第7章工業(yè)用鋼.ppt

1、第 七 章 工業(yè)用鋼,本章主要內容 鋼的分類 鋼中的雜質及合金元素 結構鋼 工程構件用鋼 機器零件用鋼 工具鋼 刃具鋼 模具鋼 量具鋼 特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼）,（GB/T13304-1991）分類方法,鋼通常的分類,按用途分類 結構鋼 工具鋼 特殊性能鋼 按化學成分分類 低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼 低合金鋼、中合金鋼、高合金鋼 按質量分類 普通鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼,鋼的編號,普通碳素結構鋼 由代表屈服點的拼音字母Q+屈服點數據+質量等級（A、B、C、D）+脫氧方法（F、b、z、TZ）組成 如：Q235AF 優(yōu)質碳素結構鋼 鋼種含碳量的萬分之一表示其鋼號。 如：45 Mn的標注，C%

2、0.6%時，Mn%=0.91.2%；C% 0.6%時， Mn%=0.71.0%；數字后標注錳的元素符號。 如：16Mn 碳素工具鋼 牌號前加碳的拼音字頭，后跟鋼的平均含碳量的千分之一數字表示。 如T8；T10A(A表示高級優(yōu)質),鋼的編號,合金結構鋼 “數字+元素符號+數字+”表示。 如：60Si2Mn 合金工具鋼 當含碳量1.0%時以千分之一標出其碳含量，合金元素的標注同合金結構鋼。 如：9Mn2V；CrWMn 滾動軸承鋼 在鋼號前冠以“滾”的漢語拼音字頭“G”+Cr元素的千分之一含量標注。 如：GCr15,鋼的編號,不銹鋼及耐熱鋼 這兩類鋼鋼號前面的數字表示其含碳量的千分之一，但含碳量小于

3、或等于0.01%、0.03%及0.08%時，鋼號前分別冠以“000”、“00”和“0”。 如：9Cr18、00Cr18Ni9 鑄鋼 牌號前加以“ZG”，第一組數據表示最低屈服點數值，第二組數據表示最低抗拉強度。 如：ZG200400,結構鋼,結構鋼包括工程用鋼和機器零件用鋼兩大類 普通碳素結構鋼 用途：熱軋鋼板、鋼帶、型鋼、棒鋼等 成分特點和鋼種：0.06-0.38C Q195 Q235 Q275 低合金高強度結構鋼 性能特點是，高強度、高韌性及良好的焊接性和成形性。 用途：橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器等。 成分特點：加入了少量(不大于3)的合金元素，含 碳量(0.1-0.2%)較低，以少

4、量Mn為主加元素。 熱處理特點：熱軋、正火態(tài)或淬火態(tài) 鋼種和牌號 Q295、Q345、Q390、Q420、Q460 15MnVN,滲碳鋼,用途 制造汽車、拖拉機中的變速齒輪、凸輪軸、活塞銷等 性能要求 滲碳層硬度高，具有優(yōu)異的耐磨性能和接觸疲勞性能，同時有適當的塑性和韌性。 滲碳件心部有高的韌性和足夠高的強度。 有良好的熱處理工藝性能，且具有良好的淬透性。 成分特點 低碳,0.1-0.25之間；加入提高淬透性的元素Cr,Ni,Mn；加入少量阻礙奧氏體晶粒長大的合金元素V,Ti,Mo,W等。,滲碳鋼,熱處理特點(以20CrMnTi制造汽車變速齒輪為例) 工藝路線：下料鍛造正火加工齒型滲碳(930

5、) 預冷淬火(830)低溫回火(200)磨齒 鋼種及牌號 低淬透性滲碳鋼 20Mn2、20MnV、20Cr 中淬透性滲碳鋼 20CrMnTi、20MnVB 高淬透性滲碳鋼 20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA,調質鋼,用途 齒輪、軸類件、連桿、高強度螺栓。 以及汽車、拖拉機、機床等上的一些重要零件。 性能要求 承受彎曲、扭轉等多種復雜應力狀態(tài)，要求綜合力學性能。 成分特點 中碳(0.25-0.50)；加入合金元素有Cr, Mn, Si, Ni, B等 加入Mo,W以消除回火脆性,調質鋼,熱處理特點(以40Cr生產機床主軸為例) 下料鍛造退火粗機加工調質處理表面淬火低溫回火精機加工裝配 鋼種及

6、牌號 低淬透性調質鋼 40Cr、40MnB、40MnVB 中淬透性調質鋼 35CrMo 高淬透性調質鋼 37CrNi3、40CrNiMo,彈簧鋼,用途 彈簧和彈性元件 性能要求 減震、緩和沖擊。應有高的彈性極限e、高的疲勞極限r 、足夠的塑性和韌性，以免沖擊時發(fā)生脆斷。 成分特點 中、高碳(合金鋼0.45-0.70%及碳鋼0.6-0.9) 加入以Si,Mn為主的提高淬透性元素 Si、Mn主要是提高淬透性，同時提高屈強比，而以Si的作用最突出。但熱處理時促進表面脫碳，Mn易使鋼過熱。重要的彈簧鋼還要加入Cr、V和W。,彈簧鋼,熱處理特點 熱成型彈簧 用熱軋鋼絲或鋼板，淬火中溫(450-550)回

