工程材料第七章工业用钢.ppt.ppt
《工程材料第七章工业用钢.ppt.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《工程材料第七章工业用钢.ppt.ppt(84页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、第七章工业用钢Chapter 7 Steels Used for Industry,主要内容:钢的分类和编号钢中的杂质及合金元素结构钢工具钢特殊性能钢,工业用钢包括碳素钢(简称碳钢)和合金钢两大类。在工业用钢中,除Fe和C元素外,还含有其他元素,包括杂质元素(常存元素、稳存元素)和合金元素。杂质元素(Impurity):泛指钢冶炼后残留在钢中的元素。合金元素(Alloying Element):为提高钢的性能特意添加到钢中的元素。碳钢(Carbon Steel):含碳量为0.0218%2.11%的铁碳合金,具有较好的性能,产量大、价格低,应用广泛,但淬透性、回火抗力差、屈强比低。合金钢(All
2、oy Steel):在碳钢的基础上添加合金元素的铁基合金,总体性能优于碳钢,但加工困难、价格昂贵。选材时,如果碳钢能够满足要求,一般不使用合金钢。,第七章 工业用钢,第一节钢的分类和编号一、钢的分类1.按化学成分分类,碳素钢,低碳钢(wC0.25%),高碳钢(wC0.60%),工业用钢,合金钢,低合金钢(wMe5%),中合金钢(wMe510%),高合金钢(wMe10%),中碳钢(wC0.250.60%),第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,2.按用途分类,结构钢,工程构件用钢,建筑用钢,工业用钢,特殊性能钢,不锈钢,耐热钢,机器零件用钢,工具钢,桥梁用钢,船舶用钢,车辆用钢,渗碳钢,调质钢
3、,弹簧钢,轴承钢,刃具钢,模具钢,量具钢,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,3.按金相组织分类,(退火状态),亚共析钢,过共析钢,工业用钢,(正火状态),珠光体钢,贝氏体钢,马氏体钢,共析钢,莱氏体钢,奥氏体钢,复相钢,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,4.按质量分类,普通钢,(wS0.055%,wP0.045%),工业用钢,高级优质钢,优质钢,(wS0.040%,wP0.040%),(wS0.030%,wP 0.035%),注:高级优质钢在其编号后加注“A”特级优质钢在其编号后加注“E”,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,特级优质钢,(wS0.015%,wP 0.025%)
4、,二、钢的编号 普通碳素结构钢(Plain Constructional Carbon Steel)用“符号数字”表示举例:Q 2 3 5,屈服点的汉语拼音字头,屈服强度值不小于235MPa,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,平均含碳量的万分之几 08钢的平均wC=0.08%,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,优质碳素结构钢(Quality Constructional Carbon Steel)用两位数字表示举例:4 5 0 8,平均含碳量的万分之几 45钢的平均wC=0.45%,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,合金结构钢(Constructional Alloy Ste
5、el)用“数字元素符号数字”表示举例:3 6 Mn 2 Si,平均含碳量的万分之几 平均wC=0.36%,含有锰元素,平均wMn=2%,含有硅元素,平均wSi 1.5%,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,碳素工具钢(Carbon Tool Steel)用“T数字”表示举例:T 12 A,“碳素工具钢”之汉语拼音字头,平均含碳量的千分之几 平均wC=1.2%,高级优质钢,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,合金工具钢(Alloy Tool Steel)用“数字元素符号数字”表示举例:9 Mn 2 V,平均含碳量的千分之几 平均wC=0.9%,含有锰元素,平均wMn=2%,含有钒元素,平
6、均wV 1.5%,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,滚动轴承钢(Rolling Bearing Steel)用“G数字”表示,不标出含碳量举例:G Cr 15,“滚动轴承钢”之汉语拼音字头,含有铬元素,平均wCr=1.5%,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,高速工具钢(High Speed Tool Steel)用“元素符号数字”表示,不标出含碳量举例:W 18 Cr 4 V,含有钨元素,平均wW=18%,含有铬元素,平均wCr=4%,含有钒元素,平均wV 1.5%,第七章 工业用钢7.1 钢的分类和编号,不锈钢(Stainless Steel)用“数字元素符号数字”表示举例:1
