工业常用刚的用途与性能课件

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1、6.3 工业常用钢的性能及用途 一、结构钢,根据使用性能特点，结构钢可分为工程用钢和机器用钢两大类。 工程用钢大都是用普通碳素钢和低合金结构钢制造， 这类钢一般不进行热处理。 机器制造用钢大都是用优质碳素结构钢和合金结构钢 制造，这类钢一般要进行热处理。,1普通结构钢,包括碳素结构钢和低合金结构钢。 1）碳素结构钢 碳素结构钢通常轧制成钢板和各种型材（圆钢、方钢、 扁钢、角钢、槽钢工字钢、钢筋等）供应。, 碳素结构钢的力学性能一般能满足普通机械零件及工程结 构要求，因此用量很大，约占钢材总量的70%。, 这类钢的牌号有：Q195、 Q215、Q235、Q255、Q275 等。Q195、Q215

2、、Q235、 Q255均属低碳钢，塑性、 焊接性能好，常用于受力不 大的零件。其中Q235钢应用 最广。Q275钢属中碳钢，可 用作承受中等应力的普通零 件。,2）低合金结构钢, 低合金结构钢是在低碳钢的基础上，加入少量合金元素发 展而来的。 例如在Q235钢中加入适量Mn形成16Mn，其抗拉强度约提 高50%。 常用的牌号有：16Mn、15MnV、15MnTi、14MnMoVBRe、 14CrMnMoVB等。 16Mn是典型钢号。它发展最早，用的最多，产量最大。目 前有16Mn派生钢种，如16MnRe、16MnCu等。这类钢多 用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构。 15MnV、15MnTi主要

3、用于大型结构、中压容器等。 14MnMoVBRe的焊接性能好，广泛用于石油化工、中温 高压容器等。 14CrMnMoVB适用于制造400500的锅炉、高压容器 等。,2优质结构钢,优质结构钢包括优质碳素结构钢和合金结构钢。 1）优质碳素结构钢 常用优质碳素结构钢主要性能和用途如下： 08F钢 含碳量低，成本低，主要用于制造用量大的冲压零 件。 1025钢 也有良好的冷冲压性和焊接性，可用于制造表 面要求耐磨并能承受冲击载荷的零件。 3555钢 属中碳钢，经调质处理后可获得良好的综合力 学性能，主要用于制造齿轮和轴类等零件。 6070钢 主要用于制造弹簧等。,3合金结构钢,合金结构钢可分为渗碳钢

4、、调质钢、弹簧钢、轴承钢、耐磨钢等。 1）渗碳钢 渗碳钢主要经渗碳淬火与低温回火后使用，获得“表硬里 韧”性能。 渗碳钢的成分一般为：C=0.10%0.25%，合金渗碳钢常 加入Cr、Mn、Ni、B等。此外，还可加入Ti、V等碳化物 形成元素。 常用渗碳钢的牌号有： 20Cr、20MnB、20CrMn,20Mn2B 、 20CrMnTi、20Mn2BTi、20CrNi、18Cr2Ni4WA等。 热处理方法与工艺路线 以齿轮为例，材料为20CrMnTi，工艺路线为： 下料锻造正火加工齿形渗碳（930）预冷淬火 （830）低温回火（200）磨齿,2）调质钢, 调质钢经调质后，获得良好的综合力学性能

5、，主要用于制 造受力复杂的重要机器零件。 调质钢含碳量在0.3%.50之间；对合金调质钢，常 加入Cr、Si、Mn、Ni等主加元素，并可加入Mo、W、V、 Ti、B等辅加元素。 其主要作用是： 强化铁素体； 提高淬透性； 细化组织； 防止第二类回火脆性。, 最常用的调质钢钢种是45钢和40Cr。, 调质零件的热处理方法与工艺路线 以连杆螺栓为例，材质为40Cr，其工艺路线为： 下料锻造退火粗机加工调质（830加热、油脆后 525回火）精机加工 对调质钢，有时在调质处理后进行表面淬火或氮化处理。,3）弹簧钢 弹簧钢往往在动载荷下工作。要求弹簧钢的屈服强度、疲 劳强度高，要求热处理的淬透性好。 有

