金屬工藝學-柴增田第6章

1、第6章 工業(yè)用鋼6.1 鋼的分類與牌號6.1.1 鋼的分類1.按品質分類 ： 1)普通鋼（P0.045%，S0.050%） 2)優(yōu)質鋼（P、S均0.035%） 3)高級優(yōu)質鋼（P0.035%，S0.030%） 2.按化學成份分類： 1）非合金鋼（碳鋼）， 2）低合金鋼， 3）合金鋼3.按成形方法分類： 1)鍛鋼，2)鑄鋼 ，3)熱軋鋼 ，4)冷拉鋼。 4.按金相組織分類： 1）退火狀態(tài)的：亞共析鋼（鐵素體+珠光體）；共析鋼（珠光體）；過共析鋼（珠光體+滲碳體）；萊氏體鋼（珠光體+滲碳體）。 2）正火狀態(tài)的：珠光體鋼；貝氏體鋼；馬氏體鋼；奧氏體鋼。 3） 無相變或部分發(fā)生相變的。5.按用途分類：

2、 1)建筑及工程用鋼：普通碳素結構鋼；低合金結構鋼；鋼筋鋼。 2）結構鋼 ，3）工具鋼 ，4）特殊性能鋼 ，（5）專業(yè)用鋼 6.綜合分類 1)普通鋼 (1)碳素結構鋼，(2)低合金結構鋼 ， (3)特定用途的普通結構鋼。2)優(yōu)質鋼（包括高級優(yōu)質鋼） (1)結構鋼 ，(2)工具鋼，(3)特殊性能鋼：不銹耐酸鋼；耐熱鋼；電熱合金鋼；電工用鋼；高錳耐磨鋼。7.按冶煉方法分類 1)按爐種分 (1)平爐鋼，(2)轉爐鋼，(3)電爐鋼。 2)按脫氧程度和澆注制度分 沸騰鋼；半鎮(zhèn)靜鋼；鎮(zhèn)靜鋼；特殊鎮(zhèn)靜鋼1、碳鋼牌號的表示方法 1）碳素結構鋼 表示方法：由屈服點Q（“屈”字漢語拼音字首）、屈服點數(shù)值、質量等級

3、和脫氧方法四部分組成。 牌號：如Q235AF 2）優(yōu)質碳素結構鋼 表示方法：采用兩位阿拉伯數(shù)字(以萬分之幾表示平均含碳量)和元素符號、相關規(guī)定的其它符號組合成牌號。 牌號：60Mn 3）碳素工具鋼 表示方法：用“碳”的漢語拼音字首“T”，其后標以數(shù)字（表示鋼中平均含碳量的千分數(shù)）表示。 牌號：T9 6.1.2 我國工業(yè)用鋼的牌號表示方法2、低合金鋼牌號的表示方法1）低合金高強度結構鋼 表示方法：低合金高強度結構鋼牌號表示方法與碳素結構鋼相同。 例如：Q345。2）易切削結構鋼 表示方法：以“易”字漢語拼音字首“Y”為首，其后數(shù)字表示平均含碳量的萬分數(shù)，若鋼中含錳量較高時標出“Mn”。 例如：Y

4、40Mn。3.合金鋼牌號的表示方法1）合金結構鋼（1）調質處理合金結構鋼、表面硬化合金結構鋼、合金彈簧鋼 表示方法：采用兩位數(shù)字和標準的化學元素符號表示。 例如，“30CrMnSiE”。 （2）高錳耐磨鋼 表示方法：以“ZG”為首（“ZG”即“鑄鋼”的漢語拼音字首），其后為合金元素符號“Mn”加數(shù)字，數(shù)字表示平均含錳量的百分數(shù)。例如，ZGMn131 2）軸承鋼 3）合金工具鋼（量具刃具用鋼、冷作和熱作模具鋼） 2）軸承鋼 表示方法：以“G”（“G”即“滾”的漢語拼音字首），其后為合金元素符號“Cr”加數(shù)字，Cr后面數(shù)字表示平均含鉻量的千分數(shù)，若再加其它元素時，表示方法與合金結構鋼相同。例如，G

5、Cr15SiMn。3）合金工具鋼（量具刃具用鋼、冷作和熱作模具鋼） 表示方法：與合金結構鋼牌號表示方法相似，區(qū)別在于，若鋼中平均c1% 時，其牌號以一位數(shù)字為首，表示平均含碳量的千分數(shù)。若鋼中平均c1% 時，則不標數(shù)字。例如，Cr12MoV。4）高速工具鋼 表示方法：與合金工具鋼相似，其主要區(qū)別是不論含碳量多少，均不用數(shù)字標出。例如，W18Cr4V。5）不銹鋼和耐熱鋼 表示方法：與合金工具鋼相似，只是當c0.03% 或c0.08% 時，在牌號首位分別冠以“00”與“0”。例如，4Cr13。6.2 雜質元素和合金元素在鋼中的作用一、主要常存元素在非合金鋼中的作用1. 硅（Si）：在碳鋼中Si0.

