成分工艺组织课件.ppt
材料改性实验,4.1 钢的基本知识一、钢的合金化 碳钢铁碳合金 合金钢含有合金元素的钢,第四章 材料成分、工艺、组织与性能,常用的合金元素有：,硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)、铝(Al)、铜(Cu)、钴(Co)、氮(N)、硼(B)、稀土等,合金相,碳钢的五大元素：C S P Mn Si,固溶体,金属化合物(中间相),间隙固溶体,置换固溶体,间隙化合物,电子化合物,正常化合物,金属化合物(中间相)金属化合物的组成一般可用化学式表示金属化合物的晶格类型不同于任一组元具有复杂的晶格结构熔点高、硬度高、脆性大。能提高合金的硬度和耐磨性，塑性和韧性降低。,过渡族金属元素,间隙化合物,碳、氮、氢、硼等非金属元素,原子半径较小,间隙化合物,r非金属/r金属0.59,单晶格间隙相,复杂间隙化合物,r非金属/r金属0.59,极高的熔点、硬、脆，如Fe3C,非常高的熔点、硬度和脆性，如TiN,电子化合物,第二至第四元素,第一族或过渡族金属元素,不遵守化合价规律，但满足一定的电子浓度，虽然电子化合物可用化学式表示，但实际成分可在一定的范围变动，可溶解一定量的固溶体 如Cu5Zn8(-黄铜）,二、钢的分类,1按成分分 碳钢：低、中（0.30.6%）、高 合金钢：结构钢、工具钢、特殊性能钢2 按用途分（1）结构钢(建筑工程构件用钢，多为型钢；机器零件用钢)（2）工具钢(刃具、量具、冷热模具、耐冲击工具等)（3）特殊性能钢(不锈耐酸、耐磨、耐热等),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,合金工具钢（合金刃具钢、合金模具钢、合金量具钢）,1、合金刃具钢,1）低合金刃具钢,成分 w(C)=0.9 1.5%，合金元素5%。性能 HRC60，使用温度200 300。,（摘自GB/T12992000）,2）高速钢,成分 w(C)=0.7 1.2%，合金元素10%。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。,2、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。,应用小型模具 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等。大型模具 Cr12、Cr12MoV 等，热处理变形小。,最终热处理 淬火+低温回火最终组织 回火M+碳化物+少量 A,）热模具钢 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。,最终热处理 淬火+高温回火最终组织 回火T 或 回火S,3、量具用钢 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。最终组织 回火M+碳化物+少量A,4.1.不锈钢,1）钢的抗腐蚀措施油漆与电镀，以隔离保护；加入Ni，形成单相奥氏体组织；加入Cr，提高电极电位，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。,4、特殊性能钢,2）不锈钢的成分特点 含碳量：0.031.0 含合金总量：10（主加元素：Cr、Ni、Mo、Cu、Mn、Ti、Nb等）Cr提高电极电位（12.5，Fe电极电位突然升高）；形成钝化膜。Ni稳定奥氏体。Mo提高耐蚀性和抗晶间腐蚀的能力。Cu提高耐酸腐蚀的能力。,3）常用不锈钢,（1）M型不锈钢（热处理后获得M）成分：C%:0.11.0、Cr 12.5 性能:高强度、硬度、耐磨性。应用：汽轮机叶片、手术器械、量具等。,如 1Cr13，2 Cr13 性能类似于调质钢，用于汽轮机叶片；3Cr13，4 Cr13性能类似于工具钢，做手术器具及刀具,（2）A不锈钢(室温下呈单相奥氏体组织)成分:低碳（0.1 左右)、高铬镍。性能：高耐蚀性，良好的塑性、韧性、耐热性和焊接性，无磁性。应用：抗磁仪表、耐热零件和管道等。0Cr18Ni9,1Cr18Ni9,（3）F型不锈钢（高温和低温均保持单相铁素体组织）成分：低碳（0.15）、高铬。性能：塑性较好，耐酸、抗氧化，抗应力腐蚀性能好，机械性 能和工艺性能较差。应用：受力不大的耐酸结构和抗氧化零件。,如 0Cr13用作耐热钢，1Cr28耐强腐蚀介质,不锈钢的成分、热处理、性能,4.2.