金属材料-碳钢与合金钢.ppt

1,第三章 金属材料,3.1 碳钢3.2 合金钢3.3 铸铁3.4 有色金属及其合金,黑色金属,有色金属,2,3.1 碳钢,3.1.1 碳钢的成分,1、碳钢的成分（2.11%C）,主要元素：Fe、C杂质元素：Si、Mn、S、P、O、H、N,杂质元素：,合金元素：,因冶炼等原因，钢中不 可避免地存在的一些元素。,为改善钢的性能，冶炼 时有目的地加入钢中的元素。,3,不管是杂质元素、还是合金元素，,都会对钢的组织和性能产生影响。,3.1.2 化学成分对碳钢性能的影响,4,1、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,5,2、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,6,3、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,7,4、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。,8,氧、氢、氮的作用,有害元素高温时溶入钢液，固态钢中溶解度极小，冷却时来不及逸出在钢中形成高压细微气孔使钢的塑性、韧度、疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断。,9,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、磷虽有害，应该严格控制含量。,氧、氢、氮有害，应该严格控制含量。,10,3.1 碳钢,3.1.3 碳钢的分类,（1）按碳含量分类,碳钢种类繁多，为方便选用，需根据一定标准将碳钢分类、编号。,塑性好，多用作冲压、焊接和渗碳工件,强度和韧度高，多用要求良好韧度的各种机构零件,硬度高，多用作工具、模具和量具等,11,（2）按质量（按硫和磷的含量来分）,（3）按用途,12,（4）按冶炼方法,13,3.1.4 碳钢的牌号和用途,1碳素结构钢,螺纹钢,热轧状态使用，不进行热处理；可焊性、塑性好；用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑构件等）,14,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,牌号：用“Q+数字”表示，Q275、Q235AF、Q235C“Q”为屈服点，数字表示屈服强度的数值。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。,15,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。,16,碳素结构钢,成 分,热 处 理,性 能,典型牌号,含碳量较低，Wc0.30%,正火，使用时不进行热处理。,较高的强度，良好的塑性与韧性；并具有良好的焊接性。,Q235,17,如表3-1（P28）,Q195、Q215、Q235、Q255、275,一般桥梁、建筑结构，普通机械零件，如螺钉、螺母等。,可用于受力较大的机械零件，如链轮、拉杆等。,应 用,18,钢号：用平均碳质量分数的万分数的数字表示，例如：20 钢表示碳质量分数为0.2(万分之二十)若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号“Mn”，如15Mn、45Mn等。优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。主要用来制造各种机器零件（齿轮、轴、连杆等）。,2、优质碳素结构钢,08F：冷冲压零件；10、20钢：冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；,曲轴,螺栓,35、40、45、50钢，良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等,60、65钢主要用来制造弹簧,20,碳质量分数在0.65%1.35%之间 钢号：用“T+数字”表示。“T”(“碳”的汉语拼音字头)；数字表示平均碳质量分数的千分数。例如，T9表示碳质量分数为0.9(即千分之九)的碳素工具钢。碳素工具钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级优质钢，则在钢号后标注“A”字。例如，T12A表示碳质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢。制造各种工具（刃具、量具、模具等）。,3碳素工具钢,21,碳素工具钢,成 分,热 处 理,性 能,典型牌号,Wc=0.65-1.40%，高碳钢,必须经淬火回火处理。,高的硬度、强度，良好的耐磨性，一定的塑性与韧性。,T8、T10、T12A,各类手工工具和简单模具,低速工具。,22,T7、T8、T10、T12、T13A,承受振动、冲击的工具，如冲头、大锤、木工工具。