碳钢及合金钢应用与区别优秀课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,钢铁材料的特征,品种繁多、性能丰富,矿藏丰富，冶炼加工相对容易，价格较低,应用广泛，是最重要的工程材料,1,碳钢及合金钢的应用与区别,工具钢,结构钢,不锈钢,2,碳钢与合金钢的比较,碳钢的特点,冶炼加工容易,成本低,应用广,可热处理强化,回火稳定性差,淬透性差,基本相强度低,韧性差,不能满足特殊性能要求,合金钢的特点,冶炼加工困难,成本高,回火稳定性高,淬透性高,基本相强度高,韧性好,能满足特殊性能要求,3,使用性能：,以,强韧性,为主,工艺性能：,以,可焊性、淬透性,为主,常用钢种：,碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢等,工程用钢：,建筑、桥梁、船舶、车辆,渗碳钢,调质钢,弹簧钢,滚动轴承钢,耐磨钢,机器用钢,结构钢,3,结构钢,4,(,普通,),碳素结构钢,牌号,：,Q195,Q215,Q235,Q255,Q275,A,、,B,A,、,B,、,C,、,D,A,、,B,成分特点：,低,C,，高,S,、,P,，高非金属夹杂,性能特点：,冶炼容易、冶金质量差、机械性能低,可焊性、塑性好、工艺性好,使用状态：,热轧空冷,SF,用途：,工程结构件（钢板、钢筋、型钢等）,普通机械零件（少）,W,c,低时可用作焊接、铆接件等；,重要零件用,Q235C,、,Q235D,5,(,普通,),碳素结构钢,6,GB/T700-1988,标准,GB700-79,标准,化学成分和力学性能均须保证,A,类钢,保证力学性能，,B,类钢,保证化学成分，,C,类钢,保证化学成分及力学性能。,Q195,A1；B1,Q215,A2；C2,Q235,A3；C3,Q255,A4；C4,Q275,C5,碳素结构钢 新、老标准钢号对照,7,牌号：,08,、,10,、,15,、,20,、,、,75,、,80,、,85,（,F,）,成分特点：,Wc,：,0.08%,0.85%C,，,S,、,P 0.04%,性能特点：,冶金质量较好、塑性韧性高、淬透性及回火稳定性差,使用状态：,使用前一般都要经过热处理（,渗碳、淬火、回火,等）,用途：,比较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等,优质碳素结构钢,8,低合金结构钢,牌号：,或：,16Mn,、,09MnV,、09,MnNb,、,15MnTi,、14,MnVTiRe,成分特点：,Q295,Q345,Q390,Q420,Q460,A,、,B,A,E,A,E,A,E,C,、,D,、,E,低合金,(,W,Me,3%),低,C(,Wc,0.2%),保证钢的韧性、焊接性和冷成形性能,Mn,、,V,、,Ti,、,Nb,、,Cu,、,P,、,Si,、,Re,提高,F,的强度,(Mn,、,Si),细化晶粒,(V,、,Ti,、,Nb),提高,s,、,b,、,a,k,增加,P,，并使之细化,(Mn),弥散强化,(V,、,Ti,、,Nb),提高耐蚀性,(Cu,、,P),脱硫、去气，使钢材净化，改善韧性和工艺性能,(Re),9,性能特点：,(,s,),高、,s,/,b,高,减重,20%,30%,具有良好的塑性和足够的韧性,具有较高的冷加工成形性,具有良好的可焊性、耐蚀性,低的韧脆转变温度,低合金结构钢,使用状态：,热轧或正火，,SF,用途：,强度较高的工程结构件,10,钢号,旧钢号,主 要 化 学 成 分,，,%,机械性能,C,Mn,Si，,s,，MPa,b,，MPa,5,，%,Q295,09,MnNb12Mn,0.16,0.801.50,0.55,295,570,23,Q345,16,Mn16MnRe,0.180.20,1.001.60,0.55,345,630,2122,Q390,16,MnNb15MnTi,0.20,1.001.60,0.55,390,650,1920,Q420,14,MnVTiRe15MnVN,0.20,1.001.70,0.55,420,680,1819,Q460,14,MnMoV18MnMoNb,0.20,1.001.70,0.55,460,720,17,常用低合金结构钢牌号、成分、性能,（厚度(直径),16mm，A,KV,34J）,11,调质钢,性能特点：,调质处理后具有,S,回,综合性能 