6、37% ；硅能溶于鐵素體產(chǎn)生固溶強化作用，提高鋼的強度和硬度，但降低鋼的塑性和韌性。錳（Mn）：在碳鋼中Mn=0.25% 0.8%。錳有一定的脫氧能力；錳能溶于鐵素體中，使鐵素體強化，也能溶于滲碳體中形成合金滲碳體。錳還可與硫化合，生成MnS，減輕硫的危害，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能。2. 硫（S）：硫是有害雜質元素，以FeS的形式存在，使鋼變脆，這種現(xiàn)象叫做鋼的“熱脆”。另外硫對鋼的焊接性能也有不良影響，容易導致焊縫產(chǎn)生熱裂、氣孔和疏松，因此硫是鋼中的有害元素，含量需嚴格控制。 磷（P）： 也是一種有害元素。磷能全部溶于鐵素體中，使強度和硬度增加，會導致塑性和沖擊韌性的顯著降低。在低溫

7、變脆，產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象。6.2.2 合金元素對鋼基本相的影響1、強化鐵素體溶于鐵素體，使晶格畸變，產(chǎn)生固溶強化。2、形成合金碳化物隨碳化物數(shù)量的增加，鋼的硬度、強度提高，塑性、韌性下降。6.2.3 合金元素對鐵碳相圖的影響1擴大奧氏體相區(qū) 使奧氏體區(qū)擴大的元素有Mn、Ni、Co、Cu等。2縮小奧氏體相區(qū) 使奧氏體區(qū)縮小的元素有Cr、Mo、W、V、Ti、Si等。3對FeFe3C合金狀態(tài)圖中S、E點成分的影響 大多數(shù)合金元素使S、E點左移，如圖6-2所示，致使S、E點含碳量降低，使含碳量相同的碳鋼與合金鋼有不同的組織和性能。6.2.4合金元素對鋼熱處理的影響1合金元素對奧氏體化的影響 大多數(shù)合金元

8、素能顯著減慢碳在奧氏體中的擴散速度，且合金元素本身的擴散速度較慢，因此大大減慢了奧氏體均勻化過程。加之低合金鋼與合金鋼中的碳化物比碳鋼中的滲碳體穩(wěn)定，不易分解，故也減慢了奧氏體均勻化過程。所以大多數(shù)合金鋼都需要加熱到較高的溫度并延長保溫的時間。2合金元素對過冷奧氏體轉變的影響 大多數(shù)合金元素都能不同程度地延緩奧氏體向珠光體和貝氏體轉變，這是由于它們?nèi)苋電W氏體后增大了其穩(wěn)定性，使“C”曲線向右下方移動，馬氏體臨界冷卻速度減小，因而提高了淬透性， 合金元素硅、鎳、錳可使C曲線右移而形狀不變，碳化物形成元素鉻、鉬、鎢等不但使曲線右移，而且使珠光體轉變曲線和貝氏體轉變曲線出現(xiàn)了分離。3合金元素對淬火鋼

9、回火轉變的影響1）提高了回火穩(wěn)定性（耐回火性）由于合金元素溶入馬氏體，使原子的擴散速度減慢，因而在回火過程中，延緩了馬氏體分解、殘余奧氏體分解以及碳化物析出聚集長大的速度，并將這些過程推向更高溫度，這就提高了回火穩(wěn)定性。 2）產(chǎn)生二次硬化 某些含有較多Cr、Mo、W、V、Ti等碳化物形成元素的合金鋼，在500600回火時，會從馬氏體中析出特殊碳化物，如Cr7C3、Mo2C、W2C、 VC等。這類碳化物硬度高、數(shù)量多、顆粒小、分散均勻，使鋼在回火后硬度有所提高，稱為二次硬化。6.3 非合金鋼一、碳素結構鋼 碳素結構鋼的牌號： 由代表屈服點的字母（Q）、屈服點數(shù)值、質量等級符號、脫氧方法四個部分按

