1、1,第五章 機(jī)械工程材料,本章重難點(diǎn),鋼的種類、牌號(hào)、性能和用途,2,第五章主要內(nèi)容,鋼材 鑄鐵 有色金屬及其他材料 零件的失效與材料的選用原則,3,第一節(jié) 鋼材,本節(jié)重點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)鋼的分類，牌號(hào)，性能。,本節(jié)難點(diǎn)：,牌號(hào),種類,加工工 藝特點(diǎn),大致化 學(xué)成分,用途與 性能,4,第一節(jié) 鋼 材,鋼的簡(jiǎn)介,常用鋼材,煉鐵與煉鋼,5,一、 煉鐵與煉鋼,1、 煉鐵工藝流程,6,煉 鐵,7,2、 煉鋼工藝流程,煉鋼的主要原理 在高溫下，用氧氣或鐵的氧化物把鐵水中所含的過量的碳和其他雜質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w或爐渣除去。,8,煉 鋼,9,二、工業(yè)用鋼的簡(jiǎn)介,鋼的分類,殘存元素在鋼中的作用,合金元素在鋼中的作用,10,

2、1、鋼的分類,1）.按化學(xué)成分分類:,非合金鋼,低合金鋼,合金鋼,普通質(zhì)量鋼,優(yōu)質(zhì)質(zhì)量鋼,特殊質(zhì)量鋼,一、鋼的概述,2）.按質(zhì)量等級(jí)分類:,11,3）.按主要性能及使用特性分類：,鋼,非合金結(jié)構(gòu)鋼,結(jié)構(gòu)鋼,工具鋼,特殊性能鋼,一、鋼的概述,低合金結(jié)構(gòu)鋼,合金結(jié)構(gòu)鋼,碳素工具鋼,合金工具鋼,高速工具鋼,不銹鋼,耐熱鋼,耐磨鋼,12,2、殘存元素在鋼中的作用,鋼中基本元素為：Fe 、C； 殘存元素主要有：Si、Mn、S、P,一、鋼的概述,4）P 冷脆,3）S 熱脆,2）Si wSi0.37%，影響不大。,1）Mn wMn=0.25%0.8%，影響不大。,5）氫、氮和氧 氣孔、夾雜、化合物,13,3

3、、合金元素在鋼中的作用,淬透性低：一般，碳素鋼水淬的最大淬透直 徑為1020mm。 強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低：強(qiáng)度的有效利用率低。 回火穩(wěn)定性差：不宜獲得優(yōu)良的的綜合性能 回火溫度，強(qiáng)度，但韌性； 回火溫度，強(qiáng)度，但韌性； 不能滿足特殊性能的要求：,一、鋼的概述,1）、碳素鋼的不足：,14,2）、合金元素在鋼中的作用,對(duì)鋼基本相的影響 對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響 對(duì)熱處理的影響,一、鋼的概述,15,溶入、強(qiáng)化鐵素體： 原因：固溶強(qiáng)化 溶入滲碳體或形成特殊碳化物： 強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高，而塑性和沖擊韌性下降。 但經(jīng)熱處理，使碳化物呈顆粒狀，強(qiáng)度、硬度上升，而沖擊韌性不下降。,（1）、對(duì)鋼基本相的影響（

4、F、Fe3C）,一 、鋼的概述,16,（2）、對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響,對(duì)奧氏體相區(qū)的影響： 使奧氏體區(qū)擴(kuò)大：如Mn、Ni等，使A1、A3、Acm線下降， 使奧氏體區(qū)縮?。喝鏑r、Mo等，使A1、A3、Acm線上升， 使S點(diǎn)、E點(diǎn)左移：,一、鋼的概述,17,（3）對(duì)熱處理工藝的影響,對(duì)奧氏體化的影響。 減慢奧氏體化速度：碳化物形成元素,一、鋼的概述,對(duì)過冷A轉(zhuǎn)變的影響 除Co外，大多數(shù)合金元素溶入A，使C曲線右移，增大A的穩(wěn)定性。,對(duì)奧氏體晶粒大小的影響 阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大：強(qiáng)碳化物形成元素,18,二、常用鋼材,非合金鋼,低合金鋼,合金鋼,19,1、常用非合金鋼,碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

5、 碳素工具鋼 工程用鑄造碳鋼,二、常用工業(yè)用鋼,20,牌號(hào)： 屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)數(shù)值質(zhì)量等級(jí)符號(hào)脫氧方法 Q 235 A（B、C、D） F（b ）,1）、碳素結(jié)構(gòu)鋼 wc=0.09%0.33%,1、常用的非合金鋼,應(yīng)用舉例： 可制作一般工程結(jié)構(gòu)及普通機(jī)械零件， 鋼板、鋼帶、各種型鋼等。 Q195、Q215作薄板，鋼筋等； Q235、Q255常作螺栓、螺母、拉桿等零件,性能：含碳量低、塑性好、焊接性能好。,熱處理：一般不經(jīng)熱處理，在熱軋狀態(tài)下使用。,21,牌號(hào)：阿拉伯?dāng)?shù)字元素符號(hào) 兩位數(shù)字(表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾) 元素符號(hào)：F，b-代表沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼； Mn-含錳較高的鋼種。 A、E-高級(jí)、超級(jí)

