Embed Size (px)
DESCRIPTION
第 3 章 金 属 材 料 简 介. 赵 健 闯. 3.1 概述. 3.1.1 金属材料的分类. 一、钢 二、铸铁 三、非铁金属材料. 一、钢的分类. 1 、按化学成分分类：碳素钢、合金钢. 1 ）碳素钢 ：低碳钢 、中碳钢 、高碳钢 2 ）合金钢：低合金钢 、中合金钢、高合金钢 合金钢按合金元素的种类：锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
1 ）碳素钢 ：低碳钢 、中碳钢 、高碳钢 2 ）合金钢：低合金钢 、中合金钢、高合金钢 合金钢按合金元素的种类：锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。
1 、按化学成分分类：碳素钢、合金钢一、钢的分类
2 、按冶金质量分类 按钢中所含有害杂质 S、 P的多少，可分为普通钢（ S%≤0.055% ， P%≤0.045% ）、优质钢（ S%、 P%≤0.040% ）和高级优质钢（ S%≤0.030% ， P%≤0.035% ）三类。 此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。
1 ）结构钢 :工程构件用钢、机器零件用钢 （ 1）工程构件用钢：建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、车辆工程用钢。 （ 2）机器用钢：调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、渗碳和渗氮钢、耐磨钢等、2）工具钢：刃具钢、量具钢、模具钢 3）特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等
3 、按用途分类 : 结构钢、工具钢、特殊钢
1 ）按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。 2 ）按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。
4 、按金相组织分类
在给钢的产品命名时，往往把成分、质量和用途几种分类方法结合起来。如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢等
二、铸铁的分类
1 、白口铸铸铁（断口呈现白色）：碳的主要存在形式是化合物，如渗碳体，没有石墨；2、灰口铸铁（断口呈现黑灰色）：碳的主要存在形式是碳的单质，即游离状态石墨。3、麻口铸铁：介于白口铸铁与灰口铸铁之间为，其中的碳既有游离石墨又有渗碳体。
按碳元素主要存在方式 分类：
三、蠕墨铸铁：石墨片短而厚、头部较圆（似蠕虫）。
工业上除了要求铸铁有一定的机械性能外，有时还要求它具有较高的耐磨性以及耐热性、耐蚀性。为此，在普通铸铁的基础上加入一定量的合金元素，制成特殊性能铸铁（合金铸铁）。它与特殊性能钢相比，熔炼简便，成本较低。缺点是脆性较大，综合机械性能不如钢。
特殊性能铸铁
2 、 铜及铜合金 一、纯铜（紫铜） 纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称为紫铜。纯铜主要用于制作电工导体以及配制各种铜合金。二、黄铜 铜锌合金或以锌为主要合金元素的铜合金称为黄铜。 三、青铜 青铜原指铜锡合金，但是，工业上习惯把铜基合金中不含锡而含有铝、镍、锰、硅、铍、铅等特殊元素组成的合金也叫青铜。
3.2 非合金钢3.2.1 碳素结构钢
“Q＋数字＋字母＋字母” “Q”：钢材的屈服强度“屈”字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例如： Q235AF即表示屈服强度值为 235MPa的 A级沸腾钢。 牌号中规定了 A、 B、 C、 D四种质量等级， A级质量最差， D级质量最好。 按脱氧制度，沸腾钢在钢号后加“ F”，半镇静钢在钢号后加 “ b”， 镇静钢则不加任何字母。
3.2.2 优质碳素结构钢“两位数字＋字母”
两位数字表示平均含碳量的万分之几，沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在钢号后特别标出。如为高级优质钢，则在其钢号后加“高”或“ A”。如 45钢表示平均含碳量为 0.45% 的优质碳素结构钢
