碳钢及合金钢教程.pptx

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1、会计学1碳钢及合金钢教程碳钢及合金钢教程第1页/共51页重点要求1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；一般要求.特殊性能钢；.时效处理、热硬性等概念。第2页/共51页3.1.1碳钢的成分和分类3.1.2碳钢的牌号及用途3.1 3.1 碳钢碳钢碳钢碳钢第3页/共51页3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类碳钢的成分和分类.成分w(C)2.11%Mn、Si固溶强化S 热脆P 冷脆O、N、H 强度、塑性、韧性.分类1）按C含量分低C钢w(C)0.25

2、%中C钢0.25%w(C)0.6%高C钢w(C)0.6%2）按质量分（S、P含量）普通碳素钢；优质碳素钢；高级优质碳素钢。3）按用途分碳素结构钢、碳素工具钢。第4页/共51页3.1.23.1.23.1.23.1.2碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途碳钢的牌号及用途1碳素结构钢2优质碳素结构钢3碳素工具钢第5页/共51页1 1碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢牌号如Q215B，表示s215MPa（厚度16mm），B级质量。表3-1 碳素结构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)牌号等级化学成分脱氧方法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于Q195

3、0.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.300.050/0.0450.045F,b,ZQ235A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,ZC0.180.35-0.800.300.0400.040ZD0.170.35-0.800.300.0350.035TZQ255A/B0.18-0.280.40-0.700.300.050/0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.

4、0500.045ZGB/T700-1988 标准 GB700-79 标准化学成分和力学性能均须保证 A 类钢 保证力学性能，B 类钢 保证化学成分，C 类钢 保证化学成分及力学性能。Q195 A1；B1Q215 A2；C2Q235 A3；C3Q255 A4；C4Q275 C5碳素结构钢 新、老标准钢号对照表3-2 碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)牌号等级拉 伸 试 验冲击试验屈服点s，MPa抗拉强度b/MPa伸长率 s,%温度V型冲击功(纵向)J钢材厚度(直径)，mm钢材厚度(直径),mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于Q19519

5、5315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615第6页/共51页用途用途用途用途钢板、钢筋、型钢等，作桥梁、建筑等构件。热处理：热轧空冷组织：SF多边型角钢螺钉、铆钉钢筋、螺纹钢建筑构件钢桥梁第7页/共51页2 2优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号如45钢，含C量为45/10000=

6、0.45%。表3-4 优质碳素钢的化学成分和性能钢号化学成分，%s，MPaCMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.3

7、70.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.03562GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062（摘自GB/T182542002）第24页/共51页应用GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥。热处理热处理热处理热处理:球化退火+淬火+低温回火冷处理，时效（120140,1020h）：稳定尺寸，去应力。组织回火M细碳化物少量A第25页/

8、共51页1合金刃具钢2合金模具钢3量具用钢3.2.33.2.33.2.33.2.3合金工具钢合金工具钢合金工具钢合金工具钢第26页/共51页1 1合金刃具钢合金刃具钢合金刃具钢合金刃具钢（）性能要求高硬度机加工刀具HRC60高耐磨性刀具寿命和生产率组织要求硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中。高的热硬性（红硬性）高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关。足够的韧性以承受冲击载荷第27页/共51页（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢（）低合金刃具钢成分w(C)=0.91.5%，合金元素5%。性能HRC60，使用温度200300。钢号主要化学成分，w/%热处理及性能CMnSiC

9、r淬火回火回火后HRC9SiCr0.850.950.300.601.201.600.951.25860880油1802006062CrWMn0.901.050.801.10W1.21.600.901.20820840油1401606265（摘自GB/T12992000）第28页/共51页热处理热处理热处理热处理 球化退火（球化退火（球化退火（球化退火（+机加工）机加工）机加工）机加工）+淬火淬火淬火淬火+低温回火低温回火低温回火低温回火最终组织回火M+合金碳化物+少量A应用如9SiCr，做板牙、丝锥等。板牙丝锥第29页/共51页（）高速钢（）高速钢（）高速钢（）高速钢 成分特点：高碳，w(C)

10、=0.71.2%，一方面保证能与WCrV等形成足量的碳化物，另一方面还要有一定的碳溶于奥氏体中保证M的硬度；加入Cr、W、Mo、V等合金元素，Cr提高淬透性和抗氧化脱碳，W、Mo保证红硬性，V形成VC，弥散分布，提高硬度和耐磨性；性能：高硬度、耐磨性VC等弥散硬化高热硬性600时HRC62，W2C等提高热硬性。高淬透性尺寸不大时可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。钢号主要化学成分，w，%热处理及性能CWVCrMo淬火回火回火后HRCW18Cr4V0.700.8017.519.01.001.403.804.4012701285油550570三次63W6Mo5Cr4V20.800.905.506.7

