合金钢材料及表面处理.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,*,表 面 工 程 学,Hefei University of Technology,第七章 合金钢,第七章 合金钢,合金,碳素钢,合金钢,？,主要由,Fe,、,C,两元素组成，含其它杂质元素，如,Si,、,Mn,、,S,、,P,、,N,等,在碳素钢的基础上有目的地添加了其它合金元素，如,Mn,、,Si,、,Ni,、,V,等。,杂质元素,合金元素,同为,Si,、,Mn,等非,Fe,、,C,元素，为何在碳素钢中称为杂质元素，而在合金钢中则称为合金元素？,为何要在碳钢的基础上加上其它合金元素？,为了改善钢的某种性能，有意加入的元素称为合金元素，而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素！,获得比碳素钢更好的性能,强硬度、塑韧性、耐腐蚀性、尺寸稳定性、耐摩擦性能、易切削性等。,第七章 合金钢,7.1,碳素钢,7.2,合金钢,7.3,合金结构钢,7.4,合金工具钢,7.5,特殊性能钢,本 章 主 要 内 容,第七章 合金钢,7,.1,碳素钢,7,.1,碳素钢,一、成分和分类,主要元素,C,：,0.0218-2.11%,有益常存元素,Si,、,Mn,：产生固溶强化,有害常存元素,P,：冷脆,S,：热脆,O,、,H,、,N,：强度、塑性、韧性,1.,成分,按含碳量分类,2.,分类,低碳钢：,0.0218-0.25%,中碳钢：,0.25-0.6%,高碳钢：,0.6-2.11%,按质量（,S,、,P,含量）分类,普通碳素钢：,S,不大于,0.05%P,不大于,0.045%,优质碳素钢：,S,不大于,0.035%P,不大于,0.035%,高级优质碳素钢：,S,不大于,0.025%P,不大于,0.025%,按用途分类,碳素结构钢,优质碳素钢,碳素工具钢,7,.1,碳素钢,二、碳素钢的牌号及用途,1.,普通碳素结构钢,成分：,含碳量在,0.06-0.38%,之间；,非金属夹杂物和有害元素含量较高。,牌号：,Q+,数字,+,质量等级符号,+,脱氧方法符号组成，,质量等级,符号分别为,A,、,B,、,C,、,D,。,脱氧方法,符号,F,表示沸腾钢，,B,表示半镇静钢，,Z,表示镇静钢，,TZ,表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即,ZT,和,TZ,都可不标。,如：,Q235-A,，,F,其中,Q,表示屈服强度，,235,为屈服强度最小值，,A,为质量等级，,F,脱氧方法,7,.1,碳素钢,碳素结构钢的牌号和化学成分,(GB/T700-1988),牌号,等级,化学成分,脱氧方法,w,(C,),%,w,(,Mn,),%,w,(Si),%,w,(S,),%,w,(P),%,不大于,Q195,0.06-0.12,0.25-0.50,0.60,0.050,0.045,F,b,Z,Q215,A/B,0.09-0.15,0.25-0.55,0.60,0.050/0.045,0.045,F,b,Z,Q265,A,0.14-0.22,0.60-0.65,0.60,0.050,0.045,F,b,Z,B,0.12-0.20,0.60-0.70,0.60,0.045,0.045,F,b,Z,C,0.18,0.65-0.80,0.60,0.040,0.040,Z,D,0.17,0.65-0.80,0.60,0.065,0.065,TZ,Q255,A/B,0.18-0.28,0.40-0.70,0.60,0.050/0.045,0.045,Z,Q275,0.28-0.68,0.50-0.80,0.65,0.050,0.045,Z,7,.1,碳素钢,应用：,钢板、钢筋、型钢等，做桥梁建筑构件,多边型角钢,螺钉、铆钉,钢筋、螺纹钢,建筑构件,钢桥梁,7,.1,碳素钢,2.,优质碳素钢,成分：,含碳量在,0.05-0.7%,之间；,有害元素含量较低。,牌号：,如,45,钢（,0.45%,），,60,钢（,0.6%,）等,两位数字表示含碳量，以万分之一为单位,7,.1,碳素钢,优质碳素钢的化学成分和性能,钢号,化学成分，,%,s,，,MPa,C,Mn,Si,S,P,08F,10,20,65,40,45,50,60,65,0.05-0.11,0.07-0.16,0.17-0.26,0.62-0.69,0.67-0.44,0.42-0.50,0.47-0.55,0.57-0.65,0.62-0.70,0.25-0.50,0.65-0.65,0.65-0.65,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.50-0.80,0.06,0.17-0.67,0.17-0.67,0.17-0.67,0.17-0.67,0.17-0.67,0.17-0.67,0.17-0.67,0.17-0.67,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,0.065