机械工程材料-charpt 6 工业用钢

第六章,工业用钢,6.1 合金元素与铁和碳的相互作用,1.合金元素与铁的相互作用,1）扩大奥氏体相区元素,Ni、Mn、Co,C、N、Cu、Zn、Au,（1）封闭相区：Ti、V、Mo、 W、Cr（强K形成元素）、Si、Al,（2）缩小相区：B、Zr、Nb、Ta,2.合金元素与碳的相互作用,6.2.合金元素对Fe-C相图的影响,重点：Me对钢的临界点A1、A3、Acm以及S、E点的影响，反映在相图上则表现为相区的扩大或缩小,1对S、E点的影响,普遍规律,（1）所有Me均使S、E点左移，这就意味着：相同C量， 合金钢比碳钢中P多 ；含C小于0.8%就有可能为过共析钢 （40Cr13）；含C小于2.0%就会出现莱氏体（W18Cr4V）,A稳定元素均使S、E点向左下方移动； F稳定元素使S、E点向左上方移动。 S点左移：意味着共析C量减小 ； E点左移：意味着出现莱氏体的C量降低,（2）S、E点向左移，则ES线即Acm左移,2.对A1、A3线的影响,F稳定元素Cr、Si等使A1（A3）线向上移动 A稳定元素Ni、Mn等使A1（A3）线向下移动；,3对区的影响,铬对钢区的影响 锰对钢区的影响,6.3 合金元素对钢的相变影响,1对A形成速度的影响,K形成元素降低Fe和C的扩散系数，减缓A体化过程。,K形成元素提高钢的临界点，A体化温度较高。,非K形成元素增大C的扩散系数，加速A体化过程。,2对A晶粒大小的影响,K形成元素抑制A晶粒长大。,非K形成元素抑制A晶粒长大作用较弱。,Mn, P, C促进奥氏体晶粒长大。,3对过冷奥氏体分解转变的影响,除Co外，合金元素增大过冷奥氏体稳定性，使曲线右移。,除Co，Al外，合金元素使Ms和Mf点下降，Ar量增多。,凡扩大A区的元素：Ni、Mn、Cu等，降低A1点，使P相变区移向较低温度； 凡缩小A区的元素：Si 、Al、Cr、W、Mo、V等，升高A1点，使P相区变移向较高温度。,4对回火转变的影响,提高钢的耐回火性,抑制残余奥氏体的分解,阻碍碳化物的析出和长大,提高铁素体的再结晶温度,6.4 钢的分类与编号,结构钢,工具钢,特殊性能钢,1、碳素结构钢和低合金高强度钢 Q+最低屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号,Q235AF、Q235BZ,低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢， 其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345C,2、优质碳素结构钢,牌号用两位数字表示。 这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几。 如45钢平均含碳量为万分之四十五（即0.45%）的优质碳素结构钢。,当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.50 3.49%、 3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素 符号后标2、3、4、5 等数字。如20CrNi3,3、合金结构钢和合金弹簧钢 两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+该元 素百分含量数字+ 当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标含量；,4、工具钢 碳素工具钢 T + 数字 T表示“碳素工具钢” ； 数字表示平均含碳量的千分之几. 如T8其平均含碳量为千分之八(0.8%C)。 *说明：碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。, 合金工具钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+ 当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi. 当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。,5、轴承钢 G+Cr+铬含量(不标含碳量) “G”表示“滚动轴承钢”。 * 铬含量以千分之一为单位. 如“GCr15”的平均含铬量为1.5%。,6、不锈钢和耐热钢 含碳量+合金元素符号+该元素百分含量+ 含碳量以千分之一为单位。,含碳量的表示方法为： 当平均含碳量1.00%时，用两位数字表示，如11Cr17(平均含碳量为1.10%)；, 当1.0%平均含碳量0.1%时，用一位数字 表示,如2Cr13（平均含碳量为0.20%）, 当0.1%含碳量上限 0.03%时，以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为0.08%） 当0.03%含碳量上限0.01%时（超低碳），以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为0.03%）, 当含碳量上限0. 01%时(极低碳)，以“01”表示， 如01Cr19Ni11（含碳量上限为0.01%）。,7、铸钢 ZG + 两位数字 ZG表示“铸钢”； 两位数字表示平均含碳量的万分之几, 如ZG25.,6.5 结构钢,铜陵长江公路大桥,铜陵长江公路大桥,对结构钢的性能要求为： 使用性能以强韧性为主。 工艺性能以可焊性、淬透性为主。,一、碳素结构钢,1、成分：0.4%C, P、S量及非金属夹杂较多. 2、性能：可焊性、塑性好。 3、热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。 