3.2.3 碳素工具钢 “T”表示碳素工具钢，其后的数字表示含碳量的千分之几。如平均含碳量为 0.8% 的碳素工具钢，其钢号为“碳 8”或“ T8”。 含锰量较高者，在钢号后标以“锰”或“ Mn”,如“碳 8锰”或“ T8Mn”。如为高级优质碳素工具钢，则在其钢号后加“高”或“ A”，如“碳 10高”或“ T10A”。
“T＋数字＋字母”
3.2.5 工程用铸造碳钢“ZG＋数字＋数字”
ZG表示“铸钢”二字汉语拼音字首，第一组数字表示屈服点，第二组数字表示抗拉强度。如： ZG200-400 ， ZG230-450 ， ZG270-500 ， ZG310-570 ， ZG340-640
3.3 合金钢“数字＋字母 ＋ 数字＋字母 ＋ 数字”
碳的平均质量分数 (万分之几 ,千分之几 )合金元素符号
合金元素平均质量分数<1.5 不标含量1.5-2.5;2.5-3.5……
(2) 合金工具钢①WC<1.0% 千分之几 (一位数 )②WC>1.0% 为了避免与结构钢混淆 ,不标数字
③高速工具钢牌号中不标含碳量如 : 9Mn2V; CrWMn
3.3.1 低合金钢 低合金钢是低碳 \低合金工程结构钢
特点 :尺寸大 , 需冷弯及焊接成形 ,形状复杂 , 大多在热轧或正火条件下使用 钢材必须具有 : ①强度和屈强比 ②塑性和韧性 ③焊接性 ④较低的缺口敏感性和冷弯后低时效敏感性 ⑤较低的韧脆转变温度
1 低合金高强度结构钢主要合金素 : Mn;V;Ti;Nb;Al;Cr;Ni
提高对大气的抗蚀能力
固溶强化 F; 增加并细化 P细化晶粒
牌号 :Q295; Q345; Q390; Q420; Q460;
2 低合金专业用钢汽车用低合金钢 (四类 ):①冲压性能良好的低强度钢 ( 发动机罩等 ); ②微合金钢 (大梁等 );③低合金双相钢 ( 轮毂 \大梁等 );④高延性高强度钢 (车门 \挡板 )
3.3.2 机械结构用合金钢1. 合金渗碳钢(1) 用途与性能特点
渗碳 \ 淬火 \低温回火 用于制造受强烈冲击载荷和摩擦磨损的机械零件如 :变速齿轮 \凸轮轴 \ 活塞销(2) 常用钢种
20Cr;20CrMnTi;20MnVB;12Cr2Ni4;18Cr2Ni4WA
2. 合金调质钢(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种40Cr; 40MnB;35CrMo;38CrMoAl;40CrNiMoA
用于制造在重载荷小同时又受冲击载荷作用的一些重要零件 .如 :齿轮 \轴类 \ 连杆 \高强度螺栓 回火温度 :500-650℃/表面淬火或氮化处理
3. 合金弹簧钢(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种55Si2Mn; 60Si2CrA; 50CrVA; 30W4Cr2VA
用于制造弹簧等弹性零件 .高的弹性极限和屈强比 ; 足够的疲劳强度和韧性 淬火 /中温回火
4. 滚动轴承钢(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种GCr9; GCr15; GCr15SiMn
用于制造滚动轴承内 \外圈以及滚动体 ,及某些模具和量具 .交变载荷 \接触应力 \摩擦磨损 \冲击载荷 \大气和润滑介质腐蚀
淬火 /低温回火
1. 合金工具钢
(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种9SiCr; Cr06; Cr2; 9Cr2
用于制造形状复杂 .截面尺寸较大的低速切削刀具 淬火 /低温回火 /-80—70℃冷处理
3.3.3 合金工具钢和高速工具钢1) 量具刃具钢
1) 模具钢 ( 冷作模具 /热作模具 / 塑料模具 )(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种 Cr12; Cr12MoV; 9Mn2V; CrWMn5CrMnMo; 5CrNiMo; 3Cr2W8V; 4Cr5W2VSi
用于制造使金属冷塑性变形的模具 /高温下塑性变形模具
( 淬火 /低温回火 ) / ( 淬火 /高中温回火 )
2. 高速工具钢(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种
W18Cr4V; W6Mo5Cr4V2
用于制造高强度 ;高硬度 ;高耐磨性以及足够的塑性和韧性刀具 .温度高达 600℃,热硬性
淬火温度高 1200; 回火温度高 560;次数多 3;63-64HRC
3.3.4 特殊性能钢
具有某些特殊的物理 /化学 / 力学性能 , 因而能在特殊的环境 /工作条件使用的钢 .工程中常用的特殊性能钢有不锈钢 /耐热钢 /耐磨钢 .