6、優(yōu)質(zhì),2）、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 wc=0.05%0.75%,1、常用的非合金鋼,應(yīng)用舉例：較重要機(jī)械結(jié)構(gòu)零件。 熱處理：一般需熱處理， 由含碳量和使用要求進(jìn)行,22,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的分類,1、常用的非合金鋼,23,3）碳素工具鋼 wc=0.65%1.35%,牌 號(hào)： T數(shù)字元素符號(hào) T：“碳”， 數(shù)字：wc(以千分之幾計(jì))。 例如：T7、T8 元素符號(hào)Mn：較高含錳量；例如： T8Mn A：高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼; 例如：T10A。,1、常用的非合金鋼,力學(xué)性能：含碳量高、硬度大、塑性差 。,24,熱處理：正火+球化退火淬火低溫回火,應(yīng)用舉例：用于制做低速、手動(dòng)刀具及常溫下使用的工 具、模具、量具等。

7、 T7、T8鑿子，沖子； T10鋸條；T12銼刀。,銼 刀,手 錘,25,常用非合金鋼（碳素鋼）,1、常用的非合金鋼,26,4）工程用鑄造碳鋼,牌 號(hào)： ZG數(shù)字1數(shù)字2 ZG：“鑄造用鋼”， 數(shù)字1：屈服強(qiáng)度 數(shù)字2：抗拉強(qiáng)度,二、常用工業(yè)用鋼,制作形狀復(fù)雜的重型機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械等。,27,2、低合金鋼,二、常用工業(yè)用鋼,1) 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼,指低碳低合金工程結(jié)構(gòu)用鋼。,牌號(hào)：與碳素結(jié)構(gòu)鋼基本相同。 “ Q ” + 屈服強(qiáng)度值 + 代表產(chǎn)品用途的符號(hào) 例如：Q345R、 Q420,力學(xué)性能：高強(qiáng)度、高韌性和良好的焊接性和冷成形性能。 應(yīng)用舉例：橋梁、船舶、鍋爐、輸油輸氣管道等。

8、熱處理：一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用,28,2、低合金鋼,2）低合金耐候鋼,3）低合金專業(yè)用鋼,即耐大氣腐蝕鋼，在低碳低合金的基礎(chǔ)上加入少量Cu、Cr、Ni、Mo等，使其在金屬表面形成一層保護(hù)膜。,特殊的低合金結(jié)構(gòu)鋼，如低合金鋼筋鋼，鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼等等。,29,Q390鋼（15MnVN）,30,盧浦大橋,31,武漢長(zhǎng)江大橋,結(jié)構(gòu)鋼性能對(duì)比,32,南京長(zhǎng)江大橋,結(jié)構(gòu)鋼性能對(duì)比,33,蕪湖長(zhǎng)江大橋,結(jié)構(gòu)鋼性能對(duì)比,34,結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)用舉例：,蕪湖長(zhǎng)江大橋： 2000.9.30, Q370qE (14MnNbq ),主跨跨度312m，,長(zhǎng)10616米。,二、常用工業(yè)用鋼,武漢長(zhǎng)江大橋： 195

9、7.10， Q235， 主跨跨度128m，長(zhǎng)1600多米；,南京長(zhǎng)江大橋： 1968.12， Q345， 主跨跨度160m，長(zhǎng)6700多米； (16Mn),35,3、常用合金鋼,合金結(jié)構(gòu)鋼,合金工具鋼,特殊性能鋼,高速工具鋼,36,二、常用工業(yè)用鋼,1）常用合金結(jié)構(gòu)鋼,合金滲碳鋼,合金調(diào)質(zhì)鋼：,合金彈簧鋼：,37,化學(xué)成分：wc0.10%-0.25 屬低碳范圍,a）.合金滲碳鋼：,指經(jīng)過滲碳熱處理后使用的低碳合金結(jié)構(gòu)鋼。,1)、合金結(jié)構(gòu)鋼,牌號(hào)：數(shù)字元素符號(hào)數(shù)字(元素含量) 例如：20Cr、20MnV、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA 等 力學(xué)性能要求：表硬里韌,應(yīng)用舉例：承受沖擊載荷和