7、Cr 18 Ni 9 Ti,平均含碳量的千分之几 平均wC=0.1%,含有铬元素,平均wCr=18%,含有镍元素,平均wNi=9%,含有钛元素,平均wTi1.5%,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,第二节钢中的杂质及合金元素一、杂质元素对钢性能的影响1.有益元素 锰(Mn)Mn能脱氧、消除硫的有害作用。Mn能溶入铁素体中产生固溶强化,提高钢的硬度和强度。硅(Si)Si有脱氧作用。Si能溶入铁素体中起固溶强化作用,提高钢的硬度和强度。,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,2.有害元素 硫(S)S易与Fe在晶界上形成低熔点(985C)共晶体,在1150C1200C的热加工时,
8、由于其熔化而导致开裂,从而导致钢的“热脆”。,磷(P)P能全部溶入铁素体中,使钢在常温下硬度提高,塑性、韧性急剧下降,从而引起钢的“冷脆”。,晶界上的低熔点硫化物共晶,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,3.气体元素 氮(N)过量N会使钢的塑性、韧性显著降低,产生“时效脆化”。氧(O)O是有害元素,易成为非金属夹杂物而降低钢的性能。氢(H)H是有害元素,引起钢的“氢脆”和形成“白点”(微裂纹)。,钢中的氧化物夹杂,钢中的白点,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,二、合金元素在钢中的作用 合金元素在钢中的存在形式:溶解于碳钢原有的相中举例:溶入F中、溶入A中、溶入Fe3C中(
9、形成合金渗碳体)。形成某些碳钢中没有的新相举例:Cr23C6、W2C、VC等。合金元素的种类:非碳化物形成元素(Non-carbide Former)举例:Ni、Si、Al、Co、Cu、N、B等。碳化物形成元素(Carbide Former)举例:Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn等。,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,1.合金元素对钢中基本相的影响 溶入铁素体,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,起固溶强化作用,提高钢的硬度和强度。Cr、Ni在适当范围内还能提高钢的韧性。,Me对F硬度的影响,Me对F冲击韧性的影响,第七章 工
10、业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,形成碳化物,起强化相作用碳化物形成元素在钢中与C作用形成碳化物,作为强化相,可显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。碳化物形成元素与碳的亲和力的大小:TiZrVNbWMoCrMnFe(1)强碳化物形成元素Ti、V、Nb等与碳亲合力很强,几乎总是与碳形成特殊碳化物。特殊碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高。(2)中强碳化物形成元素W、Mo、Cr等,当其含量较少时,多溶于渗碳体中而形成合金渗碳体(Fe,Me)3C;当含量较高时,则可能形成特殊碳化物。(3)弱碳化物形成元素Mn等与碳的亲合力较弱,除少量可溶于渗碳体中形成合金渗碳体外,大部分溶于铁素体或奥氏体中。,第七章
11、 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,2.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响钢中加入合金元素后,Fe-Fe3C相图将发生变化,这些元素或者扩大奥氏体区域,或者缩小奥氏体区域。,扩大 区的元素 Ni、Mn、C、N等。使奥氏体区域扩大。使A1和A3温度降低。使S点和E点向左下方移动。特例:当Mn13%或Ni24%时,S点降到室温以下,即在室温下可获得奥氏体组织。,Mn对 区的影响,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,缩小 区的元素 Cr、Mo、Si、W等。使奥氏体区域缩小。使A1和A3温度升高。使S点和E点向左上方移动。特例:当Cr13%时,在室温下奥氏体相区消失,即可获得单相铁素体组
12、织。,Cr对 区的影响,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,3.合金元素对钢的热处理的影响 对奥氏体化的影响 大多数合金元素延缓钢的奥氏体化过程。它们阻碍C和Me的扩散,因此合金钢的A化温度较高、时间较长。Ni、Co等部分非碳化物形成元素使奥氏体的形成速度加快。Al、Si、Mn等对奥氏体形成速度影响不大。对奥氏体晶粒度的影响 几乎所有合金元素都细化奥氏体晶粒。碳化物形成元素的细化晶粒效果尤其显著,它们形成的碳化物分布在A中时,能够阻碍晶界的迁移,从而阻止晶粒长大。Mn、P具有促进奥氏体晶粒长大的倾向。,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,对钢的淬透性的影响除Co外,几乎所有