4、使用状态下组织：F+P,5、用途 常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%。 用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。,二、低合金高强度结构钢,1、性能要求 高强度及足够韧性。 良好的焊接性能。 良好的耐蚀性及低 的韧脆转变温度。 2、成分特点 低碳：0.2%C. 合金元素：主要是Mn，还有少量V、Ti、Nb等。, Mn的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。 V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。 另外加Cu、P可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。,3、热处理：大多数热轧空冷后使用。少数可用正火+高温回火处理。 4、使用状态下组织：F+P,低合金高强钢合金元素细化晶粒作用,5、用途： 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，用于中等压力的压力容器。 Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高,用于石化中温高压容器.,南京长江大桥,三、渗碳钢,制造渗碳零件的钢种。 1、性能要求 表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。 良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。,2、成分特点 低碳：0.10.25%C 合金元素作用： 提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B 强化铁素体： Cr、Mn、Ni 细化晶粒： W、Mo、Ti、V,3、热处理特点 渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造正火机加工渗碳淬火+低温回火 正火目的为调整硬度，便于切削加工。 淬火温度一般为 Ac1+30-50。 4、使用状态下组织 心部：M回+F 表层：M回+颗粒状碳化物+A(少量)；,渗碳淬火后的表层组织,用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。,5、常用钢号及用途 低淬透性钢： 20、20Cr。,中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。,四、调质钢,1、性能要求 良好的综合力学性能； 良好的淬透性。,2、成分特点 中碳：0.30.5%C 合金元素作用： 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni 细化晶粒: Ti、V 防止第二类回火脆性: W、Mo,调质件（螺杆）,3、热处理及组织特点 调质件的加工工艺路线为：下料锻造退火粗加工调质精加工装配 调质目的： 为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织.使用状态下的组织为 表面： M回；心部：S回,为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。,回火索氏体,柴油机凸轮轴,4、常用钢号及用途 低淬透性钢： D0油3040mm, 常用 45、40Cr, 用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。 中淬透性钢： D0油4060mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。,五、弹簧钢,制造弹簧或类似性能零件的钢种。 1、性能要求 弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。 高的s，s/b； 高的-1；足够的韧性 高的淬透性。,2、成分特点 中高碳： 碳素弹簧钢为0.60.9%C 合金弹簧钢为0.450.7%C 合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr 提高s/b：Si 细化晶粒：V,3、热处理及组织特点 冷成型弹簧：冷拔 冷成型定型处理(250300)。 用于10mm), 避免表面缺陷； 进行喷丸处理，使表 面产生压应力。,板簧喷丸处理示意图,4、弹簧的表面质量 弹簧的表面质量对其寿命影响很大。 提高表面质量的方法: 防止表面脱碳；,5、常用钢号及用途 Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。 Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。,六、滚动轴承钢,用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。 1、性能要求 轴承工作时, 承受接触应力(达30003500MPa)、周期性交变,载荷(频率达数万次/分)和摩擦。 高而均匀的硬度和耐磨性。 高的b和接触疲劳强度。 足够的韧性、淬透性和耐蚀性.,2、成分特点 高碳：0.951.10%C 合金元素：以Cr为主,加入Mn、Si。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性,Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。 当1.65%Cr时,会因A增加而使硬度和稳定性下降。,