,用于需要较高耐磨性和一定韧性的工具，如手工锯条、剪金属用剪刀。,不受振动和冲击的耐磨工具，如丝锥、锉刀、绞刀、板牙、量具等。,应 用,23,碳素工具钢的牌号、成分、硬度和用途,24,量规,钻头,锉刀,T7、T8 硬度较高、韧性较高，可制造承受冲击的工具如冲头、凿子、锤子等。T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。T12、T13 硬度很高，韧性较低，可制作耐磨工具如锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。,木工凿,手锤,25,4、碳素铸钢：,ZG+两组数字（分别表示最小屈服点和最小抗拉强度）。,例：,ZG310-570,表示最小屈服点为310MPa、最小抗拉强度为570MPa的铸造碳钢。,26,铸造碳钢,成 分,热 处 理,性 能,典型牌号,Wc=0.20-0.60%，低中碳,铸造成形，经热处理后使用。,较高的硬度、强度和塑性、韧性，即综合力学性能较好。,ZG200-400,27,ZG200-400、ZG270-500、ZG310-570,用于受力不大，要求良好塑性和焊接性的零件，如机座、变速箱壳体。,用于受力较大的复杂零件，如轧钢机机架、轴承座、连杆、曲轴、缸体。,强度和耐磨性较好，但韧性、焊接性降低。用于重载齿轮、制动轮。,应 用,28,工程用铸造碳钢的牌号、成分、力学性能和用途,29,3.2 合金钢,3.2.1 概论,合金钢?,碳钢的不足：淬透性低 15mm20mm 强度和屈强度比较低 Q235与16Mn 回火稳定性差 不能满足特殊性能的要求 为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素所获得的钢，称为合金钢。,30,1.提高钢的机械性能1)产生固溶强化 Cr,Ni,Mn,Si 等合金元素固溶于铁素体中，形成合金铁素体，提高钢的强度2)产生第二相强化 Mn,Cr,Mo,W,V 等合金元素形成合金渗碳体或特殊碳化物,提高钢的强度3)产生细晶强化 Ti,V,Nb,Zr,Al 等合金元素形成C化物、N化物，阻止奥氏体晶粒长大，从而细化热处理后的组织，提高钢的强度、韧性,合金元素在钢中的有益作用,31,2.稳定组织、细化晶粒 合金碳化物比渗碳体更稳定，弥散分布不易聚集长大。除锰、磷外几乎所有金属元素都能抑制奥氏体晶粒长大。因此，合金元素能有效稳定组织、细化晶粒。,合金元素在钢中的有益作用,32,3.改善钢的热处理工艺性能1)提高钢的淬透性 除Co 以外，其他合金元素都能使钢”C”曲线向右移动2)提高钢的回火抗力，产生二次硬化 合金元素固溶于马氏体中，使马氏体回火时分解的难度增大，延缓硬度下降 W、Cr、V、Mo 等，回火时会形成特殊碳化物，使硬度重新升高二次硬化,合金元素在钢中的有益作用,33,回火稳定性:随着回火温度的提高，淬火合金钢的硬度下降比非合金钢慢的现象 二次硬化:在高合金钢种，W、Mo、V等强碳化物形成元素在500600回火时，会形成细小弥散的特殊碳化物，使钢回火后硬度有所回升；同时淬火后残余奥氏体在回火冷却过程中部分转变为马氏体，使钢回火后硬度显著提高；这两种现象都称为“二次硬化”热硬性:高的回火稳定性和二次硬化使合金钢在较高温度（500600）回火时，仍保持高硬度（60HRC），这种性能称热硬性。热硬性对高速切削刀具及热变形模具等非常重要。回火脆性:回火脆性主要在含Co、Ni、Mn、Si的调质钢中出现，而Mo和W可降低这种回火脆性。,34,4.使钢具有特殊性能 提高钢的抗腐蚀性能 提高钢的抗高温氧化性能 提高钢的高温强度 提高钢的抗冲击磨损性能 提高钢的耐低温性能,35,按合金元素质量分数多少：低合金钢(10)按所含的主要合金元素：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢按显微组织：珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体、莱氏体钢按用途：结构钢、工具钢和特殊性能钢,二合金钢的分类,36,37,编号原则：数字+元素符号+数字,2合金钢的编号,例：16Mn 40Cr 60Si2Mn 9SiCr,碳质量分数：结构钢以万分之一为单位的两位数子；工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的一位数子；工具钢的碳含量大于1时不标出。,钢中主要合金元素,合金元素的质量分数，百分之几；1.5，只标出元素，不标出含量；1.5含量2.49%，标2；2.5 含量3.49，标3；3.5%含量4.49，标4；,38,滚珠轴承钢在钢号前标以“G”，如GCr15，1C，1.5Cr(注意：铬含量以千分之一为单位)易切削钢(Y),Y40Mn,专用钢，以用途的汉语拼音字首来标明,高级优质钢，钢的末尾加“A”字表明：如20Cr2Ni4A等。,39,3.2.2 合金结构钢,制造重要工程结构和机器零件，是合金钢中用途最广，用量最大的一类钢。