(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种 马氏体不锈钢 :(淬火 /回火 ) 1Cr13;2Cr13;3Cr13;4Cr13 奥氏体不锈钢 : (冷变形强化 ) 0Cr19Ni9;1Cr18Ni9Ti 铁素体不锈钢 :( 退火 ) 0Cr13;1Cr17;1Cr28;1Cr17Ti
不锈钢和耐酸钢的统称 .能够抵抗空气、蒸汽和水等弱酸腐蚀介质腐蚀的钢为不锈钢。在酸、碱、盐等强腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的钢为耐酸钢。
1 、 不锈钢
(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种 a 抗氧化钢主要用于长期在燃烧环境工作 , 有一定强度的零件 1Cr13Si13; 3Cr18Ni25Si2 b 热强钢是高温下有抗氧化能力 ;且有高温强度和保持能力 15CrMo;4Cr10Si2Mo;4Cr9Si2;1Cr18Ni9Ti
主要用于热工动力机械 ( 气轮机 \ 燃气轮机 \ 锅炉和内燃机 )/化工机械 /石油装置和加热炉等高温条件工作的构件 .耐热性是指高温抗氧化性和高温强度的综合性能 .
2 、 耐热钢
(1) 用途与性能特点
(2) 常用钢种 ZGMn13 特点是高碳 , 高锰 ,固溶处理可得到奥氏体组织 .工作时受到强烈的挤压 \撞击 \摩擦时 , 钢件表面迅速产生剧烈的加工硬化 ,获得耐磨层 , 而心部仍保持原来的组织和高韧性状态 .
主要用于在运转过程中承受严重磨损和强烈冲击的零件 .如铁路道岔 ;坦克履带 ;挖掘机铲齿等 .具有表面硬度高 ,耐磨 , 心部韧性好 ,强度高等特点 .
3 、 耐磨钢
a、化学元素 C,Si 强烈促进石墨化的元素 S 强烈阻碍石墨化元素 , 并降低铁水流 动性 Mn 阻碍石墨化元素，但形成 MnS 可减弱 S 对石墨化的有害作用b、冷却速度c、造型材料，铸造方法，铸件壁厚
石墨化影响因素
3.4.2 常用铸铁 1 、 灰铸铁（ 1） 灰铸铁的化学成分、组织和性能WC=2.5-3.6%,WSi=1-2.5%,Wp ≤ 0.3%WMn ≤ 0.5-1.3%,WS ≤ 0.15%
组织： F F+P P性能：减摩性 /减振性 / 低缺口敏感性 /良好切削加工性 /良好的铸造性
（ 2） 灰铸铁的牌号及用途F: HT100 载荷小 ,不要求摩擦 \磨损件 :防护罩 ,盖 , 油盘 ,手轮F+P: HT150 中等载荷 ,如机座 ,支架 ,工作台 ,带轮 ,床身 ,轴承座P: HT200 HT250 承受较大载荷 ,要求具有一定的密封性或耐蚀性较重要 零件 ,如汽缸 , 齿轮 ,刹车轮 ,齿轮箱 ,飞轮 ,机座 ,阀门P细 : HT300 HT350 (孕育铸铁 ) 承受高载荷 ,耐磨和高气密性重要零件 ,如重型机床 ,剪床 , 压力机 ,自动机床的床身 /机座 /机架 / 活塞环 /齿轮 /凸轮/卡盘 /衬套 / 汽缸体 /缸套 / 汽缸盖
