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碳钢及合金钢介绍.ppt

上传人:hwpkd79526 文档编号:10042367 上传时间:2019-10-01 格式:PPT 页数:43 大小:1.33MB
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资源描述

1、碳钢与合金钢简介,重点要求 1. 合金钢的编号方法,会辩认各种钢号; 2. 合金结构钢的成分,热处理及组织,性能及用途。 . 工具钢的性能,成分,热处理目的和方法,组织;,一般要求 . 特殊性能钢; . 时效处理、热硬性等概念。,3.1.1 碳钢的成分和分类 3.1.2 碳钢的牌号及用途,3.1 碳钢,3.1.1 碳钢的成分和分类,. 成分 w(C) 2.11%Mn、Si 固溶强化S 热脆P 冷脆 O、N、H 强度、塑性、韧性 . 分类 1)按C含量分低C钢 w(C) 0.25%中C钢 0.25% w(C) 0.6%高C钢 w(C) 0.6% 2)按质量分(S、P含量) 普通碳素钢;优质碳素钢

2、;高级优质碳素钢。3)按用途分 碳素结构钢、碳素工具钢。,3.1.2 碳钢的牌号及用途,1碳素结构钢2优质碳素结构钢3碳素工具钢,1碳素结构钢,牌号 如 Q215B,表示 s 215 MPa(厚度 16mm),B级质量。,用途,钢板、钢筋、型钢等,作桥梁、建筑等构件。,热处理:热轧空冷 组织:SF,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,2优质碳素结构钢,牌号 如 45 钢,含C量为 45 / 10000 = 0.45 % 。,(摘自GB/T699-1999),用途,较重要的零件,如齿轮、轴、连杆、弹簧等。,汽车曲轴,热处理: 渗碳、淬火、回火等。,3碳素工具钢,牌号 如 T12A 钢,含C量为

3、 12 / 1000 = 1.2 % ,A表示高级优质,w(S) 0.020 % ,w(P) 0.030 % 。,(摘自GB/T1298-1986),用途,冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等。,热处理:淬火 + 低温回火 组织:回火M 粒状Fe3C + A,3.2.1 概论3.2.2 合金结构钢3.2.3 合金工具钢3.2.4 特殊性能钢,3.2 合金钢,3.2.1 概论,. 合金钢的分类(按用途分类) 合金结构钢 低合金结构钢、渗C钢 、调质钢 、弹簧钢 、轴承钢等。合金工具钢 刃具 、模具、量具钢。特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。 . 合金钢的编号结构钢 如 60Si2Mn ,w(C)=0

4、.6% , w(Si)=2% ,w(Mn)1.5%工具钢、特殊性能钢 如 9SiCr ,w(C)=0.9% ,w(Si)、w(Cr) 均1.5%而 CrWMn 中,w(C)1.0% 专用钢 如,滚动轴承钢 GCr15, w(C)=1.0% , w(Cr)=1.5%高级优质钢 如,20Cr2Ni4A,3.2.2 合金结构钢,1低合金结构钢2渗碳钢3调质钢4弹簧钢5滚动轴承钢,1低合金结构钢,成分 w(C)0.2% ,主加元素Mn,附加V、Ti、Nb。 性能 强度、韧性高,焊接、冷成形性能好。,热处理、组织 热轧空冷,SF,高压容器,桥梁,船舶,车辆,应用,2渗碳钢,成分 w(C)=0.10.25

5、%, 韧性好。合金元素提高淬透性、耐磨性, 细化晶粒。 性能 渗层硬度高,耐磨,抗接触疲劳;心部韧性高、强度大。,热处理:,组织 表层:回火M +碳化物+ A;心部:低C的回火M(+T + F),应用 耐磨件20Cr,小轴、活塞销、小齿轮。20CrMnTi,汽车齿轮。18Cr2Ni4WA,如曲轴、连杆。,渗碳 淬火 低温回火,3调质钢,成分 w(C)=0.250.50%,合金元素消除回火脆性, 提高回火抗力, 强化F 。 性能 综合机械性能高,热处理,组织 表层:回火S,应用40Cr,一般尺寸重要零件,如齿轮、主轴。35CrMo,较大截面零件,如曲轴、连杆。40CrNiMo,大截面重载零件,如