7、火獲得回火屈氏體組織。 冷成型彈簧 冷拔前進行“淬鉛”處理(在450-550鉛中等溫淬火)；后進行消除應力退火(200-300) 冷拔淬火回火 鋼種與牌號 65、65Mn、60Si2Mn、50CrVA,滾動軸承鋼,用途 主要制造滾動軸承的滾動體(滾珠、滾柱、滾針)，內外圈套等。 也可用于制造精密量具、冷沖模、機床絲杠等耐磨件。 性能要求 高的接觸疲勞強度(壓應力可達1500-5000MPa) 高的硬度和耐磨性(一般為HRC62-64) 足夠的韌性和淬透性,滾動軸承鋼,成分特點 高碳(保證鋼的高硬度、高耐磨性和高強度)，一般為0.95-1.10C 鉻為基本加入元素(為提高淬透性。它的(CrFe)

8、3C呈細密均勻分布，能提高鋼的耐磨性特別是接觸疲勞強度，但Cr含量過高會增大A的量或k的不均勻性；一般量為0.4-1.65) 加入Si、Mn、V等進一步提高淬透性，提高鋼的耐磨性并防止過熱。 純度要求極高(S0.02%、P0.027%其它非金屬夾雜對軸承鋼的性能尤其是接觸疲勞強度影響很大)。,滾動軸承鋼,熱處理特點 球化退火 淬火(820-840)低溫回火(150-160) 為提高尺寸穩(wěn)定性淬火后可立即進行冷處理(-60-80)；并在回火和磨削加工后進行低溫時效處理(120-130保溫5-10小時) 鋼種和牌號 鉻軸承鋼，代表性的鋼種為GCr15 另外還有其它添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼，

9、如：GCr15SiMn等。,工具鋼,用來制造刀具、模具和量具的鋼 按化學成分分： 碳素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼等。 按用途分： 刃具鋼、模具鋼、量具鋼,刃具鋼,用途 用于制造車刀、銑刀、鉆頭等金屬切削刀具 性能要求 高硬度(HRC60)； 高耐磨性； 高熱硬性； 足夠的塑性和韌性。,碳素工具鋼,成分特點 含碳0.65-1.35的高碳鋼。該類鋼的硬度隨含碳量增加硬度幾乎不變，但隨含碳量的增加其耐磨性不斷增加，韌性下降。 熱處理特點 預備處理：球化退火(降低硬度、改善切削加工性能) 最終熱處理：淬火(780)+低溫回火(180) 最終組織為：回火馬氏體粒狀滲碳體少量殘余奧氏體 鋼種與牌號

10、： T7 T7A T8 T8A T10 T10A等,低合金刃具鋼,成分特點 高碳(0.9-1.1)；加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素。Si提高回火穩(wěn)定性；W、V提高硬度和耐磨性以及防止過熱，細化組織。 熱處理特點 鍛后球化退火，淬火低溫回火 鋼種與牌號 9SiCr Cr2,高速鋼,成分特點 高碳：含碳量0.7-1.5保證與W、Cr、V等形成足夠數量的碳化物； 加入鉻提高淬透性(加入量均為4左右)，同時增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的抗氧化性和脫碳能力； 加入鎢、鉬：保證高的熱硬性。退火狀態(tài)下W和Mo主要以M6C型碳化物形式存在；淬火加熱時溶于奧氏體中，淬火后存在于馬氏體；在560回火時k

11、以W2C或Mo2C形式彌散，造成二次硬化，該k在500-600范圍內非常穩(wěn)定； 加入釩提高耐磨性。,高速鋼,熱處理特點(以W18Cr4V制造盤銑刀為例) 性能要求：刃部硬度要求HRC63-65；高耐磨性和熱硬性 生產工藝路線如下： 下料鍛造球化退火機械加工淬火回火噴砂磨削加工成品,高速鋼(球化退火工藝),高速鋼球化退火前后組織,高速鋼淬火回火工藝,高速鋼,為什么采用1270-1280淬火？ 鋼的熱硬性取決于馬氏體中合金元素的含量 高速鋼熱硬性取決于W、V兩種元素,高速鋼,為什么在550-570進行回火？ 在此溫度發(fā)生二次硬化現(xiàn)象，碳化物析出，彌散硬化。 在此溫度發(fā)生A向M轉變起到硬化作用。,高