（３） 灰铸铁的孕育处理
孕育剂：硅铁，硅钙合金目 的：得到细小均匀分布的片状Ｇ和Ｐ性 能：强度 , 塑性和韧性改善用 途：用于制造力学性能要求较高 , 截面 尺寸变化较大的大型铸件
（ 4） 灰铸铁的热处理 只能改变基体组织 ,不改变石墨的形状 /大小 /分布 , 因此只用于消除铸件的内应力和白口组织 ,稳定尺寸 ,提高工件表面的硬度和耐磨性 .去应力退火 :500-600℃，炉冷至 200 ℃空冷去白口退火： 850-950 ℃ ，保温 2-5h，炉冷至 400-500 ℃后空冷提高耐磨性：表面淬火
2 、 球墨铸铁（ 1）球墨铸铁的组织和性能（ F/F+P/P/B）（ 2）球墨铸铁的牌号及用途 “ QT”+最低抗拉强度 +最低断后伸长率
（ 3）球墨铸铁的球化处理 （ 4）球墨铸铁的热处理 退火 /正火 /调质处理 /等温淬火等
3 、 可锻铸铁 白口铸铁件经高温长时间可锻化退火，使渗碳体分解出团絮状石墨。分为黑心（ F）可锻铸铁和珠光体可锻铸铁两种类型。“KTH” “KTZ”牌号： KTH300-06； KTH 330-08； KTH350-10 ； KTZ450-06 ;KTZ550-04
4 、蠕墨铸铁 蠕墨铸铁的力学性能介于相同基体组织的灰铸铁和球墨铸铁之间 ,其铸造性能和热传导性 /耐疲劳性及减振性与灰铸铁相似 .主要用于制造大功率柴油机汽缸盖 / 汽缸套 / 电动机外壳 /机座 /机床床身 /阀体 /玻璃模具 /起重机卷筒 /钢锭模等 .“RuT”+抗拉强度 如 : RuT340
各牌号蠕墨铸铁的主要区别在于基体组织
3.4.3 特殊性能铸铁 a 在无润滑、干摩擦或磨料磨损条件下工作的耐磨铸铁，具有均匀的高硬度组织和必要的韧性。包括高铬白口铸铁，低合金白口铸铁，中锰球墨铸铁和冷硬铸铁等，可作轧辊，犁铧，破碎机，球磨机零件 b 在润滑条件下工作的减摩铸铁，具有较低的摩擦系数和很好的保持连续油膜的能力，组织形式最好为软的基体上分布硬的骨架。常用减摩铸铁有高磷铸铁和钒钛铸铁，常用于机床导轨，汽缸套和活塞环。
1 、耐磨铸铁
具有抗高温氧化等性能，能够在高温下承受一定载荷。在铸铁中加入 Al 、 Si 、 Cr 等元素，可以在铸铁表面形成致密的保护性氧化膜，使铸铁在高温下具有抗氧化的能力，同时能够是铸铁基体变为单相铁素体。加入 Ni 、 Mo 能增加高温下的强度和韧性，从而提高铸铁的耐热性。 中硅铸铁 / 高铬铸铁 / 镍铬硅铸铁 / 镍铬球墨铸铁等主要用于制造加热炉附件，如炉底板，换热器，渗碳坩埚等
2 、耐热铸铁
耐蚀铸铁主要有高硅、高铝、高铬、高镍系列。 加入一定量的 Si 、 Al 、 Cr 、 Ni 、 Cu 等元素，使铸件表面形成致密的氧化膜，提高耐蚀性。 高硅铸铁是最常用的耐蚀铸铁，为了提高对盐酸副食的抵抗力可加入 Cr 和 Mo 等合金元素。广泛用于化工、石油、化纤、冶金等工业设备，如泵、管道、阀门、储罐的出口等。
3 、耐蚀铸铁