10、摩擦磨損的齒輪等零件。 熱處理：滲碳直接淬火(或滲碳二次淬火)低溫回火,38,39,化學(xué)成分：w c0.25-0.5 屬中碳范圍 主加元素為：Mn、Cr、Si、Ni， 輔加元素為V、Mo、Ti、W。,牌號(hào)：含義同合金滲碳鋼 例如: 40Cr、40MnB、40MnVB、30CrMnSi、40CrMnMo、 力學(xué)性能要求：既強(qiáng)又韌,b）.合金調(diào)質(zhì)鋼：,指經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后使用的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。,1）、合金結(jié)構(gòu)鋼,應(yīng)用舉例：重荷載+沖擊作用的一些重要零件， 機(jī)床主軸、曲軸 。 熱處理：淬火高溫回火 （回火索氏體）,40,曲 軸,連 桿,41,40Cr鋼制造連桿螺栓的 熱處理工藝曲線,42,牌號(hào)：同合金滲

11、碳鋼 例如：60Si2CrA、50CrVA、30W4Cr2VA等 力學(xué)性能：高強(qiáng)度、高屈強(qiáng)比，高的疲勞極限，一定的 塑、韌性，耐熱性或耐蝕性,c）.合金彈簧鋼：,指用于制造彈簧或其它彈性零件的鋼種。,1）、合金結(jié)構(gòu)鋼,化學(xué)成分： w c 0.45-0.7；,應(yīng)用舉例：各種彈簧。廣泛用于汽車、拖拉機(jī)上的減振 彈簧、螺旋彈簧和氣缸安全閥彈簧等。 熱處理：淬火中溫回火 （回火托氏體）,43,汽車板簧,閥門彈簧,44,大型熱卷彈簧,熱卷大彈簧,45,2）、合金工具鋼,a）量具刃具鋼 Wc0.9%1.5,主要制造各種形狀復(fù)雜、截面尺寸較大的低速切削刃具。,牌號(hào)：數(shù)字元素符號(hào)數(shù)字,(c）1.0%,不標(biāo)；

12、(c）1.0%,以千分之幾表示；,合金百分含量，同合金滲碳鋼,熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火 舉例 9SiCr： 板牙、絲錐、冷沖模；,用來(lái)制造各種刃具、量具、模具的合金鋼,46,量 具,刃 具,47,2）、合金工具鋼,b）耐沖擊工具鋼,在CrSi鋼的基礎(chǔ)上，加入2.02.5的W，主要制造風(fēng)動(dòng)工具、鏨、沖模、冷作模具等。,c）冷作模具鋼,用于制作冷塑性變形的模具，如冷沖模、冷鐓模和冷擠壓模等,48,2）、合金工具鋼,d）熱作模具鋼,e）塑料模具鋼,用于制作熱變形加工的模具，如熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等,49,3、高速工具鋼,二、常用工業(yè)用鋼,Wc0.71.2，并含有大量的W、V、Mo和

13、較多的Cr，用于制作高速切削刃具。,熱處理的特點(diǎn)： 淬火加熱溫度高1200以上； 回火溫度高560 ； 次數(shù)多3次。,50,4、特殊性能鋼,不銹鋼,二、常用工業(yè)用鋼,耐熱鋼,耐磨鋼,51,1）不銹鋼,定義: 在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能力的鋼,概念: *鋼在空氣中的年腐蝕量0.01mm 空氣中使用的不銹鋼。 *鋼在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中的年腐蝕量 0.1mm 在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。,52,高鉻,a) 成分特點(diǎn),低碳,提高鐵的電極電位，不發(fā)生電化學(xué)腐蝕；當(dāng)Cr含量大于12%時(shí)，形成致密的氧化膜(Cr2O3)，防止繼續(xù)氧化。,一般不銹鋼含碳量較低，只有要求高硬度和耐磨性的不銹鋼才能適當(dāng)?shù)靥岣?/p>

14、含碳量。,53,b) 分類,鐵素體型不銹鋼,化學(xué)成分特點(diǎn): Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %,熱處理特點(diǎn): 不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。,用途: 化工設(shè)備中要求耐蝕性高、塑 性好、強(qiáng)度低的容器、管道等。,54,55,馬氏體型不銹鋼,化學(xué)成分特點(diǎn): Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 %,熱處理特點(diǎn):正火后的組織是馬氏體。,用途:用作耐蝕性低、強(qiáng)度要求高的構(gòu)件。如彈簧、 汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥及醫(yī)療器械等。,b) 分類,56,b) 分類,化學(xué)成分特點(diǎn): Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。,加工特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,只能冷塑性變形 強(qiáng)化。,奧氏體型不銹鋼,57,用途: 化工容器、管道等。,58,2）.耐熱鋼,在高溫下-熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的鋼。,二、常用工業(yè)用鋼,用途： 熱工動(dòng)力機(jī)械（燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、內(nèi)燃機(jī)）、 化工機(jī)械、石油裝置和加熱爐等高溫下工作的構(gòu)件。,抗氧化鋼、熱強(qiáng)鋼,59,60,3）.耐磨鋼,性能: 表面硬度高、耐磨、心部韌性、強(qiáng)度高。 常用牌號(hào)為ZGMn13，也稱高錳鋼。,二、常用工業(yè)用鋼,用于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