12、速鋼,為什么進行550-570三次回火？ 淬火態(tài)約有20-25的殘余奧氏體一次回火約有10-15在回火冷卻過程中轉變?yōu)轳R氏體；二次回火冷卻時又轉變約10左右；三次回火后大約剩余約1-2。 每次回火還可以消除前一次回火時發(fā)生的參與奧氏體轉變?yōu)轳R氏體時產生的內應力。,模具鋼(冷模具鋼),用途 制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模以及拉絲模等。 性能要求 高硬度，一般為HRC58-62 高耐磨性； 足夠的韌性和疲勞抗力； 熱處理變形小,模具鋼(冷模具鋼),成分特點 高碳 多在1.0C以上，有時達2.0C 加入Cr、Mo、W、V等合金元素 熱處理特點 一次硬化法：在較低溫度(950-1000)下淬火，然后

13、低溫回火(150-180)硬度可達HRC61-64。 二次硬化法：在較高溫度(1100-1150)下淬火，然后于510-520多次(一般為三次)回火，產生二次硬化使硬度達HRC60-62。 鋼種和牌號 Cr12型 (Cr12MoV Cr12等)。,模具鋼(熱作模具鋼),用途 制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和鑄模等 性能要求 高的熱硬性和高溫耐磨性； 高的抗氧化能力； 高的熱強性和足夠高的韌性，尤其是受沖擊較大大的熱鍛模鋼； 高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞； 除此之外還要求有高的淬透性和導熱性。,模具鋼(熱作模具鋼),成分特點 中碳 0.3-0.6C(保證高強度、高韌性，較高的硬度(HRC35

14、-52)和較高的熱疲勞抗力) 加入較多的提高淬透性的元素Cr,Ni,Mn,Si,Mo 加入產生二次硬化的Mo,W,V等元素，Mo還能防止第二類回火脆性，提高高溫強度和回火穩(wěn)定性。 熱處理特點 鍛造退火機械加工淬火高溫回火 鋼種和牌號 中小尺寸(300mm) 的模具采用5CrMnMo；大尺寸(400mm)的模具采用5CrNiMo；此外還有4Cr5MoSiV、3Cr2W8V等,量具鋼,用途：卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞規(guī)等 性能要求 保證長期存放不發(fā)生尺寸精度變化，耐磨； 高的硬度和耐磨性；高的尺寸穩(wěn)定性；熱處理變形小。 成分特點 與低合金刃具鋼相同。 熱處理特點 調質處理；冷處理 ；時效處理 鋼種和牌

15、號：CrWMn,特殊性能鋼,用于制造在特殊工作條件或特殊環(huán)境(腐蝕介質、高溫等)下具有特殊性能要求的構件和零件的鋼材稱為特殊性能鋼。 特殊性能鋼包括：不銹鋼、耐磨鋼、耐熱鋼等等。 不銹鋼 不銹鋼是在大氣和弱腐蝕介質中耐蝕的鋼。 不銹鋼的化學腐蝕和電化學腐蝕的基本原理 化學腐蝕 電化學腐蝕,不銹鋼的耐蝕原理,化學腐蝕 金屬直接與介質發(fā)生化學反應。如高溫氧化、脫碳，在石油、燃氣中的腐蝕等。 電化學腐蝕 金屬在電解質溶液里因原電池作用產生電流而引起腐蝕。 根據原電池原理，產生化學腐蝕的條件是必須有兩個電位不同的電極、有電解質溶液，使兩電極構成回路。,提高金屬耐蝕性的方法,減少原電池形成的可能性，使金

16、屬具有均勻的單相組織，并盡可能提高金屬的電極電位。 形成原電池時，盡可能減小兩極的電極電位差，并提高陽極的電極電位。 減小甚至阻斷腐蝕電流，使金屬“鈍化”，即在金屬表面形成致密的、穩(wěn)定的保護膜，將介質與金屬隔離。,不銹鋼合金化特點,碳含量 0.1-0.2； 0.85-0.95(制造刀具) 合金元素 加入鉻：提高基體的電極電位(12.5%, 25%, 37.5%)，鉻是縮小區(qū)的元素，當含鉻量很高時可獲得單一的鐵素體組織；可在基體的表面形成致密的氧化膜。 加入鎳：可獲得單一的奧氏體組織，顯著提高鋼的耐蝕性 加入鉬、銅等：可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕性。 加入鈦、鈮等：可優(yōu)先與碳形成穩(wěn)定的碳化物，使鉻保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕晶間腐蝕傾向。 加入錳、氮：部分代替鎳獲得奧氏體組織,常用不銹鋼,奧氏體型：18-8鋼(1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti) 鐵素體型：Cr17、0Cr13 馬氏體型：1Cr134Cr13 沉淀硬化型：該類型鋼的成分與18-8鋼相近，但含鎳量較低，一般加入少量Al、Ti、Cu等強化元素。這些合金元素可使鋼在高溫快冷到室溫時獲得不穩(wěn)定的奧氏體或馬氏體，在500時效時可析出大量細小彌散的碳化