X工業(yè)用鋼工藝學(xué)

會(huì)計(jì)學(xué)1X工業(yè)用鋼工藝學(xué)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵2教學(xué)基本要求1.熟練掌握工業(yè)用鋼的分類與編號(hào)表示方法；

2.熟悉鋼鐵中合金元素的含量與作用與相應(yīng)組織。

3.了解鑄鐵的石墨化過(guò)程特點(diǎn)與影響；

4.熟悉鑄鐵的分類、牌號(hào)、性能特點(diǎn)并基本會(huì)選。

5.了解工程材料新發(fā)展簡(jiǎn)介第1頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵3§1工業(yè)用鋼簡(jiǎn)介

一、鋼：以鐵為主元素，含C％＜2％以下，并含有其它元素的材料。可形變加工的鐵碳合金。

1.工業(yè)用鋼(按成分)包括非合金鋼、低合金鋼、合金鋼三類。(必須掌握的內(nèi)容-考試啊!)

⑴按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低劃分為低碳鋼(wc<0.25％)

中碳鋼(wc在0.25％～0.60％間)

高碳鋼(wc>0.60％)等均為非合金鋼。第2頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵4

非合金鋼加入少量合金元素形成低合金鋼。⑵按質(zhì)量分按鋼的質(zhì)量等級(jí)分,分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特殊優(yōu)質(zhì)鋼,其中的磷和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表4-1所示。

⑶按鋼的主要性能及使用特性分分工程結(jié)構(gòu)用鋼,機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼,工具鋼,不銹鋼,耐蝕,耐熱鋼,軸承鋼,特殊物理性能等鋼。第3頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵5

2.鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法鋼材牌號(hào)采用“數(shù)字加字母”表示。力學(xué)性能和元素含量用數(shù)字表示，化學(xué)元素采用國(guó)際化學(xué)元素符號(hào)表示。

產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等用漢語(yǔ)拼音字母表示。

表4-2(p57)不同類型鋼及牌號(hào)表示方法。第4頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵6

3.鋼鐵及合金統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系

GB/T17616-1998對(duì)鋼鐵及合金產(chǎn)品牌號(hào)規(guī)定了統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)，與現(xiàn)行的GB/T221-2000鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法等同時(shí)并用。統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)有利于現(xiàn)代化數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行存儲(chǔ)和檢索，便于生產(chǎn)和使用。數(shù)字代號(hào)由固定6位符號(hào)組成,左邊第1位大寫拉丁字母作前綴(“I”和“0”除外),后接5位阿數(shù)字。第5頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵7

每個(gè)統(tǒng)一數(shù)字只適用于一個(gè)產(chǎn)品牌號(hào)。例如：U20202，表示20(非合金鋼)優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼鋼；A73402表示合金調(diào)質(zhì)鋼中的40MnVB。

非合金鋼，(俗說(shuō)：碳素結(jié)構(gòu)鋼)簡(jiǎn)稱：碳鋼

由于價(jià)格低廉、易于獲取，通過(guò)碳含量的控制和熱處理可使其性能得到改善，能滿足生產(chǎn)的基本需求，因而應(yīng)用廣泛。

二、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響(了解)第6頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵8

1.碳(C)作用碳對(duì)碳鋼的組織和性能影響很大。如圖示總趨勢(shì)是：狀態(tài)圖中自左向右,含碳量增加,Fe3C增加,硬度直線上升,塑韌性急速下降,強(qiáng)度先升后降。

2.錳(Mn)作用脫氧,FeO還原Fe;與S作用→MnS降低熱脆性;提高強(qiáng)度、硬度。屬有益元素。

3.硅(Si)作用

第7頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵9

與鋼液中FeO生成爐渣,提高鋼質(zhì)量;溶于F中，固溶強(qiáng)化。有益元素。

4.硫S作用：形成FeS(熔點(diǎn)1190℃）,在晶界處，在1100℃—1200℃時(shí),壓力加工,產(chǎn)生脆裂,“熱脆”。有害元素。

5.磷P作用：全部溶于F中,固溶強(qiáng)化；Rm、HB↑↑,在低溫下引起脆斷—“冷脆”。有害元素。第8頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵10

三、非合金鋼(碳)鋼分類

1.碳素結(jié)構(gòu)鋼

GB700-1988

牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法四部分組成。其中質(zhì)量等級(jí)分別用A、B、C、D表示。

A的S、P量高,D的S、P量最低,且質(zhì)量最好。

如：Q235-A.FQ-“屈”字漢語(yǔ)拼音字首，讀“屈”。第9頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵11

235-Rm(σb)≥235MPaA-質(zhì)量等級(jí)A級(jí)

F-脫氧方法，指“沸騰鋼”，一般不標(biāo)。牌號(hào)：Q195；Q215；Q235；Q255；Q275五類.