6、汽轮机主轴和叶轮。,调质,可附加表面淬火或氮化(38CrMoAl)。,汽车曲轴,4弹簧钢,成分 中、高碳, w(C)=0.450.70 %, Si, Mn为主要元素,提高淬透性和屈强比。 性能 e 、s、屈强比和疲劳抗力高,塑性大,耐震动、冲击。,(摘自GB/T12221985),应用 : 65Mn、60Si2Mn:汽车,拖拉机,机车的板簧和螺旋弹簧。50CrVA:阀门弹簧,高速柴油机气门弹簧。,常用的两类合金弹簧钢: 以Si、Mn为主要合金元素: 65Mn 、60Si2Mn 含Cr、V、W等合金元素: 50CrVA,适合在350400重载弹簧。 热处理:,热轧弹簧:热成型 淬火 + 中温回火

7、 喷丸冷轧弹簧:淬火 + 中温回火 冷成型 去应力 喷丸 组织 回火T,5滚动轴承钢,性能 高接触疲劳强度、高硬度和耐磨性,韧性、淬透性好。 成分特点: 高碳:保证高硬度、耐磨性和高强度,一般0.951.10含碳量。 Cr为基本合金元素:提高淬透性,并形成细小弥散分布的碳化物,提高钢的耐磨性,特别是疲劳强度。 加入Si、Mn、V等合金元素: Si、Mn进一步提高淬透性,可制造大型轴承。V部分溶于A中,部分形成VC,可以提高耐磨性并防止过热。 高的冶金质量:钢中非金属夹杂和不均匀的碳化物对接触疲劳强度影响很大,一般采用电炉冶炼并真空除气处理,在热处理中必须保证碳化物的弥散分布。,我国轴承钢分两类

8、: 铬轴承钢: GCr15 添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢: GMnMoVRE(节约Cr),(摘自GB/T182542002),应用 GCr15:中小型轴承,冷冲模,量具,丝锥。,热处理:,球化退火 + 淬火 + 低温回火冷处理,时效(120140,1020h):稳定尺寸,去应力。 组织 回火M 细碳化物少量A,1合金刃具钢2合金模具钢3量具用钢,3.2.3 合金工具钢,1合金刃具钢,()性能要求 高硬度 机加工刀具HRC60 高耐磨性 刀具寿命和生产率组织要求 硬而细小的碳化物,均匀分布在强而韧的钢基体中。 高的热硬性(红硬性) 高温下保持高硬度的能力,与回火稳定性有关。 足够的韧性 以承

9、受冲击载荷,()低合金刃具钢,成分 w(C) = 0.9 1.5 % ,合金元素5 % 。 性能 HRC60,使用温度200 300 。,(摘自GB/T12992000),热处理 球化退火(+ 机加工)+ 淬火 + 低温回火,最终组织 回火M + 合金碳化物 + 少量A 应用 如9SiCr ,做板牙、丝锥等。,()高速钢,成分特点:高碳, w(C) = 0.7 1.2 % ,一方面保证能与WCrV等形成足量的碳化物,另一方面还要有一定的碳溶于奥氏体中保证M的硬度;加入Cr、W、Mo、V等合金元素, Cr提高淬透性和抗氧化脱碳, W、Mo 保证红硬性, V形成VC,弥散分布,提高硬度和耐磨性;性

10、能:高硬度、耐磨性 VC等弥散硬化高热硬性 600 时HRC62 ,W2C等提高热硬性。高淬透性 尺寸不大时可空冷淬火,Cr 等元素提高淬透性。,热处理,(锻造 +)球化退火(+ 机加工) 淬火+回火锻造目的 成型;使铸态粗大碳化物破碎、细化、分布均匀。,淬火,1280 增加A、M中合金含量,提高热硬性。,淬火组织(左图):M + 碳化物 + A ,最终组织(右图):回火M + 粒状碳化物 + 少量 A ,回火,560 ,三次 W2C、VC弥散硬化,二次淬火基本消除A 。,应用 高速车刀、钻头、铣刀等。,2合金模具钢,()冷模具钢 冷冲、冷镦、冷挤压模等。,性能 高硬度、耐磨性,足够的韧性和疲