,62,GMnMoVRE,0.95,1.05,0.15,0.40,1.10,1.40,770,810,170,5,62,GSiMoMnV,0.95,1.10,0.45,0.65,0.75,1.05,780,820,175,200,62,滚动轴承钢,合金结构钢复习,一般表示方法,：,“,两位数字,+,元素符号,+,数字,+,”,表示含碳量，万分之一为单位,表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含碳量低于,1.5%,时，数字省略,高级优质钢在最后加,A,表示,举例：,40CrMnMo,60Si2MnWA,20CrMnTi,普低钢、易切削钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢,常用合金结构钢：,40Cr,GCr15,7,.,4,合金工具钢,在碳素工具钢基础上加人一定种类和数量的合金元素，用来制造各种,刃具,、,模具,、,量具,等用钢就称为合金工具钢。,7,.,4,合金工具钢,牌号,：,T8,、,T12,用途,：凿子、锉刀、量具等,热处理,：淬火,+,低温回火,室温组织,：回火,M+,球状渗碳体,+,残余,A,7.4.1,牌号表示方法,7.4.2,刃具钢,7.4.3,模具钢,7.4.4,量具钢,7,.,4,合金工具钢,7,.,4,合金工具钢,牌号的一般表示方法,合金元素,：,表示方法与合金结构钢相同,高速钢,，不论含碳量多少都不标，,W18Cr4V,（,C%0.7-0.8,）,7,.,4.1,牌号表示方法,含碳量,：,W(C)1.0%,，不标；,W(C),1.0%,，以一位数表示，千分之一为单位,合金结构钢中合金元素是怎么表示的？含碳量又是如何表示的？,特例,返回,7,.,4.2,刃具钢,刃具钢：,用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、钻头、板牙等刃具的钢。,工作条件：,强摩擦，磨损严重，刃部高温至,500-600,，,常受冲击和振动,性能要求：,高硬度,，一般都在,60HRC,以上,高耐磨性,，严重影响刃具的使用寿命和使用效率,高红硬性,，高硬度下保持高硬度的能力,良好配合的强度、塑性和韧性,，防止冲击和振动载荷,分类：,低合金刃具钢、高速钢,一、低合金刃具钢：,在碳素工具钢的基础上加入（,3-5%,）合金元素,就形成低合金刃具钢,化学成分：,含碳量,：（,0.75-1.5,）,%,Si,、,Mn,、,Cr,：提高淬透性，,Si,还能提高回火稳定性,W,、,V,：细小弥散的合金碳化物，提高硬度和耐磨性，细化晶,粒，进一步增加回火稳定性,热处理特点：,预处理：球化退火，改善锻造组织和切削加工性能,最终热处理：淬火,+,低温回火,室温组织：,回火,M+,碳化物,+,少量残余奥氏体,性能：,HRC60,以上，使用温度,200-600,7,.,4.2,刃具钢,9SiCr,钢制造圆板牙,工艺路线：,下料 球化退火 机加工 淬火,+,低温回火 磨平面 抛槽 开口,热处理工艺：,800-810,2-4h,炉冷,700-720,炉冷,出炉空冷,6-8h,500,600-650,850-870,160-200,190-200,7,.,4.2,刃具钢,常用的低合金刃具钢,板牙,丝锥,9SiCr,、,9Mn2V,等，用于几何形状复杂、加工精度要求较高、切削速度不大的板牙、丝锥、铰刀、搓丝板等,7,.,4.2,刃具钢,二、高速钢：,合金元素总量超过,10%,的的高合金工具钢,化学成分：,含碳量,：,w(C,)=0.7 1.2%,W,：,提高红硬性的主要元素，,“,二次硬化,”,现象,Cr,：提高淬透性、硬度和耐磨性,V,：细化晶粒，提高硬度和耐磨性,性能：,高硬度、耐磨性,VC,等弥散硬化,高红硬性,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。,7,.,4.2,刃具钢,1270-1280,800-840,580-620,560,分级淬火,预热，保证表面心部均匀加热,热处理,：,淬火（,1280,，油冷）,+,三次回火（,560,）,7,.,4.2,刃具钢,淬火,：,高的加热温度增加,A,、,M,中,合金含量,，提高热硬性。,三次回火,：,W2C,、,VC,弥散硬化，产生“二次淬火”，多次回,火基本消除,A,。,室温组织,：,回火马氏体,+,碳化物,+,少量残余奥氏体 。,常用高速钢：,W18Cr4V,、,W5Mo5Cr4V2,、,W6Mo5Cr4V2Al,等,应用,：高速车刀、钻头、,铣刀,等。,返回,7,.,4.2,刃具钢,7,.,4.3,模具钢,模具钢：,用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等模具的钢，,分为,冷作模具,和,热作模具,两大类,一、冷作模具钢：,室温,下对金属进行变形加工的模具，包括冷冲模、,冷镦模、冷挤压模。拉丝模、落料模等,性能要求：,较高的硬度和耐磨性，良好的韧性和疲劳强度,化学成分：,w(C,),1%,，,Cr,、,Mn,、,W,、,Mo,、,V,应用：,大型模具,-Cr12,、,Cr12MoV,等，热处理变形小。