1、第六章 工业用钢,机 械 工 程 材 料,工学院,主讲人：杨拓宇,内容回顾,合金元素对钢中基本相的影响 钢材的分类,第二节 结构钢,结构钢中除少量为中高合金钢外，其余都是普碳钢和低合金钢. 对结构钢的性能要求： 使用性能以强韧性为主。 工艺性能以可焊性、淬透性为主。,铜陵长江公路大桥,结构钢牌号表示方法,工程用钢,渗 碳 钢调 质 钢弹 簧 钢滚动轴承钢易 切 钢,机器用钢,结 构 钢,碳素结构钢,低合金高强度结构钢,1、成分：0.25%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+S,一、碳素结构钢,5
2、、用途 用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。 常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%。,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。,二、低合金高强度结构钢,3、热处理：大多数热轧或正火后使用 4、使用状态下组织：F+S,低合金高强钢合金元素细化晶粒作用, Mn的作用是强化铁素体。 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。,5、常用牌号和用途： Q345钢(16Mn)综
3、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， 强度高,用于石化中温高压容器 ，组织为贝氏体.,南京长江大桥,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。,三、渗碳钢,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,渗碳淬火后的表层组织,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
4、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)；,5、常用钢号及用途 低淬透性钢：20、 15Cr、 20Cr。 淬透直径（2035）mm氺,用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。,中淬透性钢： 20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮 淬透直径（2560）mm油 高淬透性钢： 18Cr2Ni4WA.用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。 淬透直径（100）mm油,调质件（螺杆）,调质后使用的钢种。 1、性能要求 良好的综合力学性能.,四、调质钢,2、成分特点 中碳：0.30.5%C 合金元素作用： 提高淬透性: Mn、
5、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,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：获得良好综合力学性能 使用状态下的组织为：S回,为提高表面耐磨性，精加工后可进行表面淬火或氮化。,回火索氏体,调质处理车间,柴油机凸轮轴,4、常用钢号及用途 （1）低淬透性钢：D0油2040mm, 常用 45、40Cr, 用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。 （2)中淬透性钢：D0油4060mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。,(3)高淬透性钢：D0油60mm, 常用40CrNiMo, 用
6、于制造大截面重载荷零件，如曲轴等,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e , 高的-1；足够的韧性,五、弹簧钢,2、成分特点 中高碳： 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 热成型弹簧：热成型淬火+中温回火 使用状态下的组织：T回 用于大截面弹簧(10mm) 冷成型弹簧： 退火态钢丝：冷拔退火冷卷成型淬火+中温回火。,汽车板簧淬火线,冷卷螺旋压缩弹簧,油淬回火钢丝：冷拔 淬火+中温回火冷卷成型去应力退火。 铅浴处理冷拉钢丝：冷拔三次铅浴等温S
7、冷成型去应力退火 用于10mm弹簧。,冷卷螺旋压缩弹簧,4、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。,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.,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,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
8、耐蚀性。,3 、热处理和组织特点 滚动轴承钢是过共析钢。 热处理： 正火+ 球化退火+淬火+低温回火 组织：,M回+颗粒状碳化物+A(少量) 淬火后进行冷处理(-60 -80), 可以减少A、稳定尺寸.,轴承生产车间,向心球轴承,第四节 特殊性能钢 （了解）,特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。本节只介绍不锈钢、耐热钢和耐磨。,化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。 电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。,一、不锈钢,在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。 金属的腐蚀 金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。, 不锈钢中合金元素的作用 1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。 2、Cr：
9、是提高耐蚀性的主要元素 形成稳定致密的Cr2O3氧化膜. Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。 提高基体电极电位(n/8规律) 3、Ni：获得单相奥氏体组织。 4、Mo：耐有机酸腐蚀。 5、Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀., 常用不锈钢 1、马氏体不锈钢 主要是Cr13型不锈钢钢号为1Cr134Cr13 随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降. 1Cr13、2Cr13 热处理: 淬火+高温回火 使用状态下的组织: S回,不锈钢棒,1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。,用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等., 3Cr13、4Cr13 热处理：淬
10、火+低温回火。 使用状态下的组织：M回。 具有较高强度、硬度。 用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。,医疗器械,不锈钢刀,2、铁素体不锈钢 典型钢号如0Cr13、1Cr17等。 成分：高铬低碳, 无相变，不能进行热处理强化。 组织：单相铁素体,钢中相, 性能特点 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向： 475脆化：加热到450550停留，产生脆化.,再加热到600快冷可消除。 相脆化：在600 800长期加热时，析出硬而脆的相。, 用途 广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。,合成氨厂,3、奥氏体不锈钢 主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。 性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及
11、,可焊性。高的塑韧性,无磁性。 热处理：采用固溶处理。即加热到1100使碳化物溶解后水冷。 组织为单相奥氏体。,不锈钢带, 常用钢种 为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 广泛用于化工设备及管道., 性能要求 1、高的抗氧化性： 指钢在高温下对氧化作用的抗力。 钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。,二、耐热钢,气轮机叶片,2、高的热强性 热强性是指金属在高温下的强度. 指标为蠕变强度和持久强度。 蠕变指金属在高温低于s的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形.,提高高温强度的途径: 固溶强化； 析出强化； 晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量), 常用
12、耐热钢 1、珠光体耐热钢 常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。 合金元素作用： Cr提高抗氧化性； Mo提高热强性(T再); V弥散强化。, 热处理：正火+高温回火 组织: F+P, 用途：600以下的锅炉零件,压力容器，热交换器等。,2、马氏体耐热钢 常用钢号为1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2 合金元素作用： Cr、Si提高抗氧化性; Mo提高热强性(T再); V弥散强化。 热处理：调质。 组织： S回。,汽轮机叶片, 用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550以下汽轮机叶片； 4Cr9Si2是汽车阀门用钢。,3、奥氏体耐热钢 最典型钢号是1Cr18Ni9T
13、i。 Cr的作用是提高抗氧化性； Ni的作用是获得单相奥氏体; Ti的作用是弥散强化。 热处理采用固溶处理 组织为单相A。 主要用于过热器管道等。,是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢. 只有ZGMn13一个钢号. 1、成分特点 高碳：1.01.3%C以保持高耐磨性。 高锰：1114%Mn 以保证形成奥氏体组织.,三、耐磨钢,2、热处理及组织 铸态组织为奥氏体+碳化物, 性能硬而脆. 热处理采用水韧处理。即将钢加热到1100，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。 室温组织为过饱和单相奥氏体。,3、使用及用途 水韧处理后，韧性高，硬度低.使用时必须伴随着压力和冲击作用。 在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织,具有高耐冲击能力。,高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎,机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等.,
