工程材料和热加工基础第五章工业用钢课件.ppt
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1、工程材料与热加工基础程晓宇,工程材料与热加工基础 第五章 工业用钢,机械工程系金工教研室,工程材料与热加工基础程晓宇,第七章 工业用钢,钢的基础知识结构钢工具钢特殊性能钢,工程材料与热加工基础程晓宇,第一节 钢的基础知识,一.合金元素对钢的组织和性能的影响,杂质及合金元素与铁和碳的作用。,合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。,合金元素对钢的热处理的影响。,工程材料与热加工基础程晓宇,一)杂质和气体的影响,Mn 脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。,Si 有很强的固溶强化作用,能脱氧。,1.有益元素,工程材料与热加工基础程晓宇,2.有害元素:,P 有很强的固溶强化作用,低温 韧性差 ( 冷脆 )。,
2、S 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 )。,工程材料与热加工基础程晓宇,3.气体元素:,N:钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时 效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效 倾向。 O:钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。 H:原子态的过饱和氢时将降低韧性, 引起氢 脆。当氢在缺陷处以 分子态析出时,会产 生很高内压,形成微 裂纹,其内壁为白色, 称白点或发裂。,工程材料与热加工基础程晓宇,二)合金元素与铁和碳的作用,1.溶于基体中形成合金 F 或合金 A 。,2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。,3.单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。,工程材料与热加工基础程晓宇,1.溶于基体
3、中形成合金F或合金A,工程材料与热加工基础程晓宇,1.溶于基体中形成合金F或合金A,工程材料与热加工基础程晓宇,2.与碳作用形成合金碳化物,Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr,弱碳化物元素: Fe、Mn。,中强碳化物元素: Cr、Mo、W。,强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。,工程材料与热加工基础程晓宇,碳化物形成元素在周期表中都是位于铁元素的左边的过渡族金属元素,它们都有一个未填满的d电子亚层,当形成碳化物时,碳原子首先将其价电子填入金属原子未填满的d电子亚层,使形成的碳化物具有金属键结合的性质,金属原子的d电子亚层愈不满(周期表中,在铁左边离铁愈远),则其与碳的亲和力愈强
4、,形成碳化物的能力愈大,愈稳定,而且不易分解。,工程材料与热加工基础程晓宇,3.单独形成特殊碳化物,熔点、硬度、耐磨性最高。,稳定性最高。,TiC、NbC、VC。,工程材料与热加工基础程晓宇,三)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,扩大奥氏体区缩小奥氏体区改变共晶点和共析点的参数,工程材料与热加工基础程晓宇,1.扩大奥氏体区的合金元素,Mn、Ni、Co等元素。,作用: 使A3线温度下降, A4线温度上升。,工程材料与热加工基础程晓宇,Mn 元素对奥氏体区的影响,工程材料与热加工基础程晓宇,2.缩小奥氏体区的合金元素,Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。,作用: 使A3线温度上升, A4线温
5、度下降。,工程材料与热加工基础程晓宇,Cr 元素对奥氏体区的影响,工程材料与热加工基础程晓宇,3.改变共晶点和共析点参数的元素,几乎所有的合金元素。,作用: 使S点和E点的成分向左移。 使A1线的温度变化。,工程材料与热加工基础程晓宇,合金元素对 S 点成分的影响,工程材料与热加工基础程晓宇,合金元素对A1线的影响,工程材料与热加工基础程晓宇,四)合金元素对钢的热处理的影响,加热时对奥氏体形成的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响,工程材料与热加工基础程晓宇,1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响,除Mn 元素外,所有合金元素的加 入,均使奥氏体的形成速度减慢。,强碳化物形成元素能强烈的阻
6、止奥 氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等)。,非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等)。,工程材料与热加工基础程晓宇,2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响,除 Co 元素外, 所有的合金元素均使 钢的 TTT 曲线向右移。,除 Co、Al 元素外, 所有的合金元素 都使马氏体转变温度下降。,提高钢的淬透性, 常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。,工程材料与热加工基础程晓宇,3.合金元素对回火转变的影响,回火抗力的增加,二次硬化的产生,产生回火脆性,工程材料与热加工基础程晓宇,W、Mo、V 等碳化物在550时,使钢达到最高硬度, 产生二次硬
7、化。,工程材料与热加工基础程晓宇,Cr-Ni 钢的回火脆性示意图,工程材料与热加工基础程晓宇,防止第二类回火脆性的产生的方法:,在500600 快速冷却。,加入合金元素W、Mo。,工程材料与热加工基础程晓宇,二.合金元素在钢中的作用,1.主加元素: 对提高钢的性能起主要作 用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。,2.辅加元素: 配合主加元素进一步提高 钢的性能,弥补主加元素的 不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。,工程材料与热加工基础程晓宇,三、碳素钢的编号及用途,1.碳素结构钢: Q 235 A F,工程材料与热加工基础程晓宇,2.优质碳素结构钢,* 45 - Wc = 45%00,* 较高