6、些特殊弹簧，要求有耐高温、耐腐蚀、导电、无磁性等 性能。, 碳素弹簧钢含碳量一般为0.620.9%，合金弹簧钢含碳量 为0.460.75%。常用的钢号有65Mn、60Si2Mn、50CrVA等。, 按弹簧的加工工艺特点，分冷成型弹簧和热成型弹簧。 A 冷成型弹簧：对于钢丝直径小于10mm的弹簧，通过拉拔 （或冷拉）、冷卷成型，然后进行定型处理。 B 热成型弹簧：热卷簧后进行淬火+中温回火（350500） 处理。 C 弹簧表面质量对使用寿命影响很大，常采用喷丸强化表面。 如汽车板簧，材料为60Si2Mn，经喷丸处理寿命提高35倍。,4）轴承钢,用于制造轴承的钢称为轴承钢。 轴承钢应具有的性能：

7、A 高而均匀的硬度（HRC6165）； B 高的弹性极限和接触疲劳强度； C 足够的冲击韧度和淬透性； D 一定的抗腐蚀能力。, 轴承钢的含碳量为0.95 1.10%，同时加入0.4 1.65%Cr；对于大型轴承， 加入硅、锰等元素。 轴承钢常用的钢号有GCr6、 GCr9、GCr15、 GCr15SiMn等。, 轴承钢的热处理工艺是：,球化退火+淬火（850油脆）+低温回火（160180） 对精密轴承，淬火后进行冷处理（-6080），磨削加工后进行120的时效处理。,5）耐磨钢 磨损是机械工程广泛存在的问题。 耐磨钢是指在冲击和磨损条件下使用的高锰钢。 高锰钢的主要成分是含碳量11.3%，含

8、锰量为1114%。 如常用钢号ZGMn13。 对高锰钢一般要进行“水韧处理”，即把钢加热到1100进 行水冷，零件表面在工作时受强烈冲击而发生加工硬化以 提高耐磨性。,二、工具钢,1刃具钢 对刃具钢的要求是： 高的硬度； 高的耐磨性； 高的红硬性（热硬性）； 足够的强度、塑性和冲击韧度； 良好的加工工艺性能。,1）碳素工具钢, 碳素工具钢的含碳量为0.651.35%,钢号有T7、T7A、 T8、T8A、T13A。 碳素工具钢的热处理： 预备热处理（球化退火）最终热处理（780淬火 +180回火） 碳素工具钢的缺点是红硬性差，淬透性差。 碳素工具钢大多用于受热程度低的手动工具、低速的机 用工具，

9、也可作尺寸小的模具等,2）低合金工具钢, 低合金工具钢含碳量一般为0.75 1.50%，加入合金元素常 为Cr、Mn、Si、W、V等。 常用的低合金钢有9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。如用9SiCr 制作丝锥、板牙及其它形状复杂、要求变形小的刀具。 低合金工具钢的热处理： 预备热处理（球化退火）最终热处理（用油淬火+低温回 火） 低合金工具钢的特点是淬火变形及开裂倾向小。,3）高速钢, 高速钢的特点是： 1.硬度高（HRC6366）、红硬性高，当切削温度达600 时，其硬度仍无明显下降； 2.淬透性高，在空气中就能淬火。 高速钢的含碳量为0.71.65%，并加入大量W、Mo、V、 Cr等

10、而形成高合金钢。常用的牌号有W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2等。 以W18Cr4V为例，说明其成分和特点。 A 含碳量较高，但又不能过高。一般为0.70.8%。 B 钨的含量为17.519%，以提高红硬性和耐磨性。钨可形. 成阻止晶粒长大的W6C，溶入马氏体的钨在回火时析出的 W2C、Fe2W2C等，可提高红硬性。钨可形成WC以提高 耐磨性。,C 铬的含量为4%，其作用是提高淬透性。,D 钒是提高耐磨性和热硬性的重要元素。可形成稳定的VC。 VC的性能是：大于1200才开始溶解，硬度大于HRC83。 高速钢的热处理比较复杂。以W18Cr4V盘状铣刀为例，其 工艺路线是： 下料锻造退火机加

11、工淬火回火喷砂磨削加工 A. 锻造的目的是消除莱氏体中粗大的且不均匀的碳化物。 W18Cr4V的铸态组织如图所示。,B 退火的目的是消除应力，降低硬度。退火后的组织如图所示。,C 淬火温度应取1280，因为高速钢达到此温度时，奥氏体中才 能溶解78%的钨，4%的铬和1%的钒，如图所示。,D 淬火冷却多采用盐浴中分级淬火（580620中性盐浴），淬 火后的组织为隐状马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体。如图所 示。 E 回火的目的是消除应力、稳定组织。应采用560回火，因为 在此温度回火硬度最高，如图所示。,F 由于高速钢淬火后的残余奥氏体量达2025%，通常采用 560回火三次。如图为W18Cr4V