11、劳抗力,热处理变形小。,应用小型模具 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等。大型模具 Cr12、Cr12MoV 等,热处理变形小。,成分特点:高碳(1.0),保证高硬度和耐磨性;加入Cr、W、Mo、V等合金元素,形成难熔碳化物,提高耐磨性。如Cr12型钢中Cr含量达12,形成M7C3型碳化物,极大的提高耐磨性,且Cr还显著提高钢的淬透性。 最终热处理 淬火 + 低温回火 最终组织 回火M + 碳化物 + 少量 A ,()热模具钢 热锻、热挤压、压铸模等。,性能 耐热性、热疲劳抗力高。,应用中小型模具 5CrMnMo 等。大型模具 3Cr2W8V等,淬透性好。H13钢(4Cr5MoV1Si),

12、最终热处理 淬火 + 高温回火 最终组织 回火T 或 回火S,3量具用钢 卡尺、千分尺、塞规等,性能 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。,应用简单量具 T10A、T12A 等。高精度量具 GCr15、CrWMn 等。,最终热处理 淬火 +( -70-80 )冷处理 + 低温回火 + 时效处理时效处理:120130,保温几几十小时,使M、 A 稳定,消除内应力。 最终组织 回火M + 碳化物 + 少量A ,1不锈钢2耐热钢3耐磨钢,3.2.4 特殊性能钢,1. 不锈钢,钢的抗腐蚀措施形成单相组织。加入Cr,降低两相的电极电位差。加入Cr 、Al等,生成致密的表面氧化膜 。,常用不锈钢F 型 如

13、 1Cr17,化工设备、食品工业。M 型 如 1Cr13 用于汽轮机叶片;3Cr13 做手术器具及刀具。A 型 如 1Cr18Ni9Ti 用于化工、食品、医疗行业。A-F型 如 1Cr21Ni5Ti,成分特点: 1.含碳量:耐蚀性要求越高,含碳量应越低。一般C 0.1(防止晶间形成碳化物,晶界周围贫铬) 2.加入主要耐蚀元素Cr;提高钢基体的电极电位( Cr 12),并 在氧化介质中极易形成钝化膜。 3.加入镍:形成单相奥氏体,显著提高耐蚀性。 4.加入钼、铜:提高在非氧化介质中的钝化能力。 5.加入钛、铌:优先形成碳化物,防止晶间腐蚀。,不锈钢的成分、热处理、性能,奥氏体不锈钢常用的热处理工

14、艺: 1.水韧处理将钢加热至10501150,使碳化物充分溶解,然后水冷,获得单相奥氏体组织,提高耐蚀性。 2. 稳定化处理固溶处理后,将钢加热至850880,使钢中Cr的碳化物完全溶解,而Ti等的碳化物不完全溶解,然后缓慢冷却,让溶于奥氏体的C与Ti以Ti C形式析出,防止晶间腐蚀。(用于含Ti 或Nb的钢) 3. 消除应力退火将钢加热至300350消除冷加工应力,加热至850以上消除焊接残余应力。,. 耐热钢,抗氧化性:金属在高温下的抗氧化能力 热强性:热强性是指钢在高温下的强度,用途:锅炉、燃气轮机等,. 耐磨钢 ZGMn13,成分特点:高碳,保证硬度和耐磨性(但不超过1.4保证韧性);高锰,保证完全获得奥氏体组织;一定的硅,改善钢水的流动性,并起固溶强化的作用。 热处理:水韧处理加热至10001100,保温使碳化物全部溶解,水冷,在室温下得到单相A组织,硬度低,韧性高。 性能:工件在工作中受到冲击变形时,表层产生加工硬化,及M转变,硬度显著提高,心部保持高韧性。,用途:履带、铁道岔道,The End,

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