点为230MPa230MPa230MPa230MPa、抗拉强度为、抗拉强度为、抗拉强度为、抗拉强度为450MPa450MPa450MPa450MPa的工程用铸钢。的工程用铸钢。的工程用铸钢。的工程用铸钢。用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的用于浇注成铸件的钢。其强

32、度高于各类铸铁，同时具有良好的用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如塑性和韧性，适于制造形状复杂、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。火车轮、大齿轮等。火车轮、大齿轮等。火车轮、大齿轮等。5 5、铸钢、铸钢(zh(zh n)n)第31页/共123页第三十二页，共123页。45钢常用来制造齿轮、轴、曲柄、连杆等。碳钢的优点:价格低,热处理后具有较高的强度

33、(qingd)和较好的塑性和韧性。碳钢的缺点:淬透性较差,对于大尺寸要求截面性能一致的重要零件无法满足;耐腐蚀性能较差;抗回火稳定性不好(回火温度升高,强度(qingd)下降快)。第32页/共123页第三十三页，共123页。三、合金钢三、合金钢第33页/共123页第三十四页，共123页。非合金钢性能非合金钢性能非合金钢性能非合金钢性能(xngnng)(xngnng)的缺点的缺点的缺点的缺点n n1.1.碳钢的淬透性低碳钢的淬透性低n n2.2.回火抗力差回火抗力差n n3.3.碳钢不能满足一些特殊性能碳钢不能满足一些特殊性能(xngnng)(xngnng)的要求的要求第34页/共123页第三十

34、五页，共123页。1 1 1 1、合金元素对钢性能的影响、合金元素对钢性能的影响、合金元素对钢性能的影响、合金元素对钢性能的影响（1 1 1 1）提高了钢的力学性能）提高了钢的力学性能）提高了钢的力学性能）提高了钢的力学性能 钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和钛、钒等合金元素的加入提高了钢的强度和硬度，细化了晶粒，也提高了塑性与韧性。硬度，细化了晶粒，也提高了塑性与韧性。硬度，细化了晶粒，也提高了塑性与韧性。硬度，细化了晶粒，也提高了塑性与韧性。（2 2 2 2）提高了钢的淬透性。）提高了钢的淬透性。）提高了钢的淬

35、透性。）提高了钢的淬透性。铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入能够铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入能够铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入能够铬、硅、镍、锰、硼等合金元素的加入能够提高钢的淬透性。提高钢的淬透性。提高钢的淬透性。提高钢的淬透性。（3 3 3 3）使钢具有某些特殊性能。）使钢具有某些特殊性能。）使钢具有某些特殊性能。）使钢具有某些特殊性能。铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、铬、锰等合金元素的加入使钢具有了耐高温、耐热耐热耐热耐热(nai r)(nai r)(nai r)(nai r)、耐磨、不生锈

36、等特殊性能。、耐磨、不生锈等特殊性能。、耐磨、不生锈等特殊性能。、耐磨、不生锈等特殊性能。（一）合金钢概述（一）合金钢概述(ish)第35页/共123页第三十六页，共123页。2 2、合金钢的分类、合金钢的分类(fn li)(fn li)合金钢合金钢合金合金(hjn)(hjn)结构钢结构钢合金合金(hjn)(hjn)工具钢工具钢特殊性能钢：特殊性能钢：机械结构合金钢机械结构合金钢 ：低合金结构钢低合金结构钢 ：普通低合金结构钢普通低合金结构钢 不锈钢不锈钢 、耐热钢、耐磨钢、耐热钢、耐磨钢合金刃具钢：合金刃具钢：合金弹簧钢、合金渗碳钢合金弹簧钢、合金渗碳钢合金调质钢、合金轴承钢合金调质钢、合金

37、轴承钢 合金模具钢合金模具钢 ：合金量具钢：合金量具钢：低合金刃具钢、高合金刃低合金刃具钢、高合金刃具钢、高速钢具钢、高速钢冷作模具钢、热作模具钢冷作模具钢、热作模具钢 没有专用钢种没有专用钢种.第36页/共123页第三十七页，共123页。3 3、合金钢的牌号、合金钢的牌号(piho)(piho)(1)(1)合金合金(hjn)(hjn)结构钢的牌结构钢的牌号号两位数字两位数字(shz)+(shz)+合金元素符号合金元素符号+数字数字(shz)(shz)前两位数字表示平均含碳量为万分之几，后面数字表示合金元素含量为百分之几。前两位数字表示平均含碳量为万分之几，后面数字表示合金元素含量为百分之几。

38、如如:60Si2Mn,40Cr:60Si2Mn,40Cr等等。低合金结构钢中的低合金结构钢中的低合金高强度钢低合金高强度钢与与碳素结构钢碳素结构钢的编号相同。的编号相同。第37页/共123页第三十八页，共123页。3 3、合金钢的牌号、合金钢的牌号(piho)(piho)(2)(2)合金合金(hjn)(hjn)工具钢的工具钢的牌号牌号 当合金工具钢的当合金工具钢的Wc1%Wc1%Wc1%时，编号时，编号(bin ho)(bin ho)为：为：合金元素符号合金元素符号+数字数字如如:Cr12:Cr12 但高速钢不标含碳量，只写出合金元素但高速钢不标含碳量，只写出合金元素符号符号及其含量。及其含量

