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1、课题四 常用钢铁材料 学习情境1 熟悉碳素钢 学习情境2 熟悉合金钢 学习情境3 熟悉铸铁 l 课题要点 l 本课题主要介绍碳钢 合金钢的分类 牌号 成分特点 性能及应用 以及铸铁的 分类 牌号 组织特点 性能及应用 l l 学习目标 l 1 了解杂质元素和合金元素对钢的影响 2 熟悉碳钢 合金钢的分类 牌号 成分 特点 性能及应用 l 3 熟悉常用铸铁的分类 牌号 组织特点 性能及应用 l 课题描述 l 钢铁材料是应用最广泛的金属材料 常 用的钢铁材料包括钢和铸铁两大类 合金碳素钢合金钢 主要由Fe C两元素组 成 含其它杂质元素 如Si Mn S P等 在碳素钢的基础上有目的 地添加了其它
2、合金元素 如Mn Si Ni V等 杂质元素 合金元素 同为Si M等非Fe C元素 为何在碳素钢中称 为杂质元素 而在合金钢中则称为合金元素 为何要在碳钢的基础上加上其它合金元素 为了改善钢的某种性能 有意加入的元素称 为合金元素 而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由 于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素 获得比碳素钢更好的性能 强硬度 塑韧性 耐腐蚀性 尺寸稳定性 耐摩擦性能 易切削 性等 学习情境1 熟悉碳素钢 一 成分和分类 主要元素C 0 0218 2 11 有益常存元素Si Mn 产生固溶强化 有害常存元素P 冷脆 S 热脆 FES 熔点低 奥 氏体晶界处 热加工脆裂 O H N 强度
3、 塑性 韧性 1 成分 按含碳量分类 2 分类 低碳钢 0 0218 0 25 中碳钢 0 25 0 6 高碳钢 0 6 2 11 按质量 S P 含量 分类 普通碳素钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 按用途分类 碳素结构钢 优质碳素钢 碳素工具钢 二 碳素钢的牌号及用途 1 碳素结构钢 成分 含碳量在0 06 0 38 之间 非金属夹杂物和有害元素含量较高 牌号 如 Q235 A F 其中Q表示屈服强度 235为屈服强 度最小值 A为质量等级 F脱氧方法 碳素结构钢的牌号和化学成分 GB T700 1988 牌号等级 化学成分 脱氧 方法 w C w Mn w Si w S w P 不大于 Q
4、195 0 06 0 120 25 0 500 600 0500 045F b Z Q215A B0 09 0 150 25 0 550 600 050 0 0450 045F b Z Q265 A0 14 0 220 60 0 650 600 0500 045F b Z B0 12 0 200 60 0 700 600 0450 045F b Z C 0 180 65 0 800 600 0400 040Z D 0 170 65 0 800 600 0650 065TZ Q255A B0 18 0 280 40 0 700 600 050 0 0450 045Z Q275 0 28 0 68
5、0 50 0 800 650 0500 045Z l延伸内容 l沸腾钢 脱氧不完全的碳素钢 F l 镇静钢 完全脱氧的钢 Z l半镇静钢为脱氧较完全的钢 脱氧程 度介于沸腾钢和镇静钢之间 浇注时 有沸腾现象 但较沸腾钢弱 b l特殊镇静钢 比镇静钢脱氧程度更充分 彻底的钢 故称为特殊镇静钢 代号 为 TZ l其牌号中的脱氧方法符号可以省略 碳素结构钢应用 钢板 钢筋 型钢等 做桥梁建 筑构件 多边型角钢 螺钉 铆钉 钢筋 螺纹钢 建筑构件钢桥梁 2 优质碳素钢 成分 含碳量在0 05 0 7 之间 有害元素含量较低 牌号 如 45钢 0 45 60钢 0 6 等 两位数字表示含碳量 以万分之一