加工性能,成分特点,：,中碳,（,0.25%,0.50%,）,低合金,（,3.5,%,）,提高淬透性,:,Mn,、,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,12,加工工艺路线：,下料,锻造,预备热处理,粗加工,调质,精加工,表面强化,装配,调质目的：,为表面淬火作组织准备；,获得最终心部组织,组织：,主体：,S,回,表层：,M,回,正火或退火,淬火,+,高温回火,淬火,+,低温回火,回火索氏体,调质钢,13,螺杆,破碎机主轴,柴油机连杆,分类及用途：,低淬透性,(,D,0,油,60mm,40CrNiMo,、40,CrMnMo,、,38,CrMoAlA,),大截面重载零件，如汽轮机主轴和叶轮,汽轮机主轴,调质钢,14,弹簧钢,成分特点,中高碳：碳素弹簧钢为,0.60.9%C,合金弹簧钢为,0.450.7%C,主加元素：,Si,、,Mn,、,Cr,、,V,低,S,、,P,及非金属夹杂：保证表面质量高 疲劳强度高,用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件,性能特点,：,高的,s,，,s,/,b,；高的,-1,；,足够的韧性，耐震动、抗冲击,高的淬透性,提高屈强比、淬透性、回火稳定性、细化晶粒,15,热处理特点：,热轧弹簧,(,10mm,大截面弹簧,),：,热成型淬火+中温回火喷丸,冷轧弹簧,(,10mm,弹簧）,：,淬火+中温回火冷成型去应力喷丸,弹簧钢,大型热卷弹簧,弹簧的表面质量,防止表面脱碳；,避免表面缺陷；,进行喷丸处理，使表面产生压应力,使用状态组织：,T,回,冷卷螺旋压缩弹簧,16,弹簧钢,65Mn,、,60Si2Mn,：较大截面弹簧,(,汽车、拖拉机、机车板簧和螺旋弹簧,),50CrV,：大截面、大载荷、耐热的弹簧,用途,汽车板簧,火车螺旋弹簧,冷成形弹簧的生产过程,17,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、淬透性和耐蚀性,高的纯净度,工作条件,承受高接触应力,(,达,30003500MPa),周期性交变载荷,(,频率达数万次,/,分,),和摩擦,滚动轴承钢,用于制造轴承套和滚动体的专用钢种,向心,球轴承,滚针轴承,圆柱滚子轴承,性能要求,18,滚动轴承钢,成分特点,:,高碳：,0.951.10,%C,主加元素,Cr,，,提高淬透性、耐磨性和耐蚀性,辅加元素,Mn,、,Si,，提高淬透性,热处理特点：,球化退火+淬火+低温回火,冷处理,(-60 -80),，,时效,（120140,1020,h）,减少,A,、稳定尺寸、去应力,19,组织：,回火,M,细颗粒碳化物少量,A,应用：,GCr15：,中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥,GCr15SiMn,：,大型、特大型轴承,滚动轴承钢,轴承生产车间,滚动轴承钢的热处理,20,渗碳钢,表面：,高的硬度、,耐磨性和接触疲劳强度,心部：,应有较高的,韧性和塑性、足够的强度,在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性,工作条件,承受冲击载荷及交变应力作用,表面受强烈磨损,用于制造渗碳零件的专用钢种,性能要求,成分特点,:,低碳：,0.100.25,%C,加入提高淬透性元素,Cr,、,Ni,、,Mn,、,B,加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素,Ti,、,V,、,W,、,Mo,21,渗碳钢,分类及应用：,低淬透性合金渗碳钢,15Cr,、,20Cr,、,20Mn2,用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴,中淬透性合金渗碳钢,20 CrMn,、,20CrMnTi,、,20Mn2TiB,用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。,高淬透性合金渗碳钢,18Cr2NiWA,、,20Cr2Ni4A,用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。