11、51.752.203.804.404.755.5012101230油540560三次63第30页/共51页热处理热处理热处理热处理（锻造+）球化退火（+机加工）淬火+回火锻造目的成型；使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。第31页/共51页淬火，淬火，淬火，淬火，1280 1280 增加增加增加增加A A、MM中合金含量，提高热硬性。中合金含量，提高热硬性。中合金含量，提高热硬性。中合金含量，提高热硬性。淬火组织（左图）：M+碳化物+A最终组织（右图）：回火M+粒状碳化物+少量A回火，560，三次W2C、VC弥散硬化，二次淬火基本消除A。应用高速车刀、钻头、铣刀等。第32页/共51页2 2合金

12、模具钢合金模具钢合金模具钢合金模具钢（）冷模具钢冷冲、冷镦、冷挤压模等。性能高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力，热处理变形小。应用小型模具9Mn2V、9SiCr、CrWMn等。大型模具Cr12、Cr12MoV等，热处理变形小。成分特点：高碳（1.0），保证高硬度和耐磨性；加入Cr、W、Mo、V等合金元素，形成难熔碳化物，提高耐磨性。如Cr12型钢中Cr含量达12，形成M7C3型碳化物，极大的提高耐 磨性，且Cr还显著提高钢的淬透性。最终热处理淬火+低温回火最终组织回火M+碳化物+少量A第33页/共51页（）热模具钢（）热模具钢（）热模具钢（）热模具钢 热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压

13、铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。性能耐热性、热疲劳抗力高。应用中小型模具5CrMnMo等。大型模具3Cr2W8V等，淬透性好。H13钢（4Cr5MoV1Si）最终热处理淬火+高温回火最终组织回火T或回火S第34页/共51页3 3量量量量具用钢具用钢具用钢具用钢 卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等性能高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。应用简单量具T10A、T12A等。高精度量具GCr15、CrWMn等。最终热处理淬火+（-70-80）冷处理+低温回火+时效处理时效处理：120130，保温几几十小时，使M、A稳定，消除内应力。

14、最终组织回火M+碳化物+少量A第35页/共51页1不锈钢2耐热钢3耐磨钢3.2.43.2.43.2.43.2.4特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢第36页/共51页1.1.不锈钢不锈钢不锈钢不锈钢钢的抗腐蚀措施形成单相组织。加入Cr，降低两相的电极电位差。加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜。常用不锈钢F型如1Cr17，化工设备、食品工业。M型如1Cr13用于汽轮机叶片；3Cr13做手术器具及刀具。A型如1Cr18Ni9Ti用于化工、食品、医疗行业。A-F型如1Cr21Ni5Ti第37页/共51页成分特点：成分特点：成分特点：成分特点：1.1.含碳量：含碳量：含碳量：含碳量：耐蚀性要求

15、越高，含碳量应越低。一般耐蚀性要求越高，含碳量应越低。一般耐蚀性要求越高，含碳量应越低。一般耐蚀性要求越高，含碳量应越低。一般C C 0.1 0.1 （防止晶间形成碳化物，晶界周围贫铬）（防止晶间形成碳化物，晶界周围贫铬）（防止晶间形成碳化物，晶界周围贫铬）（防止晶间形成碳化物，晶界周围贫铬）2.2.加入主要加入主要加入主要加入主要耐蚀元素耐蚀元素耐蚀元素耐蚀元素CrCr；提高钢基体的电极电位（；提高钢基体的电极电位（；提高钢基体的电极电位（；提高钢基体的电极电位（CrCr 1212），），），），并并并并 在氧化介质中极易形成钝化膜。在氧化介质中极易形成钝化膜。在氧化介质中极易形成钝化膜。在

16、氧化介质中极易形成钝化膜。3.3.加入加入加入加入镍镍镍镍：形成单相奥氏体，显著提高耐蚀性。：形成单相奥氏体，显著提高耐蚀性。：形成单相奥氏体，显著提高耐蚀性。：形成单相奥氏体，显著提高耐蚀性。4.4.加入加入加入加入钼钼钼钼、铜：提高在非氧化介质中的钝化能力。、铜：提高在非氧化介质中的钝化能力。、铜：提高在非氧化介质中的钝化能力。、铜：提高在非氧化介质中的钝化能力。5.5.加入加入加入加入钛、铌钛、铌钛、铌钛、铌：优先形成碳化物，防止晶间腐蚀。：优先形成碳化物，防止晶间腐蚀。：优先形成碳化物，防止晶间腐蚀。：优先形成碳化物，防止晶间腐蚀。第38页/共51页不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成

17、分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号主 要 化 学 成 分,%淬火回火CCrNiTi类别机械性能bMPasMPa5%HRCHB1Cr130.1512149501000水,油7007504Cr130.360.45121410501100油200300M型540345680400254159501Cr170.121618780850正火0Cr18Ni90.07171981210101150水F型A型A-F型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti0.1217199120.50.89201150水520205401871Cr21Ni5Ti0

18、.090.1420224.85.80.350.89501100水,空60035020第39页/共51页奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：奥氏体不锈钢常用的热处理工艺：1.1.水韧处理水韧处理水韧处理水韧处理 将钢加热至将钢加热至1050105011501150，使碳化物充分溶解，然后水冷，获，使碳化物充分溶解，然后水冷，获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。2.2.稳定化处理稳定化处理稳定化处理稳定化处理 固溶处理后，将钢加热至固溶处理后，将钢加热至850850880880，使钢中，使钢中CrCr的碳化物完全的碳化