,40,汽车,桥梁,储气罐,1低合金高强度结构钢（HSLA）High Strength Low Alloyed,(1)用途,容器,船舶,41,高强度 s300MPa 高韧性=15%20%,kv600800kJ/m2，高的断裂韧性 良好的焊接性能和冷成型性能 低的冷脆转变温度 良好的耐蚀性,(2)性能要求,比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中,42,低碳 0.20，韧性、焊接性和冷成形要求加入以Mn为主的合金元素 Mn：固溶强化，细化晶粒加入铌、钛或钒等辅加元素 细晶强化及第二相强化 少量铜和磷等，可提高抗腐蚀性 少量稀土元素，脱硫、去气，净化，韧性和工艺性能,(3)成分特点,43,较低强度：16Mn（Q345）中等强度：15MnNb（Q420）高等级管线钢，X70、X80,热轧 空冷 正火 F+S,(5)热处理及组织,(4)代表性钢种,九江长江大桥,南京长江大桥,44,芜湖长江大桥14MnNb,武汉长江大桥,45,2合金渗碳钢,(1)用途变速齿轮、凸轮轴、活塞销等机器零件摩擦磨损、冲击载荷,增压柴油机曲轴,46,表面硬度高 耐磨性和接触疲劳抗力心部高韧性和足够高的强度 避免断裂和碎裂、剥落良好的热处理工艺性能 高的渗碳温度(900950)下，奥氏体晶粒不易长大 有良好的淬透性,(2)性能要求,47,低碳 0.100.25，保证心部有足够的塑性和韧性。加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn、B等，提高心部的强度和韧性。加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素Ti、V、W、Mo等，合金碳化物。阻止渗碳时奥氏体晶粒长大，提高耐磨性。,(3)成分特点,48,低淬透性：20Cr中淬透性：20CrMnTi中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮高淬透性：18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A飞机坦克曲轴,热处理工艺：渗碳+直接淬火低温回火。表面组织：合金渗碳体M回火少量A；心部组织：完全淬透时，低碳M回火 多数情况下，T+M回火+少量F。,(5)热处理及组织,(4)代表性钢种,渗碳淬火后的表层组织,49,例：20CrMnTi钢制汽车变速齿轮工艺路线下料锻造正火机加工渗碳淬火低温回火精磨喷丸成品,50,3合金调质钢,(1)用途重要零件：如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。,连杆,齿轮,曲轴,汽车万向节,高的综合机械性能高的强度和良好的塑性、韧性。很好的淬透性。,(2)性能要求,51,加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si 除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。,中碳0.250.50，以0.4居多。,加人防止第二类回火脆性的元素Mo、W,(3)成分特点,52,低淬透性：40Cr，广泛用于一般尺寸的重要零件中淬透性：35CrMo，截面较大零件如曲轴、连杆高淬透性：40CrNiMo，大截面重载荷零件如汽轮机主轴,淬火+高温回火，回火后快冷(水冷或油冷)组织：S回要求耐磨性，调质后表面淬火+低温回火或进行专门的化学热处理。,(5)热处理及组织,(4)代表性钢种,回火索氏体,53,例1：40Cr 钢制汽车连杆螺栓工艺路线下料锻造退火机加工调质精加工成品,例2：40Cr 钢制内燃机曲轴工艺路线下料锻造退火机加工调质半精加工轴颈处感应淬火低温回火精磨成品最终组织 表层：中碳M回A残 心部：S回性能：表硬，心韧,54,4、合金弹簧钢,(1)用途制造各种弹簧和弹性元件。,55,高的弹性极限e，高的屈强比s b 高的疲劳强度r，高的表面质量足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成型。,(2)性能要求,56,加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素同时也提高了屈强比，其中Si作用大。但Si在加热时促进表面脱碳，Mn则使钢易于过热。因此，重要用途的合金弹簧钢须加入Cr、V、W等元素。合金弹簧钢均为优质钢或高级优质钢,中、高碳 0.5%0.7%,(3)成分特点,57,以Si、Mn为主要合金元素 60Si2Mn 汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。