金属材料,重点掌握 1.碳素钢、合金钢的编号方法，会辩认各种钢号。 2.合金元素在钢中的作用，尤其是合金元素对钢的热处理 的影响； 3. 各类合金结构钢的成分，热处理方法，热处理后的组 织，性能的特点以及主要用途。 教学内容 1. 工业用钢 2. 铸铁,问题思考:,1 什么是不锈钢？其成份是什么?有何性能? 2 根据下列的钢号选择下列工件所采用的材料: 08F； 45； T8； T12； 20； 65Mn（冷冲压件；螺钉；齿轮；小弹簧；锉刀）。,工业用钢,工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。 合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。,一、钢的分类及编号 二、合金元素在钢中的作用 三、结构钢 四、工具钢 五、特殊性能钢,一、钢的分类及编号,1.钢的分类 按化学成分分,按质量分 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：, 按用途分,2.钢的编号 我国钢材的编号是采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法。 采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。,常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号（GB/T 2212000）,1）碳素结构钢和低合金高强度钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号 Q表示“屈服强度”；屈服强度值单位是MPa； 质量等级符号为A、B、C、D、E。由A到E，其P、 S含量依次下降，质量提高。 脱氧方法符号：沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静 钢b；特殊镇静钢TZ。 如碳素结构钢牌号表示为 Q235AF、Q235BZ。,低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢， 其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C。 根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn。 *说明：一般情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。,碳素结构钢：,QAF,屈服点,屈服点s的值,质量等级：A、B、C、D、E,脱氧方法,沸腾钢F,半镇静钢b,镇静钢Z,特殊镇静钢TZ,例：,Q235AF,表示屈服点为235MPa、质量为A级的碳素结构钢，是沸腾钢。,Q285B,表示屈服点为285MPa、质量为B级的碳素结构钢，是镇静钢，省略Z。,2）优质碳素结构钢和碳素工具钢 优质碳素结构钢：牌号为两位数字 这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几 如45其平均含碳量为万分之四十五（即0.45%C）, 碳素工具钢：牌号为T+数字 “T”表示“碳素工具钢” 数字表示钢平均含碳量的千分之几 如T8其平均含碳量为千分之八（0.8%C）,*说明： 优质碳素结构钢含Mn量为0.71.2%时，在含碳量数字后加元素符号“Mn”，如40Mn。 对于优质碳素结构钢的沸腾钢和半镇静钢，在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。 碳素工具钢都是优质以上质量的 高级优质钢在钢号后加字母A，如20A、T8A。,3）合金钢 牌号为碳含量合金元素1+1元素的百分含量数字+合金元素2+2元素的百分含量数字+ 合金元素及其含量标注 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量。如20CrMnTi 当合金元素的平均含量为1.50-2.49%、2.50- 3.49%、3.50-4.49%、4.50-5.49%、时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3。,* 说明： 合金工具钢含铬量小于1%时，含铬量以千分之一为单位标出，并在含铬量前加数字“0”，如Cr06。 滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌号头部加字母“G”，如GCr15 高级优质合金钢在牌号后加字母A，如60Si2MnA。 特级优质合金钢在牌号后加字母E，如30CrMnSiE。, 碳含量标注 合金结构钢 含碳量以万分之一为单位标出(两位数字) 如40Cr、60Si2Mn 工具钢和特殊性能钢 含碳量以千分之一为单位标出(一位数字) 如8MnSi、4Cr13,* 说明 低合金工具钢含碳量大于1.00%时，不标含碳量，如CrWMn (1.0%C) 高速钢不标含碳量，如W18Cr4V (含0.75%C) 滚动轴承钢不标含碳量，如GCr15 (1.0%C) 高锰钢不标含碳量，如ZGMn13 (0.751.45%C) 珠光体耐热钢含碳量标注同结构钢，如15CrMo 铸钢在牌号前加“ZG”, 余同结构钢, 如ZG20Cr13, 不锈钢和耐热钢 当含碳量为0.1% - 0.03%时，以“0”表示，如“0Cr18Ni9”（含碳量上限为0.08%） 当含碳量为0.03%-0.01%时(超低碳)，以“03”表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限为0.03%） 当含碳量0. 01%时(极低碳)，以“01”表示，如“01Cr19Ni11”(含碳量上限为0.01%) *注: 旧牌号:0.08%C时, 标“0”;0.03%C时, 标“00”,钢铁及合金的类型与统一数字代号(GB/T1762561998),杂质元素对钢性能的影响,钢中的常存杂质元素,Mn、Si、S、P,Mn的作用,来 源,有益作用,有害影响,炼钢时加入的脱氧剂。,能与S化合形成MnS，减轻S的有害影响；少量能溶入F 中起固溶强化作用。,过多会造成塑性下降。,有益元素,Si的作用,来 源,有益作用,有害影响,炼钢时加入的脱氧剂。,能消除FeO夹杂对钢的不良影响，少量能溶入F中起固溶强化作用，提高钢的强度、硬度及弹性。,过多会造成塑性下降，冲击性能变差。,有益元素,S的作用,来 源,有益作用,有害影响,炼钢原料和燃料。,在钢中形成FeS , FeS与Fe形成低熔点（985）共晶体 分布在晶界上，使得对钢进行热加工时容易脆化开裂，这种现象称为热脆。,有害元素,P的作用,来 源,有益作用,有害影响,炼钢原料和燃料。,引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆。,有害元素,少量能溶入F中，使强度、硬度显著提高。,杂质元素总结：,元素有益与有害是相对的：,硅、锰虽有益，但也不是多多益善；,硫、磷有害，应该严格控制含量。