6、为单位 优质碳素钢的化学成分和性能 钢号 化学成分 s MPa CMnSiSP 08F 10 20 65 40 45 50 60 65 0 05 0 11 0 07 0 16 0 17 0 26 0 62 0 69 0 67 0 44 0 42 0 50 0 47 0 55 0 57 0 65 0 62 0 70 0 25 0 50 0 65 0 65 0 65 0 65 0 50 0 80 0 50 0 80 0 50 0 80 0 50 0 80 0 50 0 80 0 50 0 80 0 06 0 17 0 67 0 17 0 67 0 17 0 67 0 17 0 67 0 17 0
7、67 0 17 0 67 0 17 0 67 0 17 0 67 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 175 205 245 615 665 655 675 400 420 6 1 碳素钢 应用 较重要机械零件 如轴 齿轮 弹簧等 汽车曲轴 需要进行一定的热处理 如淬火 回火 渗碳等 3 碳素工具钢 成分 含碳量较高 S和P的含量严格控制 牌号 如 T8 0 8 T12 1 2 如在数字后出现A 表示高级优质钢 如T
8、12A 钢号C Mn Si S P 退火后 HBS 水冷淬火 温度 T7 T8 T8Mn T9 T10Mn T10 T12 T16 0 65 0 74 0 75 0 84 0 80 0 90 0 85 0 94 0 95 1 04 0 95 1 04 1 15 1 24 1 25 1 65 0 40 0 40 0 40 0 60 0 40 0 40 0 60 0 40 0 40 0 40 0 65 0 65 0 65 0 65 0 65 0 65 0 65 0 65 0 060 0 060 0 060 0 060 0 060 0 060 0 060 0 060 0 065 0 065 0 06
9、5 0 065 0 065 0 065 0 065 0 065 187 187 187 192 19 207 207 217 800 820 780 800 780 800 760 780 760 780 760 780 760 780 760 780 碳素工具钢的化学成分和性能 淬火后HRC 62 用途 冲头 凿子 钻头 锉刀 量规等 螺纹量规 热处理 淬火 低温回火 组织 回火M 粒状Fe3C A l4 碳素铸钢 l将钢水直接铸成零件毛坯 以后不再进行锻 压加工的钢件叫铸钢 l碳素铸钢又称铸造碳钢 其碳的质量分数一 般在0 15 0 55 范围内 它具有良好的工 艺性能 价格便宜 在机电工
10、程设备中应用 很广 牌号 ZG25表示平均碳的质量分数为0 25 的碳素铸钢 工程用铸钢 ZG200 400 第一组数字表示其屈服强度的最低值 第二组数字表示其抗 拉强度的最低值 强度的单位均为MPa 碳素钢牌号 1 碳素结构钢 2 优质碳素钢 3 碳素工具钢 Q235 A F Q255 20钢 0 2 45钢 0 45 万分之一 T8 0 8 T12 1 2 千分之一 4 碳素铸钢 ZG25 ZG200 400 碳素钢总结 碳素钢品种齐全 冶炼 加工成型比较简单 价格低廉 经过一定的热处理后 其力学性能得到不同程度的改善 和提高 可满足工农业生产中许多场合的需求 但是碳素钢的淬透性比较差 强
11、度 屈强比 高温强度 耐磨性 耐腐蚀性 导电性和磁性等也都比较低 它的 应用受到了限制 为了提高钢的某些性能 满足现代工业和科学技术迅猛 发展的需要 人们在碳素钢的基础上 有目的地加人了锰 硅 镍 钒 钨 钼 铬 钛 硼 铝 铜 氮和稀土 等合金元素 形成了合金钢 学习情境2 熟悉合金钢 l 情境导航 l 合金元素对钢的影响 l 合金钢的分类 l 合金结构钢 l 合金工具钢 l 特殊性能钢 学习情境2 熟悉合金钢 1 常加入的合金元素有哪些 2 为什么要加入这些合金元素 3 这些合金元素怎样对钢的性能产生影响 Mn Si Ni V Mo Cr Ti B Al等 有针对性地改善钢的淬透性 强硬度