8、锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn - Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%1.0%,工程材料与热加工基础程晓宇,3.碳素工具钢,T 12 A,工程材料与热加工基础程晓宇,4.铸造碳钢,ZG 200 - 400,工程材料与热加工基础程晓宇,第二节 合金结构钢 ( Alloy Constructional Steel ),普通低合金钢合金渗碳钢 合金调质钢弹簧钢滚动轴承钢易切削钢,工程材料与热加工基础程晓宇,一.普通低合金钢 ( common low alloyed steel ),1.化学成分: 碳素结构钢 + 合金元素,主加合金元素: Mn 1.8 %以内。,辅加合金元素:V、T
9、i、Nb、B。,工程材料与热加工基础程晓宇,一.普通低合金钢,2.牌号: Q 345 C,工程材料与热加工基础程晓宇,一.普通低合金钢,Q460钢含Mo、B,正火组织 为B,强度高,用于石化中温 高压容器。,压力容器,南京长江大桥,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,用于中等压力的容器。,工程材料与热加工基础程晓宇,二.碳素渗碳钢及合金渗碳钢,1.对渗碳钢的性能要求:,2.对渗碳钢的含碳量的要求:,低碳,3.渗碳钢的热处理特点:,表硬里韧,Wc 0.25 %,Wc = 0.150.25 %,合金元素:Cr、Mn、 Ni
10、、B、V、W、 Mo、Ti等。,表层:M回+Fe3C+A残,心部:F+P,表层:M回+Cm+A残,心部:低碳M回 +F,工程材料与热加工基础程晓宇,4.合金渗碳钢的牌号,20 Mn2 Ti A,工程材料与热加工基础程晓宇,5.典型合金渗碳钢种介绍,低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用 于受力小的耐磨件,如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。,中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在4 %左 右。20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷 的耐磨件,如变速箱齿轮。,柴油机凸轮轴,活塞销( 20Cr ),工程材料与热加工基础程晓宇,5.典型合
11、金渗碳钢种介绍,高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷 的耐磨件,如柴油机曲轴。,柴油机曲轴,工程材料与热加工基础程晓宇,20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线,工程材料与热加工基础程晓宇,三.碳素调质钢及合金调质钢,1.对调质钢的性能要求:,既强又韧,2.对调质钢的含碳量的要求:,中碳,3.调质钢的热处理特点:,淬火 + 高温回火( 500650 ),Wc = 0.250.6 %,Wc = 0.250.5 %,合金元素: Cr、Mn、 Ni、B、Si、V、 W、Mo、Ti等。,表层: S回,心部: P + F,表
12、层: S回,心部: S回,工程材料与热加工基础程晓宇,4.合金调质钢的牌号,40Cr40Mn40MnB35CrMo38 Cr Mo Al A25Cr2Ni4WA,工程材料与热加工基础程晓宇,5.典型合金调质钢种介绍,低淬透性调质钢,钢含合金元素总量3 %。,40Cr、40MnB等。,中淬透性调质钢,钢含合金元素总量在4 %左右。,38 CrSi、35 CrMo 等。,常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。,工程材料与热加工基础程晓宇,5.典型合金调质钢种介绍,高淬透性调质钢,钢含合金元素总量在4 % 10 %。,制造大截面重载荷零件,如曲轴等用高淬透性的零件等 。38 Cr Mo Al A、4
13、0 Cr Mn Mo、25 Cr2 Ni4 W A等。,工程材料与热加工基础程晓宇,40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线,工程材料与热加工基础程晓宇,四.碳素弹簧钢及合金弹簧钢,1.对弹簧钢的性能要求:,高的e、高的s/ b、高的-1、良好的韧。,2.对弹簧钢含碳量的要求:,中、高碳。,3.热成型弹簧钢的热处理特点:,淬火 + 中温回火( 450550 ),碳素弹簧钢,合金弹簧钢,化学成分,热处理后的组织,Wc = 0.60.9 %,Wc = 0.50.7 %,合金元素: Si、Mn、Cr、V、W、Mo等。,T回,制造尺寸小于815mm的小型弹簧。,T回,制造尺寸在2025mm左右的弹簧。,
14、工程材料与热加工基础程晓宇,4.合金弹簧钢的牌号,6565 Mn55 Si 2 Mn60 Si 2 Mn50 Cr V A50 Cr Mn A55 Si Mn Mo V Nb,工程材料与热加工基础程晓宇,5.冷成形弹簧生产工艺特点,用于生产尺寸小于815mm的小型弹簧,常用弹簧钢丝(片)冷绕成形,其制造方法有: T组织冷成型+200300去应力 退火。60、75、85、65 Mn。 T回组织冷成型+去应力退火。 退火组织冷成型+淬火+中温回火。 55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。,工程材料与热加工基础程晓宇,工程材料与热加工基础程晓宇,五.滚动轴承钢 ( bearing stee
15、l ),1.性能要求:,高的硬度强度和耐磨性;高的接触疲劳强度;足够的韧性和耐蚀性;高的纯净度;,工程材料与热加工基础程晓宇,五.滚动轴承钢 ( bearing steel ),2.化学成分特点:,高碳, Wc = 0.91.1%。主加Cr, 0.41.65 % 辅加Si、Mn。优质钢材。,工程材料与热加工基础程晓宇,五.滚动轴承钢 ( bearing steel ),3.热处理特点:,球化退火+ 淬火+ 低温回火,极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体,工程材料与热加工基础程晓宇,4.滚动轴承钢的牌号,G Cr9 Si Mn,工程材料与热加工基础程晓宇,5.铬轴承钢制造轴承的工艺路线,
16、锻造 球化退火 机加工 淬火 + 冷处理 ( 60 80;1h ) 低温回火 磨削加工 稳定化处理 ( 120 130;5 10h ),工程材料与热加工基础程晓宇,六.易切削钢( fee cutting steel ),2.性能要求:,降低切削力和切削热,减少刀具磨损,延长刀具寿命,改屑性能,提高切削速度。,3.化学成分特点:,1.用途:,适用于高速切削和在自动加工机床上加工的材料。,S:Ws = 0.080.3%Pb:WPb=0.150.25%Ca:微量,工程材料与热加工基础程晓宇,4.易切削钢的牌号,Y 40 Mn,工程材料与热加工基础程晓宇,5.易切削钢的热处理工艺特点,低碳易切削钢 (
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- 工程 材料 热加工 基础 第五 工业 课件

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