19、物完全溶解，而溶解，而TiTi等的碳化物不完全溶解，然后缓慢冷却，让溶于奥氏等的碳化物不完全溶解，然后缓慢冷却，让溶于奥氏体的体的C C与与TiTi以以Ti CTi C形式析出，防止晶间腐蚀。（用于含形式析出，防止晶间腐蚀。（用于含Ti Ti 或或NbNb的的钢）钢）3.3.消除应力退火消除应力退火消除应力退火消除应力退火 将钢加热至将钢加热至300300350350消除冷加工应力，加热至消除冷加工应力，加热至850850以上消以上消除焊接残余应力。除焊接残余应力。第40页/共51页.耐热钢耐热钢耐热钢耐热钢抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力热强性：热强性是指钢在高温下的强度用途：锅炉、燃气轮

20、机等类别钢号主 要 化 学 成 分,%淬火回火CCrNiTiM型1Cr130.1512149501000油7007501Cr11MoV0.110.181011.5Mo0.50.710501100空720740A型1Cr18Ni9Ti0.1217198110.50.89201150水机械性能bMPasMPa5403454906855202055%2040HB159159187第41页/共51页.耐磨钢耐磨钢耐磨钢耐磨钢ZGMn13ZGMn13成分特点：高碳，保证硬度和耐磨性（但不超过1.4保证韧性）；高锰，保证完全获得奥氏体组织；一定的硅，改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。热处理：水韧处理加

21、热至10001100，保温使碳化物全部溶解，水冷，在室温下得到单相A组织，硬度低，韧性高。性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。用途：履带、铁道岔道第42页/共51页小结重点要求1.合金钢的编号方法，会辩认各种钢号；2.合金结构钢的成分，热处理及组织，性能及用途。.工具钢的性能，成分，热处理目的和方法，组织；一般要求.特殊性能钢；.时效处理、热硬性等概念。第43页/共51页作 业 3P2122week12,Nov162.3)，7)9)，21)3.2)，5)P2122week12,Nov182.4)6)，10)，12)3.1)，3)，4)，6

22、)，7)作 业 3a第44页/共51页2.27)除（）、（）外，几乎所有的合金元素都使Ms、Mf点下降，因此淬火后相同C质量分数的合金钢与C钢相比，残余A（）,使钢的硬度（）。CoAl增多下降3.26)所有的合金元素都能提高钢的淬透性。（）No28)合金元素对钢的强化效果主要是固溶强化。（）No第45页/共51页作业2f 参考答案 P145.26)直径为10 mm 的共析钢小试样加热Ac+30，用图1-3所示的冷却曲线进行冷却，分析其所得到的组织，说明各属于什么热处理方法。答：a M+A单液淬火b M+A分级淬火c T+M+A油冷淬火d 下B 等温淬火e S 正火f P 完全退火g P 等温退

23、火 第46页/共51页作业2f 参考答案 P155.29)说明直径为10 mm 的 45钢试样分别经下列温度加热：700、760、840、1100，保温后在水中冷却得到的室温组织。答：700F+P760M+F 840M1100粗 M 33)甲、乙两厂生产同一零件，均选用45钢，硬度要求220250HB，甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。答：甲厂F+S乙厂回火S，韧性较好。第47页/共51页作业3 参考答案 P21-222.3)20 是（）钢，可制造（）。优质碳素结构冲压、焊接件 7)T12 是（）钢，可制造（）。碳素工具锉刀、量规等 8)1

24、6Mn 是（）钢，可制造（）。低合金结构 桥梁 9)40Cr 是（）钢，可制造（）。合金调质车床齿轮 21)20CrMnTi 是（）钢，Cr,Mn的主要作用是（）,Ti的主要作用是（），热处理工艺是（）。合金渗碳提高淬透性3.)T8钢比T12和40钢有更好的淬透性和淬硬性。（）No)T8钢与20MnVB相比，淬硬性和淬透性都较低。（）No细化晶粒渗碳+淬火+低温回火第48页/共51页2.4)9SiCr 是（）钢，可制造（）。低合金刃具钢板牙、丝锥 5)5CrMnMo 是（）钢，可制造（）。热模具钢热锻、压铸模 6)Cr12MoV 是（）钢，可制造（）。冷模具钢冷冲、冷挤压模 10)60Si2Mn 是（）钢。合金弹簧钢 12)1Cr13 是（）钢，可制造（）。M型不锈钢3.1)调质钢的合金化主要是考虑提高其红硬性。（）No3)A型不锈钢可采用加工硬化提高强度。（）Yes4)高速钢需要反复锻造是因为硬度高不易成形。（）No6)18-4-1高速钢采用很高温度淬火，其目的是使碳化物尽可能多地溶入A中，从而提高钢的红硬性。（）Yes7)A不锈钢的热处理工艺是淬火后低温回火处理。（）No汽轮机叶片第49页/共51页第50页/共51页