含Cr、V、W等元素 50CrVA 350 400 承受重载的较大弹簧,热成型弹簧：热轧钢丝或钢板制成，淬火+中温回火(450550)组织：回火T回,(4)代表性钢种,(5)加工、热处理及性能,大型热卷弹簧,58,(1)用途制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针)、内外套圈,5滚珠轴承钢,59,轴承元件的工况复杂苛刻，性能要求很严，主要有：高的接触疲劳强度高的硬度和耐磨性 62HRC64HRC足够的韧性和淬透性要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性,(2)性能要求,圆柱滚子轴承,自动调心球轴承,滚针轴承,60,高碳 0.95%1.10%，保证高硬度、高耐磨性和高强度铬为基本合金元素 0.401.65，铬提高淬透性；形成合金渗碳体，提高耐磨性和疲劳强度加入硅、锰、钒等 Si、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承；V部分溶于奥氏体中，部分形成碳化物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。高的冶金质量 夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点,(3)成分特点,61,过共析钢，球化退火+淬火低温回火球化退火目的：降低钢的硬度，以利于切削加工 组织准备，获得细的球状P和细粒状碳化物,GCrl5 除轴承外也常制造冷冲模、量具、丝锥等。,(4)代表性钢种,(5)热处理及组织,62,淬火和低温回火 820840，150160。组织：极细的M回+均匀分布的粒状碳化物+少量A残。稳定尺寸，淬火后可立即“冷处理”(-60-50)，并在回火和磨削加工后，进行低温时效处理。,63,2.合金工具钢,按用途分为合金刃具钢、模具钢、量具钢,1.合金刃具钢(1)用途制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等,铣刀,64,刃具的服役条件：弯曲或扭转应力;摩擦；发热;冲击 震动刃具的常见失效方式：卷刃；崩刃；刀刃磨损；刀体折断对刃具的性能要求：高硬度（60HRC）高耐磨性（与硬度、硬质相的性质、数量、大小、分布）高热硬性 热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力(亦称红硬性)，与回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。足够的塑性和韧性,(2)性能要求,65,低合金刃具钢典型钢种：9SiCr成分特点：a)高碳，0.91.1，保证高硬度和高耐磨性b)合金元素：Cr、Mn、Si、W、V。,(3)典型合金刃具钢及其热处理,66,加工过程：球化退火、机加工，然后淬火和低温回火组织：M回+粒状碳化物+少量A残。用途：低速切削刃具，如丝锥、板牙、绞刀、刮刀、拉刀、铣刀、车刀、钻头,T10、Cr、9SiCr钢的硬度与回火温度的关系,67,典型钢种：钨 系 W18Cr4V(18-4-1)钨-钼系W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)成分特点：a)高碳，0.71.5%b)合金元素：Cr、W、Mo、V。,高速钢（高碳高合金刃具钢,俗称风钢）,高速钢冷轧钢带,68,反复锻造:成型和改善碳化物莱氏体钢，铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。打碎粗大M6C碳化物，并使其均匀分布,高速钢的加工、热处理特点：,制造工艺路线（W18Cr4V）下料锻造球化退火机加工淬火高温回火精磨成品,W18Cr4V钢的铸态组织,69,球化退火：降低硬度，便于机加工，为淬火做组织准备组织：S基体和细小粒状碳化物,W18Cr4V钢的退火组织,70,淬火加热温度非常高，1220 1280，获得高合金元素含量的马氏体。,W18Cr4V钢的淬火组织,Fe77W18Cr4V1C相图,淬火组织：淬火M、碳化物和大量A。,淬火：,71,多次高温回火：常用550570三次回火A残，消除内应力、稳定组织。二次硬化，红硬性,高速钢硬度与回火温度关系,回火时的组织变化：M中析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A残转变为M。二次硬化,每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火，A残量由30%1%,72,W18Cr4V钢淬火、回火后的组织,回火组织：M回+细粒状碳化物+少量A,W18Cr4V钢的热处理工艺过程示意图,73,不同状态下W18Cr4V的组织,74,75,常用钢号及用途,常用钢号：W18Cr4V(18-4-1)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。,76,（1）冷模具钢用途 冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等。工作温度不超过300。