,小型模具,-9Mn2V,、,9SiCr,、,CrWMn,等，要求不高时,也可用碳素工具钢,最终,热处理,：,淬火,+,低温回火,最终组织：,回火,M+,碳化物,+,少量,A,二、热作模具钢：,用于制造在,受热（,400-600,）,状态下对金属进行,变形加工的模具,性能要求：,较高的温度下,具有良好的强韧性、较高的硬度、,耐磨性、导热性、抗热疲劳能力，较高的淬透性,和尺寸稳定性,化学成分：,w(C,)=,（,0.3-0.6,）,%,，,Cr,、,Ni,、,Mn,提高淬透性和强度,W,、,Mo,、,V,产生二次硬化，提高红硬性,应用：,中小型模具,5CrMnMo,等。,大型模具,6Cr2W8V,等，淬透性好。,最终,热处理,：,淬火,+,高（中）温回火,最终组织：,回火索氏体（回火托氏体）,7,.,4.3,模具钢,返回,7,.,4.4,量具钢,量具钢：,用于制造卡尺、千分尺、样板、塞规、块规、螺旋测微仪,等各种,测量工具,的钢,性能要求：,高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。,化学成分：,w(C,)=,（,0.9-1.5,）,%,，,Cr,、,W,、,Mn,提高淬透性和减小应力,应用：,简单量具：,T10A,、,T12A,等。,高精度量具：,GCr15,、,CrWMn,等。,没有专用的量具钢,最终,热处理,：,淬火,+,（,-70,-80,）冷处理,+,低温回火,+,时效处理,最终组织：,回火索氏体（回火托氏体）,时效处理：,120,160,，保温几,几十小时，使,M,、,A,稳定，消除内应力。,650,820-840,油冷,冷处理,-75,-78,140-160,3h,时效处理,110-120,36h,110-120,3h,返回,7,.,4.4,量具钢,7,.,5,特殊性能钢,7.5.1,牌号表示方法,7.5.2,不锈钢,7.5.3,耐热钢,7.5.4,耐磨钢,7,.,5,特殊性能钢,7.5.1,牌号表示方法,牌号的表示方法,特殊性能钢牌号表示方法与合金工具钢基本相同！如,9Cr18,不锈钢、耐热钢在含碳量很低时表示方法有所不同。,w(C,)0.03%,，在最前面用,“,00,”,表示，,w(C,)0.08%,，在最前面用,“,0,”,表示,如：,00Cr17Ni14Mo2,，,0Cr18Ni9,耐磨钢铸造成型后使用，牌号前一般加,“,ZG,”,，,“,ZG+,元素符号,+,数字,.,”,百分之一为单位,ZGMn13-1,返回,7.5.2,不锈钢,不锈钢：,某些在大气和一般介质中具有较高,化学稳定性,的钢,一、金属腐蚀：,化学腐蚀、电化学腐蚀,金属中不同,相,由于其电极电位不同而在电解质溶液中形成原电池，并在腐蚀过程中有微电流产生,常用的防护措施：,形成钝化膜保护金属,获得单相组织，避免形成原电池,提高基体电极电位，减小电极电位差,二、常用不锈钢,1.,马氏体不锈钢,常用的马氏体不锈钢的含碳量（,0.1-0.45,）,%,，主要合金,Cr,的质量分数（,12-14,）,%,，通常称为,Cr13,型钢，如,1Cr13,、,2Cr13,，用作受冲击载荷的汽轮机叶片等；,3Cr13,、,4Cr13,，用于弱腐蚀条件下有高硬度要求的医疗器具、弹簧、刃具等,2.,铁素体不锈钢,这类钢从室温加热到高温,960,1100,，不发生相变，始终都是单相铁素体组织，因此被称为铁素体不锈钢。常用钢的碳质量分数小于,0,15,C,，铬的质量分数在,(12,一,32,)Cr,之间，钢号有,0Crl3,、,1Crl3,、,1Crl7Ti,、,1Cr28,等。一般用于硝酸、氮肥工业的设备、容器、管道和食品工厂设备等,3.,奥氏体不锈钢,（,Cr,、,Ni,、,Ti,的作用？）,这类钢有较高质量分数的镍，扩大了奥氏体区域，室温下能够保持单相奥氏体组织，所以称之为奥氏体不锈钢，一般铬的质量分数在,(17,19,)Cr,之间，镍的质量分数在,(8,11,)Ni,之间，又简称为,18,8,型不锈钢。钢号有,1Crl8Ni9Ti,、,1CrNi9,、,0CrNi9Ti,、,0Crl8Ni9,等。,返回,7.5.2,不锈钢,7.5.3,耐热钢,耐热钢：,耐热钢是指具有良好的高温抗氧化性和高温强度的钢,1.,金属耐热性的基本概念,金属材料的耐热性包含,高温抗氧化性和高温强度,两方面。,金属的高温抗氧化性,是指钢在高温条件下对氧化作用的抗力，是钢能否持久地工作在高温下的重要保证条件。,金属的高温强度,是指金属材料在高温下对机械载荷作用的抗力，即高温下金属材料抵抗塑性变形和破坏的能力。,7.5.4,耐磨钢,耐磨钢：,耐磨钢主要是指在强烈冲击载荷作用下发生硬化的高锰钢,成分,：,高锰钢碳的质量分数在(00915)C之间，锰的质量分数为(11一14)Mn，钢号表示为Mnl3。,热处理,：,1000,1100,，保温，水冷,A,，,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,小结,