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、燃气轮机，排气阀等,珠光体耐热钢：15CrMo，用于锅炉构件马氏体耐热钢：1Cr13、2Cr13，用于涡轮叶片 4Cr9Si2气阀钢奥氏体耐热钢：1Cr18Ni9Ti,4.3.耐磨钢ZGMn13,热处理：10001100，保温，水冷A，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,三、钢的编号方法,1优质碳素结构钢（万分之一）20钢 0.2%C 45钢0.45%C“20锅”或“20g”2碳素工具钢(千分之一)以“碳”字或字母“T”代表后为含碳量 如T80.8%C,T121.2%C 3合金钢（1）含碳量（2）合金元素含量 20CrMnTi 9SiCr GCr15 W18Cr4V,1、优质碳素结构钢,牌号 如 45 钢，含C量为 45/10000=0.45%。,(摘自GB/T699-1999),2碳素工具钢,牌号 如 T12A 钢，含C量为 12/1000=1.2%，A表示高级优质，w(S)0.020%，w(P)0.030%。,(摘自GB/T1298-1986),1）低合金结构钢,成分 w(C)0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。性能 强度、韧性高，焊接、冷成形性能好。,3、合金结构钢,2)渗碳钢,成分:w(C)=0.10.25%,韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,细化晶粒。性能:渗层硬度高，耐磨，抗接触疲劳；心部韧性高、强度大。,3)调质钢,成分 w(C)=0.250.50%，合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,强化F。性能 综合机械性能高,4)弹簧钢,成分 w(C)=0.450.70%，Si,Mn为主要元素，提高屈强比。性能 e、s、屈强比和疲劳抗力高，塑性大，耐震动、冲击。,（摘自GB/T12221985）,6)滚动轴承钢,成分 w(C)=0.951.10%，主加元素是Cr，形成细小的碳化物。性能 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性，韧性、淬透性好。,四、合金元素对钢的影响,1 对铁碳状态图的影响2 合金元素对C曲线的影响3 合金元素与钢的特性（1）钢的淬透性（2）淬透性与淬硬性（3）钢的回火稳定性,42 几种常用合金钢简介,一、合金结构钢1合金渗碳钢 20CrMnTi 20Cr 18Cr2Ni4W 2合金调质钢 40Cr 40CrMn3合金弹簧钢 65Mn 60Si2Mn二、合金工具钢1合金刃具钢 W18Cr4V W6Mo5Cr4V22冷作模具钢 Cr12 9SiCr3热作模具钢 3Cr2W8V 5CrMnMo,实验目的,1、了解常用钢材的性能特点及影响因素。2、了解常用代表性钢材的热处理工艺、组织及性能特点。3、加深理解钢材成分、工艺、组织与性能之间的关系实验原理 钢的共性：淬透性、淬硬性、回火稳定性 钢的个性：某种成分的钢所具有的特性,实验内容,1、用热处理方法区分不同材料，用虚拟 实验软件进行实验。（个人设计一份实验方案）2、用显微分析法区分不同材料：根据工 艺、成分及组织形态。实验报告选择一种区分方法，将实验过程及原理阐述清楚。实验时交设计方案，实验报告交实验记录。,论文格式,实验名称：设计实验方案题目：每人一题，写全名，不要省略。（封皮不要写内容）1.引言（前言）2.实验材料、实验设备等3.实验方法4.实验原理及分析5.结论6.参考文献：作者 书名 出版社 日期,铁碳相图,钢的淬透性：,淬透性是钢在淬火时得到马氏体的能力。(以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性)淬透性与何有关？淬透性的测定方法。,淬透性与淬硬性,淬硬性是钢在淬火后能够获得的最高硬度。淬硬性与何有关？淬透性与淬硬性的关系。淬透性与淬透层深度的关系。,钢的回火稳定性,碳钢回火的三个阶段：200 低温回火 回火马氏体400 中温回火 回火屈氏体600 高温回火 回火索氏体1.合金元素的加入，强烈阻碍碳的扩散，从而使马氏体的分解迟缓，碳化物的析出温度提高。2.合金元素w、v等，在高温回火时还会形成特殊碳化物，硬度反而还会升高，即二次硬化现象。如高速钢（W18Cr4V）。,碳对淬火钢硬度的影响,实验报告要求：1、记录实验原理、过程2、分析鉴别依据,