10、順序組成，如Q235AF 碳素結構組織： 為較多的鐵素體（F）+較少的珠光體（P）。 用途： 因為含碳量較低，故焊接性能好，適合于扎制成鋼板、鋼帶、型鋼等。用于制做不需熱處理的焊接、鉚接、栓接構件及螺栓螺母等零件。 Q235-B、Q255-B可作為建筑工程中質量要求較高的焊接構件。在機械中可用作一般的轉動軸、吊鉤、自行車架等。 Q235-C、Q235-D質量較好，可作一些較重要的焊接構件及機件。Q255、Q275強度較高，可作摩擦離合器、剎車鋼帶等建筑構件鋼橋梁6.3.2優(yōu)質碳素結構鋼 優(yōu)質碳素結構鋼的牌號： 由兩位數(shù)字表示 數(shù)字表示含碳量的萬分之幾（以0.01%為單位），如45鋼，表示平均含

11、碳量為0.45%的優(yōu)質碳素結構鋼。 組織： 優(yōu)質碳素結構鋼在退火狀態(tài)下，組織為較多的鐵素體（F）+較少珠光體（P）。 優(yōu)質碳素結構鋼的牌號、化學成分、力學性能見表6-3。1025等低碳鋼焊接性和冷沖壓工藝性好，可用來制造各種標準件、軸套、容器等。也可通過適當熱處理（滲碳、淬火、回火）制成表面高硬度、心部有較高韌度和強度的耐磨損耐沖擊的零件。如齒輪、凸輪、銷軸摩擦片、水泥釘?shù)取?5等中碳鋼通過適當熱處理（調質、表面淬火等）可獲得良好的綜合力學性能的機件及表面耐磨、心部韌性好的零件。如傳動軸、發(fā)動機連桿、機床齒輪等。高碳碳素結構鋼經(jīng)適當熱處理后可獲得高的e和屈強比，以及足夠的韌性和耐磨性?？捎糜谥?/p>

12、造小線徑的彈簧、重鋼軌、軋輥、鐵鍬、鋼絲繩等。汽車曲軸6.3.3碳素工具鋼 碳素工具鋼的牌號： 用“碳”的漢語拼音字首“T”，其后標以數(shù)字（表示鋼平均碳含量的千分數(shù)）表示。 碳素工具鋼熱處理后的組織： 為回火馬氏體（M回）(淬火+低溫回火后所得組織）。 這類鋼一般主要用于制作手動和低速切削工具，以及對熱處理變形要求不高的一般量具和模具等。碳素工具鋼的牌號、成分、性能和應用見表64。螺紋量規(guī)6.3.4易切削結構鋼：易切削鋼的牌號： 用“Y+數(shù)字”表示，“Y”“易”字漢語拼音首位字母， 數(shù)字為平均含碳量的萬分數(shù)。例Y12表示平均含碳量為0.12%的易切削鋼。若鋼中含錳量較高時標出“Mn”，如Y40

13、Mn等。易切削結構鋼是含硫、錳、磷量較高或含鉛、鈣的低碳或中碳結構鋼，簡稱易切鋼。 常用易切削結構鋼見表65。6.3.5工程用鑄鋼工程用鑄鋼牌號： 首位以“鑄鋼”兩字的漢語拼音字首“ZG”。根據(jù)國標規(guī)定，鑄鋼牌號有兩種表示方法：用力學性能表示時，在“ZG”后面有兩組數(shù)字，第一組表示該牌號的屈服點的最低值，第二組數(shù)字表示抗拉強度最低值，如ZG200-400表示屈服點不小于200MPa、抗拉強度不小于400 MPa的工程用鑄造碳鋼。鑄鋼廣泛用于制造形狀復雜，很難用鍛壓方法成形，用鑄鐵又難以滿足力學性能的某些零件，如軋鋼機機架、水壓機橫梁、鍛錘砧座等。鑄鋼的牌號、化學成分、力學性能見表666.4 低