,二、合金元素在钢中的作用 1、溶于铁素体, 起固溶强化作用 非碳化物形成元素及过剩的碳化物 形成元素都溶于铁素体，形成合金 铁素体。 Si、Mn对强度、硬度提高显著。 Cr、Ni在适当范围内提高韧性。,2、形成碳化物，起强化相作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：,3、对C曲线和淬透性的影响 除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移， 淬透性提高。 常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。 4、满足材料的一些特殊性能 如加入合金元素形成单相组织,在表面形成致密的氧化 膜等来形成不锈钢。 合金钢中常用的合金元素有锰、硅、钛、镍、铝、钨、 钒、钴、铝、稀土等。,（一）碳素结构钢 1、成分：0.4%C，P、S 量较多。 2、性能：可焊性、塑性好。 3、热处理：热轧空冷态下使用。 4、使用状态下组织：F+P,5、常用钢号及用途：Q235 常以热轧型材使 用，约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、 铆接、栓接等。,热轧钢板,三、结构钢,1成 分,2热 处 理,3性 能,Wc=0.05-0.85%，多数为低中碳成分，少数高碳。,一般使用时必须进行热处理。,较高强度，较好塑性与韧性。性能变化范围较大。,优质碳素结构钢,08F、 20、 45、 65,冷冲压件，如汽车和仪表外壳、容器、罩子等。,冷冲压件、焊接件和标准件、渗碳件等零件。,调质件：机床齿轮、机床主轴、曲轴、连杆等重要零件。,弹性件和耐磨件：小尺寸弹簧、低速车轮等,4常用钢号及用途,（二）低合金高强度结构钢 1、性能要求: 高强度及足够韧性。 良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。 2、成分特点：低碳(0.2%C)、主加Mn Mn: 强化铁素体, 增加珠光体的量, 降低脆转温度。 V、Ti、Nb: 起细化晶粒和弥散强化作用。 Cu、P可提高耐蚀性，RE可提高韧性、疲劳极限。,3、热处理：热轧空冷后使用 4、使用状态下组织：F+P 5、常用钢号及用途 Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船 舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于 中等压力的压力容器。 Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强 度高，用于石化中温高压容器。,（三）渗碳钢制造渗碳零件的钢种 1、性能要求： 表硬里韧 良好淬透性和渗碳能力。 2、成分特点：低碳(0.1-0.25%C), 加Cr、Mn、Ni、B等元素 Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性 Cr、Mn、Ni ：强化铁素体 W、Mo、Ti、V ：细化晶粒,3、常用钢号及用途 低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。 中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。a 高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。,（四）调质钢调质后使用的钢种。 1、成分特点 中碳(0.30.5%C)，合金元素作用为： 提高淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体：Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒：Ti、V 防止第二类回火脆性：W、Mo,2、性能：良好的综合力学性能。 3、常用钢号及用途 常用钢号为45、40Cr、40CrNi。用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。 制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的40CrNiM等 。,（五）弹簧钢制造弹簧或类似性能零件的钢种。 1、性能要求 (弹簧是储存能量或缓和冲击的零件) 高的s、s/b、-1；足够的韧性 2、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 合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr 提高s/b：Si 细化晶粒：V,3、常用钢号及用途 常用钢号为65Mn、60Si2Mn 用于制造较大截面弹簧。 制造大截面、大载荷、耐 热的弹簧用50CrV 。,（六）滚动轴承钢制造轴承套和滚动体专用钢种 1、性能要求 (轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦) 高而均匀的硬度、耐磨性、b、接触疲劳强度和足够 的韧性。 2、成分特点：高碳(0.951.10%C)，主加Cr Cr、Mn、Si：提高淬透性 Cr 还提高耐磨性和耐蚀性 当1.65%Cr时，因A增加而使硬度和稳定性下降。,3、常用钢号及用途 应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承； 大型轴承用GCr15SiMn。 这类钢还可用于制造模具、量具等。,高锰钢铸件,（七）耐磨钢 是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。 牌号为ZGMn13。 1、成分特点 高碳：0.75-1.45%C。 以保持高耐磨性。 高锰：11-14%Mn。以保证形成奥氏体组织。,高锰钢铸件,使用时必须伴随着压力和冲击作用。 在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬 化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力。,2、使用及用途 水韧处理后，韧性高，硬度低（HB180200）。,高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。,四、工具钢,按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。,（一）刃具钢 用来制造各种切削刀具的钢种。,切削加工的基本形式,1、性能要求 高硬度(HRC60) ，主要取决于含碳量。 高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。,高热硬性 即高温下保持高硬度的能力。 足够的韧性 以防止脆断和崩刃。,2、 碳素工具钢 共有七个牌号：T7-T13 （1）成分特点： 高碳（0.65-1.35%C） 随含碳量提高，碳