,活塞销,(20Cr),柴油机曲轴,变速箱齿轮,22,按用途分为,:,刃具钢,模具钢,量具钢,模具,刃具,量具,4,工具钢,23,刃具钢的基本要求,性能要求,高硬度,(HRC60),高的耐磨性,高的弯曲强度和足够的韧性,高的热稳定性（热硬性）,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,冶金质量：,优质或高级优质,刃具钢包括：,碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢,用来制造各种切削刀具的钢种,切削加工,一、刃具钢,24,锻造,球化退火,机加工,淬火+低温回火,正火,+,球化退火,碳素工具钢,牌号：,T7,、,T8,、,T9,、,、,T12,T13,（,A,）,成分特点：,高,C,(0.65%,1.35%),、低,S,、,P,性能特点：,高,H,，工作温度低时有较好的耐磨性；,工艺性好，淬透性低，热硬性差,工艺路线：,消除锻造应力；,降低硬度，便于切削加工；,使球化，为淬火做准备。,获得高硬度、高耐磨性,25,最终组织,碳化物网组织,球化退火后组织,T12,钢正常淬火组织,M,回,粒状,Fe,3,C,+A,最终组织：,26,尺寸小、形状简单、低速低温硬度高的工具,T7,、,T8,、,T9,、,T10,、,T11,、,T12,、,T13,韧性高,硬度高,T7,、,T8,：冲头、凿子、锤子等,承受冲击的工具,T9,、,T10,、,T11,：钻头、刨刀、丝锥等,低速切削工具,及,冷作模具,T12,、,T13,：锉刀、手锯条、刮刀、量规、样套等,耐磨工具,及,量具,碳素工具钢,应用：,27,（碳素工具钢,+,合金元素）,高,C,（,0.9 1.5%）,+,低合金,（5%）,合金元素作用：,提高淬透性,:,Cr,、,Mn,、,Si,提高耐回火性：,Si,、,Cr,提高耐磨性、细化晶粒、,阻止钢过热,:,W,、,V,低合金工具钢,成分特点,：,性能要求,:,HRC60,，,使用温度,200 300,，,有一定的强度和韧性,28,丝锥,板牙,扳手,低合金工具钢,热处理,:,球化退火,（+机加工）,+淬火,（油冷）,+低温回火,最终组织：,回火,M+,合金碳化物 +少量,A,各种薄刃刀具；截面较大、形状复杂、变形小的模具。,应用：,9 SiCr,CrWMn,29,高速钢型材,提高硬度、耐磨性,（,W,、,V,、,Cr,、,Mo,）,提高淬透性,（,Cr,）,提高回火稳定性,（,W,、,V,）,细化晶粒,（,V,）,高速钢,制造高速切削刃具用钢,典型钢种,：,W18Cr4V,、,W6Mo5Cr4V2,成分特点：,高,C,（,w,C,=,0.,65,1.,65,%）,高合金,（,10%,）,30,高速钢,性能特点：,高硬度和耐磨性,“,锋钢,”,高热硬性,“,高速钢,”,高淬透性,“,风钢,”,较高的强度、韧性,31,交叉反复锻,严控始锻、终锻温度,锻后缓冷,锻造,高速钢铸态组织,高速钢,加工及热处理特点：,32,球化退火,消除锻造应力,均匀破碎后的碳化物,降低硬度，便于加工,为淬火、回火做准备,W18Cr4V,钢退火工艺,退火组织（索氏体,+,颗粒状碳化物）,高速钢,33,机加工,需预热,淬火温度高,多种冷却方式,淬火,高速钢,回火：,需,560,多次回火,磨削,34,回火,M+,粒状碳化物+少量,A,M,回,+,颗粒状碳化物,+A,（少量）,高速钢,淬火后组织,:,M+,碳化物+,A,使用状态下组织,:,M+,碳化物+,A,35,孔钻,仿型铣刀,铣刀,齿轮滚刀,插齿刀,圆锯片,应用,高速切削刃具：,车刀、钻头、铣刀等,高速钢,36,模具钢的基本要求,高的强度、硬度和耐磨性,足够的韧性,高的淬透性和淬硬性,良好的工艺性能,模具钢分类：,冷作模具钢,热作模具钢,塑料模具钢,用来制造模具的工具钢,二、模具钢,用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具,用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具,使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢,37,冷作模具钢,常温下使金属或非金属变形的模具,（冷冲、冷镦、冷挤压、拉丝模、搓丝板、冲裁用模具、粉末压制模具等,冷镦,模具,工作温度：,T,工作,200,300,受力特点：,压力、弯曲应力、冲击力、摩擦力,失效形式：,磨损、崩刃、断裂、变形等,38,性能要求：,高硬度（,58HRC,62HRC,）,高耐磨性,(,特别是表面抗磨损能力,),高淬透性,足够的强度,(,包括抗拉、抗压和抗弯强度,),足够的韧性和疲劳抗力,热处理变形小,良好的工艺性能,汽车外板冷冲模,Cr12,钢,冷作模具钢,39,成分特点：,高,C,（,w,C,1.,0,%）,加入,Cr、Mo、W、V,等合金元素,提高硬度、耐磨性,提高淬透性,提高回火稳定性,细化晶粒,常用钢种：,T10,、,9Mn2V、9SiCr、CrWMn,小型、轻载模具,Cr12、Cr12MoV,大型、复杂、重载、高精度、高耐磨模具,高速钢,热硬性要求高的模具,热处理特点,:,碳素工具钢,低合金工具钢,球化退火（+机加工）+淬火+低温回火,冷作模具钢,40,Cr12,型冷模具钢的热处理方案：,一次硬化法,工艺：,低温淬火（,950,1000,）,+,低温回火（,150,180,）,性能：,高硬度（,HRC61,64,），高耐磨性，韧性较好，淬火变形小,应用：,重载模具,二次硬化法,工艺：,高温淬火（,1100,1150,）,+,510,520,多次回火（三次）,性能：,硬度,60HRC,62HRC,，红硬性 