12、 高温强度 耐 磨性 耐腐蚀性 导电性和磁性 一 合金元素在钢中的作用 合金元素 基本相相图加热冷却过程 1 对Fe C合金基本相的影响 铁素体 渗碳体 溶入F中形成合金铁素体 产生固溶强化效果 P Si Mn Ni 形成合金渗碳体 Fe Me 3C或者特殊碳化物 如VC TiC等 按合金元素与C元素的亲和能力 Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe 返回 随着碳化物增多 强度 硬度 耐磨性提高 塑形 韧性下降 2 对Fe Fe3C相图的影响 对奥氏体相区的影响 对S点和E点的影响 扩大奥氏体相区 Ni Mn Co 缩小奥氏体相区 Cr V Mo W等 扩大奥氏体相区元素使S和E点向
13、左下方移动 缩小奥氏体相区元素使S和E点向左上方移动 S点和E点的移动对钢的组织和性能有什么影响 返回 扩大奥氏体相区 奥氏体钢 缩小奥氏体相区 铁素体钢 合金钢的种类繁多 根据选材 生产 研究和管 理等不同的要求 可采用不同的分类方法 1 按合金钢的用途分类 1 合金结构钢 2 合金工具钢 3 特殊性能用钢 2 按合金元素的含量分类 低合金钢 钢中合金元素总的质量分数WMe 5 中合金钢 钢中合金元素总的质量分数WMe 5 10 高合金钢 钢中合金元素总的质量分数WMe 10 3 按平衡状态或退火组织分类 亚共析钢 共析钢 过共析钢和莱氏体钢 二 合金钢的分类 三 合金钢牌号及其表示方法 一
14、般表示方法 两位数字 元素符号 数字 表示含碳量 万 分之一为单位 表示合金含量 百分之一为 单位 四舍五入取整 当含 碳量低于1 5 时 数字省略 高级优质钢在最后 加A表示 举例60Si2Mnw C 0 6 w Si 1 5 2 4 w Mn 1 5 18Cr2Ni4WAw C 0 18 w Cr 1 5 2 4 w Ni 3 5 4 4 w W 1 5 高级优质钢 特例 滚动轴承钢 GCr15 G表示滚动轴承 Cr是常加元素 15表示含铬量千分之一为单位 易切削钢 Y40Mn Y表示易切削钢 后面部分与一般表示方法相同 GCr25与Cr12的含铬量 返回 1 普通低合金结构钢 普通低合金
15、结构钢 普低钢 在低碳碳素结构钢的基础上加入少 量合金元素 3 获得的钢种 低合金高强度钢 含碳量 0 2 主加元素 Mn 1 25 1 5 溶入铁素体 起固溶强化作用 细化珠光体 起细晶强化作用 辅加元素 Nb铌 V Ti 形成稳定碳化物 起第二相弥散强化作用 并阻碍A晶粒长大 起细晶强化作用 性能 强度 韧性高 焊接 冷成形性能好 热处理 组织 热轧空冷 F S 例 Q390A 应用 常用于工程机械领域 如 高压容器 桥梁 船舶 车辆 普通低合金结构钢 返回 2 易切削钢 易切削钢 为了提高钢的切削加工性能 而加入一种或几种合金元素 形成易切削钢 主加元素 S 0 08 0 30 形成夹杂
16、物 使切屑容易脆断 具有减摩作用 降低切削力和切削热 减低表面粗糙度 延长刀具使用寿命 性能 具有良好的切削性能 过量的S容易产生热脆现象 Pb 0 15 0 25 降低摩擦系数 切屑变脆易断 Ca 0 001 0 005 形成硅酸盐保护膜 降低磨损 返回 Y40Mn 渗碳钢 3 渗碳钢 用于制造渗碳零件的钢 性能要求 表面具有较高的硬度和耐磨性 心部具有良好的塑性和韧性 外硬内韧 成分 w C 0 1 0 25 保证心部具有良好的塑性和韧性 合金元素Cr Mn B 提高淬透性 强化铁素体 改善表面 和心部的组织和性能 Ni 提高心部强度 提高韧性和淬透性 少量Mo W V Ti 稳定的合金碳化物 细化晶粒 提高表层硬度和耐磨性 室温组织 表面是回火马氏体 合金碳化物 残余奥氏体 60 62HRC 心部淬透时 低碳回火马氏体 铁素体 心部未淬透 索氏体 铁素体 渗碳钢牌号的前两 位数字应该是 渗碳钢 热处理 正火处理 改善锻造的不良组织 渗碳 淬火 低温回火 常用渗碳钢 低淬透性渗碳钢 20Cr 15Cr 20Mn2 20Mn2V等 中淬透性渗碳钢 20CrMnTi 20CrMnMo等