,2合金模具钢,冷模具钢和热作模具钢,汽车冲压模具,冷冲压件,77,服役条件：压力、弯曲力、冲击和摩擦。常见失效方式：磨损、崩刃、断裂和变形性能要求：a.高硬度，5862HRC;b高耐磨性；c.足够的韧性和疲劳抗力；d.热处理变形小。,性能要求,78,a）高碳 1.0%,个别达2.0%b）合金元素：高Cr(11.513%Cr)、Mo、W、V,成分特点,钢种和牌号Crl2型钢热处理变形很小，适合于制造重载和形状复杂的大型模具Crl2MoV用于制造冷冲模、冷镦模、冷挤压模等。,淬透性回火稳定性,79,b二次硬化法较高温度(1l00一1150)淬火，510520 回火三次，产生二次硬化红硬性和耐磨性都较高。但韧性较差适用于在400 450 温度下工作的模具。,a.一次硬化法较高温度(9501000)淬火，低温(150180)回火适用于重载模具。,Crl2型钢热处理后组织：M回+碳化物+A残。,热处理特点,80,用途 热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等,（2）热作模具钢,曲轴模具,热模锻曲轴毛坯,81,性能要求,服役条件挤压；摩擦；交变温度；冲击；震动等常见失效方式磨损；断裂；热疲劳（龟裂）等性能要求 a.高的热硬性和高温耐磨性；b高的抗氧化性能；c高的热强性和足够的韧性；d高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏 e.高的淬透性和导热性。,82,a中碳，0.30.6%，保证高强度和较高的热疲劳抗力b较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等，Cr又和Ni一起提高钢的回火稳定性。Ni在强化铁素体的同时还增加钢的韧性，并与Cr、Mo一起提高钢的淬透性和耐热疲劳性能。c产生二次硬化的Mo、W、V等元素，Mo还能防止第二类回火脆性，提高高温强度和回火稳定性。,成分特点,83,热锻模钢5CrMnMo、5CrNiMo,热处理：淬火+高温回火，组织：回火索氏体或回火屈氏体。,典型钢种,热处理特点同调质钢,84,3合金量具钢,各种量测工具,性能要求 高硬度、高尺寸稳定性 成分特点 高C，淬透Cr、W、Mn等 量具用钢 CrWMn（低变形钢）热处理特点 减少变形和提高尺寸稳定性,卡尺,千分尺,85,分类：化学腐蚀，化学反应而破坏，不产生电流。电化学腐蚀，在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，腐蚀过程中有电流产生。物理溶解腐蚀,3.特殊性能钢及合金,不锈钢、耐热钢、耐磨钢,1不锈钢,（1）金属材料腐蚀的概念,86,提高金属材料的耐蚀能力，三种方法：均匀的单相组织，减少原电池形成的可能性减小两极之间的电极电位差，并提高阳极电极电位。使金属“钝化”，减小甚至阻断腐蚀电流，,87,用途：制造在各种腐蚀介质中工作的零件或结构性能要求：耐蚀性；工具高硬度、高耐磨性；重要结构零件高强度。,（2）用途及性能要求,（3）成分特点：低C高Cr碳含量耐蚀性要求愈高，碳质量分数应愈低；0.1 0.2；C，Cr,88,加入最主要的合金元素铬 铬能提高电极电位，12，电极电位急剧升高 铬是F形成元素，12.7时，可使钢形成单一的F组织 铬在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜,89,加入钛、铌等 Ti、Nb能优先同碳形成稳定碳化物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。,304不锈钢,90,加入镍 可获得单相A组织，显著提高耐蚀性。加入钼、铜等 可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力。加入锰、氮等 部分代镍获得A，并提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性,91,（4）常用不锈钢,按空冷状态的组织分：马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体和铁素体双相不锈钢,马氏体不锈钢（热轧空冷后基本上是M）1Crl3、2Crl3、3Crl3、4Crl3随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降.性能特点：满意的力学性能，中等耐蚀性,92,1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火（调质）使用状态下的组织:S回耐蚀性较好，且有较好的综合力学性能。用途：叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺帽等,汽轮机叶片,透平转轮,93,3Cr13、4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织：M回具有较高强度、硬度。