和耐磨性都较高，韧性较差,应用：,受强烈磨损，工作温度在,400,450,的模具,Cr12,型钢热处理后组织：,回火马氏体,+,碳化物,+,残余奥氏体,冷作模具钢,41,热锻,压铸,热挤压,热作模具钢,包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类,工作温度：,T,工作,=,400,600,受力特点：,高冲击、强摩擦、大而不均匀的热应变和热压力,失效形式：,高温氧化、崩裂、塌陷、磨损、龟裂等,性能要求：,高的热硬性和高温耐磨性；,高的抗氧化性能和耐腐蚀性能；,高的热强性和足够的韧性；,高的热疲劳抗力；,高的淬透性和导热性,42,成分特点：,中碳（,0.3%,0.6%,）,保证高强度、高韧性、较高硬度,(HRC35,52),和热疲劳抗力,合金元素的作用：,提高淬透性（,Cr,、,Ni,、,Mn,、,Si,、,W,、,Mo,）,提高回火稳定性（,Cr,、,Ni,、,Mo,、,W,、,V,）,提高高温强度、耐热疲劳性能（,Mo,、,W,、,V,）,细化晶粒、增加钢的韧性（,Ni,、,V,）,防止第二类回火脆性（,Mo,、,W,）,热作模具钢,43,常用钢种及应用,5CrMnMo,、,5CrNiMo,、,5CrMnSiMoV,：,韧性高、热硬性不太高的热锻模,3Cr2W8V,、,4Cr5MoVSi,：,热,强,性更好的大型锻压模或压铸模,热作模具钢,汽车四缸压铸模,44,热处理特点,:,预备热处理：完全退火或等温退火,最终热处理：,热锻模,淬火,+,模面,中温,回火、模尾,高温,回火,回火后组织：,回火屈氏体和回火索氏体；,压铸模,较高温度淬火,+,略高于二次硬化峰值的温度回火,3,4,次,回火后组织：,回火马氏体,+,粒状碳化物,热作模具钢,45,塑料模具钢,包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具,46,一定的综合性能,（,强度、硬度、耐磨性等）,良好的工艺性（切削加工性、热处理变形小、补焊性能好）,良好的导热性和热稳定性、低的热膨胀系数,良好的可抛光性和镜面质量,一定的耐腐蚀性,低的导磁系数,塑料模具钢,工作温度：,T,工作,=,200,受力特点：,性能要求：,承受温度、压力、侵蚀和磨损的作用，形状复杂、加工难度大,47,塑料模具钢的分类和应用,非合金型塑料模具钢,45,、,50,、,55,等,：,形状简单、小型、精度要求 不高、使用寿命不需要很长,T7,、,T8,T12,：,形状较简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具,渗碳型塑料模具钢,10,、,20,、,20Cr,、,12CrNi3,、,20CrMnTi,、,20CrMnMo,等,优点：,切削加工性能良好；具有较高的强度，而且心部具有较好的韧性；,模具表面硬度高、耐磨性高、抛光性能良好；,塑性好，可采用冷挤压成型，无需切削加工，适于大批量生产,缺点：,热处理工艺较复杂、变形大,塑料模具钢,48,调质硬化型塑料模具用钢（预硬型塑料模具钢）,40Cr,、,42CrMo,、,38CrMoAl,、,3Cr2Mo,、,3Cr2NiMnMo,等,工艺过程：,热加工后的模块,调质处理,刻模加工成型使用,优点：,成型后不需最终热处理避免热处理而引起的变形和裂纹,应用,：,形状复杂的大、中型精密塑料模具,时效硬化型塑料模具钢,25CrNi3MoAl,、,10Ni3MnCuAl,等,工艺过程：,固溶硬化后变软切削加工成型时效处理,优点：,综合性能很高，热处理变形很小，焊接性能好，可进行表面氮化,应用,：,适于制造复杂、精密、高寿命的塑料模具,塑料模具钢,49,整体淬硬型塑料模具钢,低合金工具钢：,9SiCr,、,9Mn2V,、,CrWMn,、,9Cr-WMn,冷作模具钢：,Cr12,、,Cr12Mo1V1,、,Cr12MoV,热作模具钢：,5CrMnMo,、,5CrNiMo,、,4Cr5MoSiV,、,4Cr3Mo2MnVbB,优点：,使用状态具有高硬度、高耐磨性和长的使用寿命,应用：,用于压制热固性塑料、交合强化塑料,(,尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料,),大批量生产，要求模具使用寿命很长的塑料模具,耐腐蚀型塑料模具钢,Cr13,型,M,耐蚀钢、,9Cr18,高碳高铬,M,不锈钢、,1Cr18Ni9Ti,型,A,不锈钢等,用途：,生产化学性腐蚀塑料,(,如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃剂等,),制品模具,塑料模具钢,50,尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具：,低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火、碳素工具钢、低合金工具钢,T10A、T12A,、,9SiCr,等,精密量具：滚动轴承钢、冷作模具钢,等,GCr15、CrWMn,等,接触腐蚀介质的量具：,不锈钢,三、量具钢,性能特点：,高硬度和耐磨性、高尺寸稳定性、热处理变形小、足够的韧性,成分特点：,高碳,（,0.9%,1.5%,）,+,Cr,、,W,、,Mn,等合金元素,应用：,用来制造各种测量工具的钢种,51,量具钢的热处理特点,预备热处理：,采用球化退火或调质处理,最终热处理：,淬火+（-70-80）,冷处理,+低温回火+,时效处理,最终组织：,回火,M+,碳化物 +,A,r,120130，保温几几十小时，使,M,、,A,r,稳定，消除内应力,三、量具钢,用来制造各种测量工具的钢种,52,不锈钢,在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢,金属腐蚀的概念,（1）化学腐蚀,金属与化学介质直接产生化学反应,（2）电化学腐蚀,金属在腐蚀介质中形成原电池，阳极失去电子被腐蚀,电化学腐蚀过程示意图,(c),(b),(a),53,金属的防腐措施,:,不锈钢,加入,Cr,、,Al,等,形成钝化模（致密而牢固的氧化膜，如,Cr,2,O,3,）,减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的,单相,组织,形成原电池时：,加入,Cr,，,减少两极的电极电位差，提高阳极的电极电位,覆盖层保护,:,涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。,电镀,SLR,车模,发蓝打包带,54,性能要求,:,不锈钢,高耐蚀性,高硬度、高耐磨性（制作工具）,高强度（制作重要结构零件）,较好的加工性能,55,低碳,(0.1%,0.2%,）,主加元素,Cr、Cr,Ni，,辅加元素为,Ti、Nb、Mo、Cu、Mn、N,Cr,提高钢基体电极电位；生成致密的,Cr,2,O,3,氧化膜,含量大于,13%,时，形成单相,F,Ni,获得单相,A,；或形成,A+F,（通过热处理，提高钢的强度）,Mo,、,Cu,提高钢在非氧化性酸中的耐蚀能力,Ti,、,Nb,形成稳定碳化物，使,Cr,保留在基体中，减轻,A,晶界腐蚀倾向,Mn,、,N,部分代,Ni,以获得,A,；提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性,成分特点,:,不锈钢,56,类别,典型钢号,热处理,性能特点,应用,A,型,(18-8),1Cr18Ni9,1Cr18Ni9Ti,形变强化,固溶处理,(A+,碳化物）,耐蚀性、耐热性很好；,无磁性；,塑性、韧性、焊接性能好；,强度、硬度很低。,化工设备及管道；,抗磁仪表、医疗器械。,F,型,1Cr17,0Cr13Al,1Cr17Ti,不能热处理强化（淬火等）,具有较好的塑性，强度不高，扛大气、耐酸能力强，,高温抗氧化性好,(,700),耐酸结构、抗氧化钢（硝酸工厂设备）,（食品工厂设备）,M,型,1Cr13,、,2Cr13,、,淬火+高温回火,(,调质，,S,回,）,在氧化性介质中耐蚀,耐蚀性、机械性能较好,抗弱腐蚀介质并承受冲击的,结构件（零件）,3Cr13,、,4Cr13,淬火+低温回火,(,M,回,）,力性,(,强度和耐磨性,),提高，耐蚀性、塑性、焊接性能降低,.,耐磨零件,(,量具、轴承,),医疗器械,(,手术工具,),常用不锈钢,57,本章思考题,P,156,T,1,5,、,13,、,14,、,15,58,