39、。如如:W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2:W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2第38页/共123页第三十九页，共123页。（二）（二）（二）（二）低合金钢低合金钢低合金钢低合金钢 低碳，合金含量小于低碳，合金含量小于3%3%。主加元素为。主加元素为MnMn其强化了铁素体，提高了强度；其强化了铁素体，提高了强度；V V，TiTi等元素使晶粒细化，使韧性提高。等元素使晶粒细化，使韧性提高。具有较高的强度和屈强比；较好的塑性和韧性；良好的焊接性；较低的缺口敏感性和冷弯后低的时效敏感性。具有较高的强度和屈强比；较好的塑性和韧性；良好的焊接性；较低的缺口敏感性和冷弯后低的时效敏感性。在建筑、桥梁、车

40、辆在建筑、桥梁、车辆(chling)(chling)、船舶中应用广泛、船舶中应用广泛.船舶船舶(chunb)桥梁桥梁(qioling)Q345 Q420Q345 Q420第39页/共123页第四十页，共123页。（三）机械（三）机械（三）机械（三）机械(jxi)(jxi)结构用合金钢结构用合金钢结构用合金钢结构用合金钢n n 主要用于制造各种机械零件，主要用于制造各种机械零件，其质量等级都属于特殊质量等其质量等级都属于特殊质量等级，大多需要级，大多需要(xyo)经热处理经热处理后才能使用，按用途、热处理后才能使用，按用途、热处理特点可分为渗碳钢、调质钢、特点可分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴

41、承钢、超高强弹簧钢、滚动轴承钢、超高强度钢等。度钢等。第40页/共123页第四十一页，共123页。1 1、合金、合金(hjn)(hjn)渗碳钢渗碳钢 含碳量为0.1%-0.25%,以保障心部具有足够的韧性，合金含量小于3%。主加元素(yun s)为Cr、Mn、钛、钒，提高了淬透性，使晶粒细化，耐磨性提高。主要用于表面要求硬而耐磨，心部具有(jyu)足够强度和韧性的零件，如：汽车变速箱的齿轮等。以20Cr、20CrTiMn为最广。变变速速齿齿轮轮拨拨叉叉第41页/共123页第四十二页，共123页。1 1、合金、合金(hjn)(hjn)渗渗碳钢碳钢 热处理一般是渗碳热处理一般是渗碳(shn tn)

42、(shn tn)后直接淬火或渗碳后直接淬火或渗碳(shn tn)(shn tn)后二次淬火加上低温回火。后二次淬火加上低温回火。热处理后的表层组织是：高碳回火马氏体热处理后的表层组织是：高碳回火马氏体+未溶合金渗碳未溶合金渗碳(shn tn)(shn tn)体体+少量残余奥氏体，硬度少量残余奥氏体，硬度58-64HRC58-64HRC。心部组织视钢的淬透性性高低及零件尺寸的大小而定，可以得到低碳回火马氏体或珠光体加铁素体组织。心部组织视钢的淬透性性高低及零件尺寸的大小而定，可以得到低碳回火马氏体或珠光体加铁素体组织。变变速速齿齿轮轮拨拨叉叉第42页/共123页第四十三页，共123页。2 2、合

43、金、合金(hjn)(hjn)调质钢调质钢 合金调质钢指经过调质后使用的合金钢。调质钢具有良好的综合力学性能。主要用于制造在重载下同时又受冲击载荷作用(zuyng)的一些重要零件。如制造汽车、拖拉机、机床上的齿轮、轴类件、连杆等。曲轴曲轴(qzhu)连杆连杆 第43页/共123页第四十四页，共123页。2 2、合金、合金(hjn)(hjn)调质钢调质钢 含碳量为0.3%-0.5%,含碳量过低，回火后强度、硬度不足；含碳量过高，则塑性(sxng)、韧性不够。加入的主要合金元素是Cr、Ni、Si、Mo、B等，主要是提高淬透性，加入W、V、Ti等元素可形成稳定的合金碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒

44、及防止回火脆性。合金调质钢的最终热处理为淬火后高温回火。回火温度一般是500-650.热处理后的组织是回火索氏体。曲曲轴轴 连连杆杆 第44页/共123页第四十五页，共123页。3 3、合金、合金(hjn)(hjn)弹簧钢弹簧钢 它具有高的弹性、疲劳强度及冲动它具有高的弹性、疲劳强度及冲动(chngdng)(chngdng)韧度。含碳量为韧度。含碳量为0.45%-0.7%,0.45%-0.7%,主加元素为主加元素为CrCr、MnMn、SiSi等以提高淬透性和弹性极限。等以提高淬透性和弹性极限。合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种(zhn)弹簧和弹性元件。拉力弹簧拉力弹簧 离合器弹簧离合