14、合金鋼一、低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼的主要合金元素有Mn、V、Ti、Nb、Al、Cr、Ni等，用來強化鐵素體，細化晶粒，提高沖擊韌度，提高對大氣的抗蝕能力。用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結構等。 二、低合金耐候鋼低合金耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是在低碳非合金鋼的基礎上加入Cu、Cr、Ni、Mo，使其在金屬表面形成一層保護膜。我國耐候鋼分為焊接結構用耐候鋼和高耐候性結構鋼兩類。三、低合金專業(yè)用鋼1、汽車用低合金鋼；2、管線用鋼；3、海洋平臺用鋼高壓容器橋梁船舶車輛6.5 機械結構用合金鋼6.5.1 合金滲碳鋼1.用途用于汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸

15、輪軸、活塞銷等機器零件。這類零件在工作中遭受強烈的摩擦磨損，同時又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。2.性能要求表面高硬度、高耐磨性、高接觸疲勞抗力、心部高強韌性、足夠淬透性、晶粒不易粗大。3.成分特點低碳, 在0.10%0.25%，加入Cr,Ni,Mn等提高淬透性，加入少量Ti,V,W,Mo細化晶粒，提高耐磨性。 4. 熱處理一般都是滲碳后直接淬火低溫回火.或重新加熱淬火低溫回火。汽車曲軸滲碳鋼 應用調質鋼 應用6.5.2合金調質鋼、非調質鋼和低碳馬氏體鋼1.用途用于制造汽車,拖拉機,機床等各種重要零件,如齒輪,軸類件,連桿,螺栓等.2.性能要求高的綜合機械性能、很好的淬透性。3.成分特點

16、中碳, 在0.25%0.5%，加入Cr、Mn、Ni、Si、等提高淬透性。 4.常用鋼種 低淬透性合金調質鋼典型的鋼種是40Cr,廣泛用于制造一般尺寸的重要零件 中淬透性合金調質鋼典型鋼種35CrMo等,用于制造截面較大的零件,如曲軸,連桿等。高淬透性合金調質鋼40CrNiMo鋼,有良好的淬透性,還可消除第二類回火脆性,用于制造大截面,重載荷的重要零件,如氣輪機主軸,葉輪,航空發(fā)動機軸等. 5. 熱處理 一般為調質，最終熱處理可做表面淬火低溫回火或氮化等 非調質鋼不進行調質處理，通過控制終鍛溫度及鍛后的冷卻速度來獲得具有很高強韌性能的鋼材。低碳馬氏體鋼具有高強度的同時兼有良好的塑性和韌性的特點，

17、從而降低零件的重量，提高力學性能。6.5.3 合金彈簧鋼1.用途用于制造各種彈簧和彈性元件。2.性能要求高的彈性極限、屈強比。高的疲勞強度，足夠塑性、韌性和淬透性3.成分特點中高碳, 在0.5%0.7%，加入Mn、Si等提高淬透性。CrV耐熱。 4.常用鋼種55Si2Mn、60Si2Mn、50CrVA、60Si2CrVA等。5. 熱處理 淬火中溫回火。獲得回火屈氏體。 汽車板簧火車螺旋彈簧6.5.4 滾珠軸承鋼1.用途用于制造各種滾珠軸承元件、精密量具、冷沖模、機床絲杠。2.性能要求高的接觸疲勞強度、高的硬度和耐磨性，足夠韌性和淬透性。3.成分特點高碳, 在0.95%1.10%，加Cr提高疲勞

18、強度耐磨性。加Si Mn等提高淬透性，加V提高鋼的耐磨性并防止過熱。高的冶金質量。4.常用鋼種GCr6、GCr9、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。 鉻軸承鋼：最常用的是GCr15。使用量占軸承鋼的絕大部分。除制造軸承外也常用來制造冷沖模 量具 絲錐等。 添加Mn 、Si 、Mo 、V的軸承鋼：在鉻軸承鋼中加入Si Mn可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。為了節(jié)約鉻，加入Mo 、V等可得無鉻軸承鋼，如GSiMnMoV GSiMnMoVRE等。 5. 熱處理 球化退火 、 淬火低溫回火。6.6 合金工具鋼和高速工具鋼6.6.1 合金工具鋼1.

