钢铁材料.ppt

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1、第七章 钢铁材料o在相图上的位置在相图上的位置工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系一、钢的分类（一）o按按化学成分化学成分分类分类 可分为碳素钢和合金钢可分为碳素钢和合金钢o碳素钢按碳素钢按含碳量含碳量多少可分为：多少可分为：低碳钢、中碳钢和高碳钢低碳钢、中碳钢和高碳钢o合金钢按合金钢按合金元素的含量合金元素的含量又可分为又可分为 低合金钢低合金钢、合金钢和合金钢、合金钢和合金钢o合金钢按合金钢按合金元素的种类合金元素的种类可分为可分为 锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等 工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系一、钢的分类（二）o按冶金质量分类按冶金质量分类

2、 按钢中所含按钢中所含有害杂质有害杂质硫、磷的多少，可分为：硫、磷的多少，可分为：普通钢（普通钢（S%0.055%，P%0.045%）优质钢（优质钢（S%、P%0.040%）高级优质钢（高级优质钢（S%0.030%，P%0.035%）o按冶炼时按冶炼时脱氧程度脱氧程度，可将钢分为：，可将钢分为：沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。全）和半镇静钢三类。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系一、钢的分类（三）o按用途分类按用途分类按钢的用途可分为：结构钢、工具钢和特殊按钢的用途可分为：结构钢、工具钢和特殊性能钢性能钢 结构钢又分为：工程构

3、件用钢和机器零件用结构钢又分为：工程构件用钢和机器零件用 工具钢分为：刃具钢、量具钢、模具钢工具钢分为：刃具钢、量具钢、模具钢 特殊性能钢分为：不锈钢、耐热钢等特殊性能钢分为：不锈钢、耐热钢等 工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系一、钢的分类（四）o按金相组织分类按金相组织分类 按按退火态退火态的金相组织可分为：亚共析钢、共的金相组织可分为：亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。析钢、过共析钢三种。按按正火态正火态的金相组织可分为：珠光体钢、贝的金相组织可分为：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系二、钢中常存元素o钢

4、中常存杂质元素钢中常存杂质元素 主要来源？主要来源？常见的常存元素有硅、锰、硫、磷四种常见的常存元素有硅、锰、硫、磷四种。炼铁、炼钢过程中，由于矿石和焦炭含杂质炼铁、炼钢过程中，由于矿石和焦炭含杂质以及脱氧等原因而带入，对钢的性能有一定的影以及脱氧等原因而带入，对钢的性能有一定的影响。响。1、Si和和Mn的影响（少含量是有益的）的影响（少含量是有益的）2、S和和P的影响（热脆、冷脆）的影响（热脆、冷脆）工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系三、合金元素在钢中的作用（一）o合金元素在钢中的存在形式合金元素在钢中的存在形式 两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的相中（两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的

5、相中（固固溶体溶体），另一种是形成某些碳钢中所没有的新相），另一种是形成某些碳钢中所没有的新相（化合物化合物）按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为碳化物碳化物形成元素形成元素与与非碳化物形成元素非碳化物形成元素两大类两大类 非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；碳化物形成元素：碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系三、合金元素在钢中的作用（二）o合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响 （1）扩大奥氏体区的元素）扩大奥氏体区的元素扩大奥氏体区域扩大奥氏体区

6、域的元素有镍、锰、碳、氮等，这些元素使的元素有镍、锰、碳、氮等，这些元素使A1和和A3温度降低，使温度降低，使S点、点、E点向左下方移动，从而使奥氏体区域扩点向左下方移动，从而使奥氏体区域扩大。大。（2）缩小奥氏体区缩小奥氏体区的元素的元素缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等，使缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨等，使A1和和A3温度温度升高，使升高，使S点、点、E点向左上方移动，从而使奥氏体区域缩小。点向左上方移动，从而使奥氏体区域缩小。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系三、合金元素在钢中的作用（三）返回上一页返回上一页工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系四、合金元素对钢的热处理的影响

7、（一）o合金元素对加热转变的影响合金元素对加热转变的影响 （1）大多数合金元素（）大多数合金元素（除镍、钴以外）都减缓除镍、钴以外）都减缓钢的奥氏体化过程钢的奥氏体化过程；（2）几乎所有的合金元素（除锰以外）都能阻）几乎所有的合金元素（除锰以外）都能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。o合金元素对冷却转变的影响合金元素对冷却转变的影响 （1）大多数合金元素（除钴以外），都能提高）大多数合金元素（除钴以外），都能提高过冷奥氏体的稳定性，使过冷奥氏体的稳定性，使C曲线位置右移，临界冷曲线位置右移，临界冷却速度减小，从而提高钢的淬透性。却速度减小，从而提高钢的淬透性。工程材

8、料学精品课程淮阴工学院机械工程系四、合金元素对钢的热处理的影响（二）（2）除钴、铝外，多数合金元素）除钴、铝外，多数合金元素溶入奥氏体溶入奥氏体后，后，使马氏体转变温度使马氏体转变温度Ms和和Mf点下降点下降；o合金元素对淬火钢回火转变的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响（1）对淬火钢回火稳定性的影响；）对淬火钢回火稳定性的影响；（2）在回火过程中有二次硬化作用；）在回火过程中有二次硬化作用；（3）影响第二类回火脆性）影响第二类回火脆性。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系五、钢的牌号表示方法（一）o通用原则：通用原则：（1）根据编号可以大致看出该钢的成分。根据编号可以大致看出该钢的成分。（