12、盘状铣刀的淬火、回火 工艺。,G 回火后的组织为回火马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体。 如图所示。,4）硬质合金 硬质合金是把高硬度、高熔点的粉末 和胶结物质混合，加压成型，再烧结 而成的一种粉末冶金材料。, 硬质合金的特点是：,A 硬度极高（8991HRA）； B 红硬性好，切削温度可达1000； C 耐磨性好。 常用的硬质合金有两种： A 钨钴类：牌号有YG3、YG6、YG8等。主要用于加工脆性 材料，如铸铁及胶木等非金属材料。 B 钨钴钛类：牌号有YT5、YT15、YT30等。主要用于加工 韧性材料，如加工各种钢件。 C 近年来发展的新品种YW1、YW2称为万能硬质合金，可 用来切削难加工

13、材料。,2模具钢,1）冷作模具钢 对性能的要求 用来制造在冷态下变形的模具，如冷冲 模、冷镦模、拉丝模、冷轧模等。主要要求： A 高的硬度和耐磨性； B 较高的强度和冲击忍度； C 良好的工艺性。 冷模用钢 A 碳素工具钢和低合金工具钢 钢种有T8A、T10A、T12A；Cr2、9SiCr、CrWMn、 Cr6WV等。这类钢的优点是价格便宜，加工性能好。 缺点是淬透性差，热处理变形大。,B 高碳高铬模具钢：主要指Cr12型冷作模具钢，钢号有Cr12、 Cr12MoV等。,a)这类钢的含碳量为1.42.3%，Cr可提高钢的淬透性，Mo 和V可减少碳化物的不均匀性。 b)Cr12钢属莱氏体钢，热处

14、理工艺为：球化退火+淬火+低 温回火 c)Cr12钢的组织为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体。,2）热作模具钢 对性能的要求 制造使金属热成型的模具，如热锻模、热 挤压模和压铸模等。,主要要求是：,A 要求综合力学性能好； B 抗热疲劳能力高； C 淬透性高。, 成分和钢种,A 对中小尺寸模具，一般用5CrMnMo；对大尺寸模 具，一般用5NiMo。 B 热模钢的含碳量为0.500.60%，对压铸模为0.30%。 热处理工艺 对热模锻：锻造退火淬火高温回火,3量具钢,1）对量具钢的要求及解决办法,工作部分要求有高的硬度和耐磨性；要求组织稳定，使用时尺寸不变。 解决办法： 采用低变形钢，如铬锰钢、

15、铬钨锰钢等； 淬火前进行调质处理，得回火索氏体； 淬火后举行冷处理； 长时间的低温回火（低温时效）。,2）常用的量具用钢, 碳素钢具钢。常用于制作尺寸小、形状简单、精度要求 低的量具。 低合金工具钢（包括GCr15等）。如用GCr15钢制作量 具，其工艺路线为： 锻造球化退火机加工粗磨淬火低温回火 精磨时效涂油 有时也用渗碳钢制作精度不高、耐冲击的量具；有时也 用冷作模具钢制作精密量具。,三、特殊性能钢,特殊性能钢是指具有特殊的物理、化学性能的钢。 1不锈钢 1）金属腐蚀的一般概念 腐蚀通常可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 大部分金属的腐蚀都属于电化学腐蚀。电化学腐蚀实 际是电池作用，其腐蚀原理如

16、图所示。, 对同一种合金，因组成合金的相或组织不同，也会形成微 电池，造成电化学腐蚀。如珠光体由铁素体（F）和渗碳体 （Cm）两相组织而组成微电池，其腐蚀原理如图所示。, 观察碳钢显微组织时的试样就是利用电化学腐蚀原理制成的。 要提高金属的抗电化学腐蚀能力，通常采取以下措施：,A 尽量设法使金属在获得均匀的单项组织条件下使用，如 在钢中加入大于24%的Ni。 B 通过加入合金元素来提高金属机体的电极电位，如加入 大于13%的Cr。 C 加入合金元素，使金属表面腐蚀后形成一层致密的氧化 膜。,2）常用不锈钢, 马氏体不锈钢,A 常用的马氏体钢含碳量为0.10.45%，含铬量为1214%， 如典型的钢号1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。 B 钢中铬的n/8规律：即含铬量达n/8原子分数时，电极电位 呈台阶式跃增，