19、量具刃具鋼（1）用途用于制造各種低速、形狀復雜的金屬切削刀具，如絲錐、板牙、銑刀、鉆頭等。（2）性能要求高硬度、高耐磨性、較好的紅硬性（300），足夠塑性、韌性和淬透性。（3）成分特點高碳, 在0.9%1.1%，加入Cr Mn、Si等提高淬透性。加入W,V提高耐磨性（4）常用鋼種9SiCr如,板牙,絲錐,冷沖模, 木工工具,低速切削刃具；Cr, Cr06 如,樣板,鉸刀,插刀,剃刀,刀片,刮刀,銼刀等；CrWMn 如拉刀,沖模,樣板,量規(guī)； W, W2, CrW 小麻花鉆,低速切削刃具等。（5） 熱處理球化退火 、淬火低溫回火 板牙絲錐2.合金模具鋼1）冷作模具鋼（1）室溫下使金屬塑性成形的模

20、具如：落料模、冷鐓模、剪切模、拉絲模（2）性能特點：較高硬度，高耐磨性，有一定強度、韌性，承受一定的沖擊和振動。較高的淬透性和小的熱處理變形（3）化學成分：碳質量分數(shù)，主加元素MnCr W MoV。（4）熱處理特點：球化退火，淬火低溫回火硬度58-60HRCCr12MoV沖孔落料模生產(chǎn)工藝路線下料球化退火切削加工淬火低溫回火磨平面電火花加工成品具體工藝見圖淬油HRC 淬油HRC回火 HRC、常用鋼種： Cr12 Cr12MoV SiCrMn2VCrWMn2）熱作模具鋼（1）性能特點：模具在熱和冷的狀態(tài)下使用，要求磨具在高溫下具有足夠的硬度、強度、韌性，要求較高的耐磨性、導熱性和較好的抗疲勞能力

21、。大模具要求較高的淬透性和小的熱處理變形。（2）化學成分：碳質量分數(shù)、，主加元素CrNi Mn W MoV。（3）熱處理特點：淬火中溫回火硬度HRC回火索氏體CrMnMo熱鍛模熱處理工藝路線具體工藝見圖使金屬熱變形加工的模具如：熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模預熱 加熱溫度預冷 淬油回火 HRC常用鋼種CrMnMo（模具厚度）CrNiMo（模具厚度）（高熱磨具）6.6.2 高速工具鋼、性能特點：高硬度，高耐磨性，有一定強度、韌性和塑性，承受一定的沖擊和振動。高的熱硬性，當溫度達到硬度無明顯下降。、化學成分：碳質量分數(shù)主加元素WMoCrV合金元素質量分數(shù)以上。W，提高紅硬性Mo提高紅硬性，韌性，消除第二

22、類回火脆性V提高硬度，耐磨性和韌性Cr提高淬透性和硬度WV產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象、熱處理特點：等溫退火，淬火三次低溫回火、常用鋼種：W18Cr4VW6Cr5Mo4V26.7 特殊性能鋼6.7.1 不銹鋼 在腐蝕性介質（如水、海水、酸、堿等）中具有抗腐蝕性能的鋼，稱為不銹鋼。1金屬有兩種基本腐蝕形式 化學腐蝕和電化學腐蝕。2提高金屬耐腐蝕性的一般途徑（1）提高金屬的電極電位；（2）使金屬在常溫下成為單一組織，避免形成原電池；（3）使金屬表面形成致密的保護模（即金屬的鈍化），阻止腐蝕介質繼續(xù)向金屬內(nèi)部侵蝕。3提高耐腐蝕性的措施：（1）在鋼中加入一定量（Cr13%）的鉻。（2）在鋼中加入一定量（Ni9%）

23、的鎳，使鋼在室溫下成為單一奧氏體組織。4不銹鋼的化學成分特點（1）含碳量低。大多數(shù)不銹鋼c0.10.2%，而且腐蝕性要求越高，含碳量越低，只有制造刃具和滾動軸承的不銹鋼c0.850.95%，但同時必須提高含Cr量。（2）鉻含量大于13%。（3）對腐蝕性要求高的不銹鋼，還要加入一定量的鎳。5不銹鋼的分類：按基體組織的組成不同分為：（1）鐵素體型這類鋼c0.12%、Cr1618%，通常在退火狀態(tài)下使用，常用于工作應力不大的化工設備、容器及管道，常用的如1Cr17等。（2）奧氏體型這類鋼Cr18%，Ni811%，含碳量很低，也稱188型不銹鋼。常用的是1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti鋼等。（3）馬氏體型 這類鋼C0.100.40%，Cr1218%。馬氏體不銹鋼只有在大氣、水（或汽）、海水等氧化介質中，才有較好的耐蝕性。主要用于要求較高力學性能，并有一定耐蝕性的零件，如噴嘴、汽輪機葉片、閥門等。常用的鋼號有1Cr13、2Cr13