9、2）根据编号可大致看出该钢的用途。）根据编号可大致看出该钢的用途。o我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并用的原则。音字母并用的原则。（1 1）钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表）钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表示。如示。如SiSi、MnMn、CrCr、W W、等。等。（2 2）产品名称、用途和浇铸方法等则采用汉语拼）产品名称、用途和浇铸方法等则采用汉语拼音字母表示。音字母表示。(3)(3)数字数字工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系六、钢的牌号表示方法（二）o普通碳素结构钢普通碳素结构钢（P355）普通碳素结构钢的普通碳素

10、结构钢的牌号以牌号以“Q数字字母字母数字字母字母”表示。其中，表示。其中，“Q”字是钢材的屈服强度字是钢材的屈服强度“屈屈”字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度值，再字的汉语拼音字首，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：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即表示屈服强度值为235MPa的的A级沸级沸腾钢。腾钢。牌号中规定了牌号中规定了A、B、C、D四种质量等级四种质量等级，A级质级质量最差，量最差，D级质量最好。级质量最好。按按脱氧制度脱氧制度，沸腾钢在钢号后加，沸腾钢在钢号后加“F”，半镇静钢，半镇静钢在钢号后加在钢号后加“b

11、”，镇静钢则不加任何字母。镇静钢则不加任何字母。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系六、钢的牌号表示方法（三）o优质碳素结构钢与合金结构钢优质碳素结构钢与合金结构钢（P356）以以“两位数字元素数字两位数字元素数字”的方法表示。的方法表示。钢号的钢号的前两位数字表示平均含碳量的万分之几前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，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；应在钢号后特别标出；合金元素以化学元素符号表示，合金元素后面的数合金元素以化学元素符号表示，合金元素后面的数字则表示该元素的含量，一般以百分之几表示。凡字则表示该元

12、素的含量，一般以百分之几表示。凡合金元素的平均含量小于合金元素的平均含量小于1.5%时，钢号中一般只时，钢号中一般只标明元素符号而不标明其含量。如果平均含量标明元素符号而不标明其含量。如果平均含量1.5%、2.5%、3.5%、时时,则相应则相应地在元素符号后面标以地在元素符号后面标以2、3、4；工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系六、钢的牌号表示方法（四）如为高级优质钢，则在其钢号后加如为高级优质钢，则在其钢号后加“A”。钢中的钢中的V、Ti、Al、B、RE等合金元素，虽然它等合金元素，虽然它们的含量很低，但在钢中能起相当重要的作用，故们的含量很低，但在钢中能起相当重要的作用，故仍应在钢号中

13、标出。仍应在钢号中标出。如：如：45钢表示平均含碳量为钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构的优质碳素结构钢；钢；20CrMnTi表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.20%，主要合金，主要合金元素元素Cr、Mn含量均低于含量均低于1.5%，并含有微量，并含有微量Ti的的合金结构钢；合金结构钢；60Si2Mn表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.60%，主要合金，主要合金元素元素Mn含量低于含量低于1.5%，Si含量为含量为1.52.5%的合金结构钢。的合金结构钢。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系六、钢的牌号表示方法（五）o碳素工具钢碳素工具钢碳素工具钢的牌号以碳素工具钢的牌号以“T数字

14、字母数字字母”表示。表示。钢号前面的钢号前面的“碳碳”或或“T”表示碳素工具钢，其后表示碳素工具钢，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，其钢号为的碳素工具钢，其钢号为“碳碳8”或或“T8”。含锰量较高者，在钢号后标以含锰量较高者，在钢号后标以“锰锰”或或“Mn”,如如“碳碳8锰锰”或或“T8Mn”。如为高级优质碳。如为高级优质碳素工具钢，则在其钢号后加素工具钢，则在其钢号后加“A”，如，如“T10A”。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系六、钢的牌号表示方法（六）o合金工具钢合金工具钢合金工具钢的牌号以合金工具钢的牌号

15、以“一位数字（或没有数字）一位数字（或没有数字）元素数字元素数字”表示。其编号方法与合金结构钢大体表示。其编号方法与合金结构钢大体相同，区别在于含碳量的表示方法，当碳含量相同，区别在于含碳量的表示方法，当碳含量1.0%时，则不予标出。如平均含碳量时，则不予标出。如平均含碳量1.0%时，则在钢号时，则在钢号前以千分之几表示它的平均含碳量前以千分之几表示它的平均含碳量。如如9CrSi钢，平均含碳量为钢，平均含碳量为0.90%，主要合金元素为铬，主要合金元素为铬、硅，含量、硅，含量都小于都小于1.5%。又如又如Cr12MoV钢，含碳量为钢，含碳量为1.451.70%(大于大于1.0%)，主要，主要合