13、合金元素只要溶入奥氏体中,均使C曲线向右移,即提高钢的淬透性。常用提高淬透性的元素:Mn、Cr、Ni、Si、B。,第七章 工业用钢7.2 钢中的杂质及合金元素,对钢的回火转变的影响 提高钢的回火稳定性。回火稳定性(Tempered Stability):淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。又称回火抗力。大多数合金元素能够阻碍M的分解和碳化物的析出与聚集长大。产生二次硬化 二次硬化(Secondary Hardening):钢在回火时硬度不仅不下降,反而升高的现象。W、Mo、V含量较高的高合金钢回火时,硬度不是随回火温度升高而单调降低,而是到某一温度(约400)后反而开始增大,并在另一更高温度
14、(一般为550左右)达到峰值,即产生二次硬化。防止第二类回火脆性W、Mo等元素有防止第二类回火脆性产生的作用。,第七章 工业用钢7.3 结构钢,第三节结构钢结构钢是制造各种工程结构和机器零件的钢。结构钢的性能要求:使用性能以强韧性为主。工艺性能以焊接性、淬透性为主。良好的耐大气、水腐蚀性。结构钢的成分特点:大多数结构钢含合金元素在5%以内,属于低合金钢。,第七章 工业用钢7.3 结构钢,一、工程构件用钢(Engineering Constructional Steel)工程构件用钢是桥梁、建筑、船舶、化工、石油、车辆、电站、国防等国民经济部门制造各种重要构件的金属材料。工程构件用钢的性能要求:
15、高的弹性极限和高的刚度,低的屈强比。良好的焊接性和冷变形性。良好的耐大气、水腐蚀性。工程构件用钢的成分特点:低含碳量:wC0.25%。含微量合金元素:V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE(稀土元素)等。,第七章 工业用钢7.3 结构钢,普通碳素结构钢(1)化学成分特点 低碳:0.100.20%(2)典型钢号 Q235(3)热处理特点 一般不进行专门的热处理,只保证力学性能和工艺性能。(4)使用状态及组织 使用状态:热轧态,组织:FP(少量)。(5)应用 建筑钢筋。,建筑钢筋,第七章 工业用钢7.3 结构钢,第七章 工业用钢7.3 结构钢,建筑钢筋,第七章 工业用钢7.3 结构钢,低合金高强度钢(H
16、igh-strength Low-alloy Steel)过去称为普通低合金结构钢、普低钢。(1)化学成分特点 低碳:0.100.20%,锰含量:1.21.6%。(2)典型钢号 Q345(16Mn)相当于是在Q235的基础上多添加了0.60.8%的Mn。(3)热处理特点 一般不进行专门的热处理,只保证力学性能和工艺性能。(4)使用状态及组织 使用状态:热轧态或正火态,组织:FP(少量)。(5)应用 桥梁钢构、船用钢板等。,南京长江大桥,第七章 工业用钢7.3 结构钢,南京长江大桥中的钢结构,第七章 工业用钢7.3 结构钢,第七章 工业用钢7.3 结构钢,二、机器零件用钢(Machine Ste
17、el)机器零件用钢是于制造齿轮、轴、弹簧、轴承等各种机器零件的金属材料。机器零件用钢的性能要求:高的强度和塑性、韧性。高的疲劳强度。高的淬透性。机器零件用钢的成分特点:除C元素外,通常含有提高淬透性和细化晶粒的合金元素,如Cr、Ni、Mn、Si、Mo、Ti、V、W等。,第七章 工业用钢7.3 结构钢,渗碳钢(Carburizing Steel)(1)化学成分特点 低碳:0.10.25%合金元素:Cr、Ni、Mn、Mo、B、Ti、W、V等渗碳后,表层为0.8%1.0%的高碳成分,保证高硬度、高耐磨性,心部保持原始成分,保证良好的韧性和足够的强度。(2)典型钢号 20CrMnTi(3)热处理特点
18、渗碳(920930C)淬火(830C)低温回火(200C,2h)(4)组织和性能 表层:高碳M回kA,硬度:HRC5662。心部:低碳M回 F(淬透),硬度:HRC3045。FS(未淬透)。(5)应用 重载荷齿轮、凸轮、活塞销等。,第七章 工业用钢7.3 结构钢,渗碳炉,凸轮,第七章 工业用钢7.3 结构钢,第七章 工业用钢7.3 结构钢,调质钢(Thermal Refined Steel)(1)化学成分特点 中碳:0.300.50%合金元素:Cr、Ni、Mn、Mo、W、V、Ti、B等 保证钢经调质处理后具有良好的综合力学性能。(2)典型钢号 40Cr(3)热处理特点 淬火(830C)高温回火
19、(525C),即调质处理。(4)组织和性能 组织:S回,硬度:HRC2535。(5)应用 机床主轴、轻载荷齿轮、汔车后桥半轴、连杆、螺栓等。,第七章 工业用钢7.3 结构钢,连杆,破碎机主轴,第七章 工业用钢7.3 结构钢,汽车半轴,曲轴,第七章 工业用钢7.3 结构钢,弹簧钢(Spring Steel)(1)化学成分特点 中、高碳:0.450.70%;合金元素:Si、Mn、Cr、V等。(2)典型钢号 热成形弹簧(弹簧用钢的尺寸较大):60Si2Mn 冷成形弹簧(弹簧用钢丝的直径一般小于10mm):50CrVA(3)热处理特点 热成形弹簧:淬火(870C)中温回火(460C)冷成形弹簧:卷簧
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 工程 材料 第七 工业 ppt
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2874838.html