用途：制作耐蚀及具有较高硬度和耐磨性的医疗工具、量具、滚珠轴承等。,医疗器械,94,铁素体不锈钢(正火后基本上是F)1Cr17、1Cr17Ti，成分特点：高铬1730%，低碳0.15%组织：F，耐蚀性Cr13型热处理：退火或正火态下使用可形变强化性能特点：满意的耐蚀性,较低的力学性能用途：硝酸、磷酸工业用零构件,硝酸生产装置,合成氨厂,1Cr17,95,奥氏体不锈钢(奥氏体状态下使用),1Cr18Ni9,1Crl8Ni9Ti，（18-8）成分：C0.1%，耐蚀性很好，加入Ti或Nb防止晶间腐蚀形变强化能力F型性能特点：耐蚀性、塑性和韧性均较Cr13型好，无磁性热处理：固溶处理：即加热到1100使碳化物溶解后水冷A。稳定化处理（含Ti或Nb）：防止晶间腐蚀消除应力退火组织：单相奥氏体。,96,应用最为广泛，如制作化工设备零件、输送管道、抗磁仪表、医疗器械等,反应釜(316L),大型化工储罐(304),热交换器(316L),97,比较1Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9 三种钢耐蚀性和强度的高低。最高 较高 较低耐蚀性：强 度：,1Cr18Ni9,1Cr17,1Cr13,1Cr18Ni9,1Cr17,1Cr13,98,（1）用途及性能要求高温装置：加热炉、锅炉、燃气轮机等抗氧化性 金属氧化膜的结构与性能热强性 热强性是指钢在高温下的强度。在高温下钢的强度较低，当受一定的应力作用时，发生变形量随时间而逐渐增大的过程，这种过程叫蠕变。原因：扩散加快和晶界强度下降,2耐热钢,高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢,99,在不锈钢的基础上，加入提高强度、形成致密氧化膜的元素Cr、Si 或A1，特别是Cr。它们的加入，提高钢的抗氧化性，Cr还有利于热强性。Mo、W、V、Ti，能形成细小弥散的碳化物，起弥散强化的作用，提高室温和高温强度。碳质量分数一般都不高。,（2）成分特点,100,a铁素体耐热钢 0Cr13Al、1Cr17；强度不高，耐高温氧化；用于油喷嘴，炉用部件，燃烧室等b马氏体耐热钢 Crl2型(1CrllMoV)和Crl3型(1Crl3、2Crl3)钢c奥氏体耐热钢 1Crl8Ni9Ti 不锈钢又可作耐热钢使用。比较重要的零件，如燃气轮机轮盘和叶片等 固溶处理或固溶加时效处理。,（3）钢种及加工、热处理特点,101,1Cr18Ni9Ti,气轮机叶片,102,3耐磨钢,（1）用途及性能要求车辆履带、挖掘机铲斗、破碎机颚板和铁轨分道叉等，承受严重磨损和强烈冲击。性能要求：很高的耐磨性和韧性高锰钢,履带,铁轨分道叉,103,高碳 保证钢的耐磨性和强度。但碳过高时，淬火后韧性下降，且易在高温时析出碳化物；1.4。高锰1114%锰是扩大A 相区的元素，它和碳配合，保证完全获得奥氏体组织，提高钢的加工硬化率及良好的韧性。一定量的硅0.30.8%硅可改善钢水的流动性，并起固溶强化的作用。,(2)成分特点,104,（3）典型钢种：ZGMnl3,（4）热处理特点,铸态组织为奥氏体+碳化物,性能硬而脆.,水韧处理，10001100，保温，使碳化物全部溶入奥氏体中，然后在水中快冷，使高温奥氏体固定到室温。硬度很低，韧性很高。室温组织为过饱和单相奥氏体,105,（5）耐磨机理水韧处理后，韧性高，硬度低.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。,106,107,热处理工艺,108,热处理工艺（续）,109,a、M+A 淬火（水冷）b、M+A 分级淬火c、T+M+A 淬火（油冷）d、B下 等温淬火e、S 正火（空冷）f、P 退火（炉冷）g、P 等温退火,20、共析钢加热到相变点以上，用图5-3所示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织/各属于何种热处理方法？,110,21、T12钢加热到Ac1以上；用图5-4所示各种方法冷却，分析其所得到的组织。,（a）M+A+Fe3C（b）B下+M+A+Fe3C（c）B下+Fe3C,111,22.某钢的连续冷却转变曲线如图5-5所示，试指出该钢按图中(a)(b)(c)(d)速度冷却后得到的室温组织。,(a)F+M+A(b)F+B+M+A(c)F+B+M+A(d)F+S,112,作业：1、试述渗碳钢和调质钢的合金化及热处理特点。2、试分析合金元素Cr在40Cr,GCr15,CrWMn,1Cr13,1Cr18Ni9Ti,4Cr9Si2等钢中的作用。3、试就下列四个钢号：20CrMnTi、65、T8、40Cr讨论如下问题：a.在加热温度相同的情况下，比较其淬透性和淬硬性，并说明理由；b.各种钢的用途，热处理工艺，最终的组织。,113,引 用 及 版 权 声 明,本课件的内容涉及到引用国内外学者的专著、教材、论文、课件、报告及一些网站等，没有逐一注释，向相关者表示感谢！本课件仅用于课堂教学和学生学习，不得用于商业活动，课件制作者保留相关权利！,