第06章 金属材料之1钢20091109

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1、l工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类钢两大类。l碳素钢是指含碳量低于碳素钢是指含碳量低于2.11%的铁碳合的铁碳合金。金。l合金钢是指为了提高钢的性能，在碳合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。获得的铁基合金。 一、杂质元素对性能的影响一、杂质元素对性能的影响l钢中的杂质一般是指钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原。是由原料带入或脱氧残留的元素。料带入或脱氧残留的元素。l2、Si： 0.4%时为杂质，是有益元素。作用为：时为杂质，是有益元素。作用为： 中碳钢中碳钢 0.2

2、50.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%碳素钢碳素钢合金钢合金钢工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢特特 殊殊 性性能能 钢钢挤压模具挤压模具l脱氧方法符号脱氧方法符号: 沸腾钢沸腾钢F；镇静钢；镇

3、静钢Z；半镇静；半镇静钢钢b；特殊镇静钢；特殊镇静钢TZ。l如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为Q235AF、Q235BZ。l*说明：通常情况下，屈服强度值小说明：通常情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高时为低合金高强度钢。强度钢。牌号牌号: 60 Si2 Mn 含碳量含碳量0.6%含硅量含硅量2%含锰量不大于含锰量不大于1.5%丝锥丝锥锉刀锉刀5CrMnMo铬、锰、钼的平均含量小于铬、锰、钼的平均含量小于1.5%,当含碳量大于当含碳量大于1.00%时，不标含碳量时，不标含碳量牌号牌号: CrWMn含碳量不小于含碳量不小于1.

4、0%,铬、钨铬、钨、锰的平均含量小于锰的平均含量小于1.5%,含碳量含碳量0.5%一一. .合金元素对钢的组织和性能的影响合金元素对钢的组织和性能的影响 合金元素对钢中基本相的影响。合金元素对钢中基本相的影响。 合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。相图的影响。 合金元素对钢的热处理的影响。合金元素对钢的热处理的影响。1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金 F 2.与碳作用形成合金碳化物与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。溶于铁素体溶于铁素体, 起固溶强起固溶强化作用。非碳化物形化作用。非碳化物形成元素及过剩的碳化成元素

5、及过剩的碳化物形成元素都溶于铁物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素素体，形成合金铁素体。体。Si、Mn对强度、对强度、硬度提高显著。硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧在适当范围内提高韧性。性。Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱强强v 弱碳化物元素弱碳化物元素: : Fe、Mn。v 中强碳化物元素中强碳化物元素: : Cr、Mo、W。v 强碳化物元素强碳化物元素: : V、Ti、Nb、Zr。 熔点、硬度、耐磨性最高。熔点、硬度、耐磨性最高。 稳定性最高。稳定性最高。TiC、NbC、VC。Mn、Ni、Co等元素等元素。作用作用: 使使A3线温度下降线温度下降, A4线线(

6、JN线线)温度上升温度上升。锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素等元素。作用作用: : 使使A3线温度上升线温度上升, A4线温度下降。线温度下降。v几乎所有的合金元素。几乎所有的合金元素。v作用作用: : 使使S点和点和E点的成分向左移。点的成分向左移。 使使A1线线的温度变化。的温度变化。除除Mn 元素外元素外, ,所有合金元素的加所有合金元素的加 入入, ,均使奥氏体的形成速度减慢。均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等等)。非碳化物形成元素能轻

7、微的阻止奥非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等等)。v 除除 Co 元素外元素外, 所有的合金元素均使所有的合金元素均使 钢的钢的 TTT 曲线向右移。降低钢的临界冷却曲线向右移。降低钢的临界冷却速度速度。提高钢。提高钢的淬透性。的淬透性。v 除除 Co、Al 元素外元素外, 所有的合金元素所有的合金元素都使马氏都使马氏体转变温度下降。体转变温度下降。 v 提高钢的淬透性提高钢的淬透性, 常用的元素有常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。等。回火抗力的增加回火抗力的增加 ( temper resistance )二次硬化的产生二次

8、硬化的产生 ( secondary hardening ) 产生回火脆性产生回火脆性 ( temper brittleness)淬火碳钢淬火碳钢 回火回火 时的时的 硬度变化硬度变化l对于同一回火温度，当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量对于同一回火温度，当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。高速钢高速钢铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥一、普通结构钢一、普通结构钢螺纹钢螺纹钢黄河小浪底枢纽工程黄河小浪底枢纽工程二、低合金高强度结构钢二、低合金高强度结构钢低合金高强钢合金元素细化晶粒作用低合金高强钢

9、合金元素细化晶粒作用l Mn的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。l V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。等起细化晶粒和弥散强化作用。 l 另外加另外加Cu、P可提高耐蚀性。可提高耐蚀性。Q460钢含钢含Mo、B，正火组织，正火组织 为为B，强度高，用于石化中温，强度高，用于石化中温 高压容器。高压容器。压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥 Q345钢钢(16Mn)综合性能好，综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。型钢结构。 Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度，强度 高，用于中等压力的容器。高，用于中等压力的容器

10、。万吨远洋轮万吨远洋轮渗碳钢渗碳钢 c含量含量 0.15-0.25调质钢调质钢 c含量含量 0.25-0.55 弹簧钢弹簧钢 c含量含量 0.45-0.85滚动轴承钢滚动轴承钢 c含量含量 0.95-1.15三、渗碳钢三、渗碳钢渗碳炉渗碳炉渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织l正火目的为调整硬度，便于切削加工。正火目的为调整硬度，便于切削加工。l淬火温度一般为淬火温度一般为 Ac1+30-50。 l4、使用状态下组织、使用状态下组织l心部：心部：M回回+Fl表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)；20 Mn2 Ti A等级等级:

11、高级优质高级优质含钛量含钛量WTi1.5 %含锰量含锰量WMn 2 %含碳量含碳量WC 20 %00 低淬透性渗碳钢：低淬透性渗碳钢：合金元素总量合金元素总量3 %，典型钢，典型钢种：种： 15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性渗碳钢中淬透性渗碳钢合金元素总量在合金元素总量在4 %左右。典型左右。典型钢种：钢种：20 CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销( 20Cr )高淬透