用途：用于制作螺釘、螺栓、螺母、角鋼、墊圈、焊接鋼管等,詳見參考書P63表4－4。

2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

S、P含量較低，用于重要零件第10頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵12

GB：牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，表示含碳量萬(wàn)分之幾（十）。如：08F、10、15、20、25，為低碳鋼，塑性好，耐沖、好焊；

30、35、40、45、50、55，中碳鋼含P多，強(qiáng)硬適中，多做重要件；

60、65、70、75，高碳鋼。多需淬火＋回火，制作彈性耐磨件。

20Mn、65Mn等稱含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。（詳見教參P68表4-13）第11頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵13

3.碳素工具鋼。牌號(hào)用“碳”字漢語(yǔ)拼音字首“T”+數(shù)字表示W(wǎng)c的千分之幾。如：T7、T8、T9、T10、T10A、T12等。如T10鋼WC=1%；T10A中的“A”表示為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼(適用各類高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼）。其中：

T7鋼（WC=0.7%）主要用于制造手鉗、剪刀、鑿子、手錘等；第12頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵14T10鋼（WC=1%）用于制作手用鋼鋸條、簡(jiǎn)單冷作模具、（手工鉆頭）等；

T12鋼用于制作鉸刀、銼刀、量具等。（詳見教參P83表4-25）

四、合金鋼為提高鋼的力學(xué),工藝,物理,化學(xué)性能、淬透性等,在碳鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素,稱為合金鋼。按用途分

合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。第13頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵15

1.合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào):數(shù)字＋元素符號(hào)＋數(shù)字(平均百分?jǐn)?shù))

如20CrMnTi、40Cr、60Si2Mn、38CrMoAlA等；用于制造機(jī)械零件和工程構(gòu)件。常說(shuō)的16Mn應(yīng)歸類于(低合金)高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,新號(hào):Q345(GB/T1591-94)

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼在碳鋼基礎(chǔ)上加少量錳、硅等合元制成。通常在熱軋、正火狀態(tài)下使用。第14頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵16

牌號(hào)表達(dá)同碳素結(jié)構(gòu)鋼Q295、Q345、Q390、Q420、Q460.

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼成本與碳素結(jié)構(gòu)鋼相近，但性能有較大的提高,在工程結(jié)構(gòu)中應(yīng)用極為廣泛。(舊牌號(hào):16Mn、09MnV2等)

2.合金工具鋼

用于制造刃具、模具、量具等工具.

如9SiCr、Cr12、CrMn、GCr15等；

GCr15有專用名稱“滾動(dòng)軸承鋼”,實(shí)為“名專用途廣”。第15頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵17

高速鋼又稱：鋒鋼、白鋼。特點(diǎn)是高熱硬性、耐磨性、淬透性，常用牌號(hào)：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，制造形狀復(fù)雜的高速切削工具，如：麻花鉆、銑刀、拉刀、齒輪刀具和其他成形刀具。

3.特殊性能鋼

不銹鋼（不銹鋼又多為耐熱鋼！）

1)鉻不銹鋼馬氏體型不銹鋼,其牌號(hào)有：

12Cr13、20Cr13、30Cr13

第16頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵18

2)鉻鎳不銹鋼：奧氏體型不銹鋼，其牌號(hào)：

12Cr18Ni9（Ti）、06Cr18Ni9

3)鐵素體不銹鋼：10Cr17-容器,日用品。

耐磨鋼

GB5680-98又稱“高錳鋼”,強(qiáng)烈沖擊力作用下發(fā)生硬化現(xiàn)象如牌號(hào)：ZGMn13-1、ZGMn13-2等，應(yīng)用鐵道叉、履帶板、顎板、鏟斗、保險(xiǎn)箱等。磁鋼（略）第17頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵19§2鑄鐵

鑄鐵是在凝固過(guò)程中經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變，用于生產(chǎn)鑄件的鐵基合金的總稱。生產(chǎn)上應(yīng)用的鑄鐵碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)常在2.5%～4%之間。鑄鐵抗拉強(qiáng)度較低,塑性和韌性差,不能進(jìn)行鍛造,但有一系列優(yōu)點(diǎn),而在工業(yè)上應(yīng)用廣泛。第18頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵20

1.鑄鐵石墨化

石墨化就是鑄鐵中的碳原子析出并形成石墨的過(guò)程。

在鑄鐵中的碳能以滲碳體和游離狀態(tài)的石墨形式存在。一般的石墨可以從液體中結(jié)晶出來(lái)，也能從A中析出，也可以由滲碳體分解得到。實(shí)踐證明，成分相同的合金在冷卻時(shí)，冷卻速度愈快，析出的滲碳體的可能性愈大；第19頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵21

冷卻速度愈慢，析出石墨的可能性愈大。故,在鐵碳合金結(jié)晶過(guò)程中存在兩種相圖,即Fe-Fe3C相圖(它說(shuō)明了析出Fe3C的規(guī)律)和Fe-G(石墨)相圖(它說(shuō)明了析出石墨的規(guī)律),為便于比較和應(yīng)用,將上述兩種相圖重疊在一起稱為鐵碳雙重相圖，如圖4-9所示。按Fe-G(石墨)相圖分析過(guò)共晶成分的鐵液由高溫到室溫的冷卻過(guò)程，可將鑄鐵的石墨化過(guò)程分為幾個(gè)階段：第20頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵22