45、器弹簧 第45页/共123页第四十六页，共123页。3 3、合金、合金(hjn)(hjn)弹簧钢弹簧钢 合金弹簧钢热处理一般是淬火后中温回火，获得回火托氏体组织。截面尺寸合金弹簧钢热处理一般是淬火后中温回火，获得回火托氏体组织。截面尺寸8mm8mm的大型弹簧常在热态下成型，即把钢加热的大型弹簧常在热态下成型，即把钢加热(ji r)(ji r)到比淬火温度高到比淬火温度高50-8050-80热卷成型，利用成型后的余热立即淬火与回火。热卷成型，利用成型后的余热立即淬火与回火。拉力拉力(ll)(ll)弹簧弹簧 离合器弹簧离合器弹簧 截面尺寸截面尺寸8mm8mm的弹簧常采用冷拉钢丝冷卷成型，通常也进行

46、淬火与中温回火或去应力退火处理的弹簧常采用冷拉钢丝冷卷成型，通常也进行淬火与中温回火或去应力退火处理 第46页/共123页第四十七页，共123页。4 4、滚动轴承、滚动轴承(gndngzhuch(gndngzhuchng)ng)钢钢主要用来制造主要用来制造(zhzo)(zhzo)滚动轴承的滚动体（滚珠、滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。结构钢。碳质量分数(fnsh)一般为0.95%1.15%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。铬为基本合金元素，铬含量为0.90%1.65%。高碳低铬。如：如：GCr15 GCr15 数字铬含量为千分之

47、几数字铬含量为千分之几滚动轴承钢编号：滚动轴承钢编号：G+Cr+G+Cr+数字（数字（CrCr含量为千分之几含量为千分之几）+合金元素符号合金元素符号+数字数字 GCr15SiMn GCr15SiMn 第47页/共123页第四十八页，共123页。4 4、滚动轴承、滚动轴承(gndngzhuch(gndngzhuchng)ng)钢钢 滚动轴承钢必须具有高而均匀的硬度滚动轴承钢必须具有高而均匀的硬度(yngd)(yngd)和耐磨性、高的接触疲劳强度、足够的韧性和对大气的耐蚀性能。和耐磨性、高的接触疲劳强度、足够的韧性和对大气的耐蚀性能。滚动轴承滚动轴承(gndngzhuchng)(gndngzhu

48、chng)钢的最终热处理是淬火后低温回火，得到极细的回火马氏体、均匀分布的细粒状碳化物及微量的残余奥氏体，硬度为钢的最终热处理是淬火后低温回火，得到极细的回火马氏体、均匀分布的细粒状碳化物及微量的残余奥氏体，硬度为61-65HRC61-65HRC。精密轴承为保证尺寸的稳定性、可在淬火后进行冷处理（精密轴承为保证尺寸的稳定性、可在淬火后进行冷处理（-60-60-80-80）然后进行低温回火。）然后进行低温回火。第48页/共123页第四十九页，共123页。5 5 5 5、超高强度、超高强度、超高强度、超高强度(qingd)(qingd)(qingd)(qingd)钢钢钢钢 超高强度钢一般指抗拉强度

49、超过超高强度钢一般指抗拉强度超过超高强度钢一般指抗拉强度超过超高强度钢一般指抗拉强度超过1500MPa1500MPa或屈服强度超或屈服强度超或屈服强度超或屈服强度超过过过过1380MPa1380MPa的合金结构钢。的合金结构钢。的合金结构钢。的合金结构钢。特点：特点：特点：特点：具有很高的强度和足够的韧性、疲劳强度极限极高，在具有很高的强度和足够的韧性、疲劳强度极限极高，在具有很高的强度和足够的韧性、疲劳强度极限极高，在具有很高的强度和足够的韧性、疲劳强度极限极高，在静载荷和动载荷条件下，能承受很高的工作应力。静载荷和动载荷条件下，能承受很高的工作应力。静载荷和动载荷条件下，能承受很高的工作应

50、力。静载荷和动载荷条件下，能承受很高的工作应力。超高强度钢通常超高强度钢通常超高强度钢通常超高强度钢通常(tngchng)(tngchng)按化学成分和韧性化机制分按化学成分和韧性化机制分按化学成分和韧性化机制分按化学成分和韧性化机制分为低合金超高强度钢、二次硬化型超过强度钢、马氏体为低合金超高强度钢、二次硬化型超过强度钢、马氏体为低合金超高强度钢、二次硬化型超过强度钢、马氏体为低合金超高强度钢、二次硬化型超过强度钢、马氏体时效钢和超过强度不锈钢等四类。时效钢和超过强度不锈钢等四类。时效钢和超过强度不锈钢等四类。时效钢和超过强度不锈钢等四类。第49页/共123页第五十页，共123页。5 5 5