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1、第 1 页 共 9 页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,Q2
2、35,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 主要用于
3、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第 2 页 共 9 页等零件. 6070 钢 主要用于制造弹簧等.3.合金结构钢合金结构钢可
4、分为渗碳钢,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 0.30%0.50 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.有些特殊弹
6、簧,要求有耐高温,耐腐蚀,导电,无磁性等性能.第 3 页 共 9 页 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
7、能: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 0.951.10%,同时加入 0.41.65%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%,含锰量为
8、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.刃具钢第 4 页 共 9 页对刃具钢的要求是: 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.第 5 页 共 9 页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
11、为例,其工艺路线是:下料锻造退火机加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
12、三次.如图为 W18Cr4V 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
13、切削难加工材料.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:第 6 页 共 9 页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)
14、Cr12 钢属莱氏体钢,热处理工艺为: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
15、铬锰钢,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.第 7 页 共 9 页 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
16、用,其腐蚀原理如图所示. 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 1