第一階段：液相至共晶階段。包括從過(guò)共晶成分的液相中直接結(jié)晶出一次石墨和共晶石墨。

中間階段：共晶至共析轉(zhuǎn)變的階段。此時(shí)從奧氏體中直接析出二次石墨。

第二階段：共析轉(zhuǎn)變階段。包括共析轉(zhuǎn)變時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體+石墨。當(dāng)然，也可按Fe-Fe3C相圖進(jìn)行上述三個(gè)階段的石墨化過(guò)程。不同的是，先析出Fe3C，然后Fe3C在高溫下分解出石墨。第21頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵23

石墨是碳的一種結(jié)晶體，具有六方晶格,見圖4-10.原子呈層狀排列,同一晶面上的碳原子間距為0.142×10-10m,相互間呈共價(jià)鍵結(jié)合,結(jié)合力強(qiáng)。層與層之間的距離為0.304×10-10m,原子間呈分子鍵結(jié)合，結(jié)合力較弱。因此，石墨結(jié)晶形態(tài)常易發(fā)展為片狀，強(qiáng)度Rm

、塑性A極低，硬度為3HBW;低的力學(xué)性能,及其數(shù)量、形狀、大小和分布使灰鐵基體上布滿了裂紋和孔洞.第22頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵24

由于G的存在

①減少了基體承載的有效面積；

②G的尖角割裂基體,造成嚴(yán)重的應(yīng)力集中.

且G片越是粗大、分布不勻,其力學(xué)性能越差.

但是,灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度受G影響小。

灰鐵不能鍛造,不能沖壓;但是有如下優(yōu)點(diǎn)：①良好的鑄造性(流動(dòng)性好，收縮小)；②易切削;(？)③抗壓強(qiáng)度高；

第23頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵25

④減震和減摩性能好；⑤切口不敏感性；⑥制造容易、價(jià)格便宜。

2.鑄鐵的組織及影響因素灰鑄鐵按基體不同可分為;

P灰鑄鐵P+F灰鑄鐵F灰鑄鐵

要控制鑄鐵組織與成分，必須控制其石墨化程度，而影響石墨化的主要因素為：

1)化學(xué)成分

成分：Wc=2.5%~4%；Wsi=1~2.5%；WMn=0.6~1.2%;Wp≤0.3%；Ws≤0.15%.第24頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵26

隨C、Si增多，G核增多，析出G多而粗大；反之，G少；

S、Mn阻礙G，增加白口化，應(yīng)嚴(yán)控，P增加冷脆性。

2)冷卻速度(V)

冷卻快，原子來(lái)不及急擴(kuò)散，G化難以進(jìn)行；易白口。

冷卻的慢，可得灰口。顯然，欲求灰口件合理選擇鑄件壁厚。

第25頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵27

冷卻速度與鑄型材料也直接關(guān)聯(lián),如:金屬型比砂型的冷卻速度快，鑄件易白口.

3.灰鑄鐵的孕育處理直接向已熔煉出爐的低碳、硅含量鐵水中加入孕育劑（經(jīng)過(guò)破碎又預(yù)熱的75＃硅鐵）.

灰鐵經(jīng)孕育處理后G片細(xì)小均勻力學(xué)性能有明顯提高，故稱高強(qiáng)度鑄鐵

4.灰鑄鐵的牌號(hào)、用途第26頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵28

牌號(hào):HT×××

Rm≥

×××MPa

讀作:“灰鐵”,漢語(yǔ)拼音字母首

有:HT100、HT150、HT200、HT250、HT300、HT350(見P100表4-33)

主用于床身、箱體、重錘、暖氣片等。

5.灰鑄鐵的生產(chǎn)特點(diǎn)

6.灰鑄鐵的熱處理

1)消除應(yīng)力退火；第27頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵292)消除白口組織改善切削性能退火

3)表面淬火如機(jī)床導(dǎo)軌二、可鍛鑄鐵

又稱:馬鐵、韌性鑄鐵、展性鑄鐵、瑪鋼。

1.成分：Wc=2.2~2.8%,Wsi=1~1.8;碳、硅量低。

2.生產(chǎn)過(guò)程：

首先澆注成白口鑄鐵件，然后再經(jīng)過(guò)可鍛化(石墨化)退火而得到團(tuán)絮狀石墨的可鍛鑄鐵。因退火方法不同分：第28頁(yè)/共38頁(yè)工程材料工藝學(xué)-鋼鐵30

白心(B)可鍛鑄鐵；黑心(H)可鍛鑄鐵；珠光體(Z)可鍛鑄鐵等三種。

3.性能

Rm、A、ak比灰鑄鐵好,但不能鍛造.

4.牌號(hào)

GB9440-88KTH(或Z)×××－××－A＝××%Rm≥

×××Mpa