16、金元素为合金元素为11.512.5%的铬的铬,0.400.60%的钼和的钼和0.150.30%的钒。的钒。如平均如平均Cr=0.6%的低铬工具钢的钢号为的低铬工具钢的钢号为“Cr06”。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系六、钢的牌号表示方法（七）o专用钢专用钢这类钢是指某些用于专门用途的钢种。它是以其用途名称这类钢是指某些用于专门用途的钢种。它是以其用途名称的汉语拼音第一个字母表明该钢的类型，以数字表明其含碳量；的汉语拼音第一个字母表明该钢的类型，以数字表明其含碳量；化学元素符号表明钢中含有的合金元素，其后的数字标明合金化学元素符号表明钢中含有的合金元素，其后的数字标明合金元素的大致含量。

17、元素的大致含量。例如滚珠轴承钢在编号前标以例如滚珠轴承钢在编号前标以“G”字，其后为铬字，其后为铬（Cr）+数字，数字表示铬含量平均值的千分之几，如数字，数字表示铬含量平均值的千分之几，如“滚铬滚铬15”（GCr15）。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示）。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量为含铬量为1.5%,其他元素仍按百分之几表示，如其他元素仍按百分之几表示，如GCr15SiMn表示含铬为表示含铬为1.5%，Si、Mn均小于均小于1.5%的滚的滚动轴承钢。动轴承钢。又如易切钢前标以又如易切钢前标以“Y”字，字，Y40Mn表示含碳量约表示含碳量约0.4%，含锰量小于，含锰量小于

18、1.5的易切钢。还有如的易切钢。还有如20g表示含碳量为表示含碳量为0.20%的锅炉用钢；的锅炉用钢；16MnR表示含碳量为表示含碳量为1.6%，含锰量，含锰量小于小于1.5%的容器用钢。的容器用钢。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系七、常见工业用钢的性能及用途（一）o一、结构钢 结构钢按用途分为工程构件用钢和机器零件用钢两大类。工程构件用钢 工程构件用钢是应用较广泛的钢种之一，用于国防、化工、石油、电站、车辆、造船、桥梁、建筑等国民经济部门，制造各种重要构件。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系七、常见工业用钢的性能及用途（二）o（1）普通碳素工程构件用钢）普通碳素工程构件用钢普通碳素

19、工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的普通碳素工程构件用钢简称普碳钢，产量约占钢总产量的70%，其中大部分用作机器零件。由于普碳钢易于冶炼、价，其中大部分用作机器零件。由于普碳钢易于冶炼、价格低廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程格低廉，性能也基本满足了一般工程构件的要求，所以在工程上用量很大。上用量很大。为了满足工艺性能和使用性能的要求，含碳量一般均较低。为了满足工艺性能和使用性能的要求，含碳量一般均较低。普碳钢通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机普碳钢通常以热轧状态供应，一般不经热处理强化，只保证机械性能及工艺性能便可。其中的械性能及工艺性能便可。其中的Q19

20、5、Q215有较高的延伸有较高的延伸率，易于加工，常用做螺钉、炉体部件、农业机械等。率，易于加工，常用做螺钉、炉体部件、农业机械等。Q235Q275具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建具有较高的强度和硬度，延伸率也较大，大量用做建筑结构，轧制成工字钢、槽钢、角钢、钢板、钢管及其它各种筑结构，轧制成工字钢、槽钢、角钢、钢板、钢管及其它各种型材。而型材。而Q235钢既有较高的塑性又有适中的强度，成为应用钢既有较高的塑性又有适中的强度，成为应用最广泛的一种普通碳素构件用钢，即可用做较重要的建筑构件、最广泛的一种普通碳素构件用钢，即可用做较重要的建筑构件、车辆及桥梁等的各种型材，又可用于制做

21、一般的机器零件，也车辆及桥梁等的各种型材，又可用于制做一般的机器零件，也可进行热处理。可进行热处理。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系七、常见工业用钢的性能及用途（三）o（2）低合金高强度钢）低合金高强度钢低合金高强度钢是一种含有少量合金元素，具有较低合金高强度钢是一种含有少量合金元素，具有较高强度的构件用钢，由于强度高，所以高强度的构件用钢，由于强度高，所以1吨低合金高强吨低合金高强度钢可顶度钢可顶1.22.0吨普碳钢使用，从而可减轻构件重吨普碳钢使用，从而可减轻构件重量，提高使用的可靠性并节约钢材。这类钢主要用来制量，提高使用的可靠性并节约钢材。这类钢主要用来制造各种要求强度较高的工程

22、结构，例如船舶、车辆、高造各种要求强度较高的工程结构，例如船舶、车辆、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、石压容器、输油输气管道、大型钢结构等。它在建筑、石油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农油、化工、铁道、造船、机车车辆、锅炉容器、农机农具等许多部门得到广泛的应用。具等许多部门得到广泛的应用。常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为常用低合金高强度钢按其屈服强度的高低分为6个个级别（级别（300MPa、350 MPa、400 MPa、450 MPa、500 MPa、550650 MPa），如下表所示。），如下表所示。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系工程材料学精品

23、课程淮阴工学院机械工程系七、常见工业用钢的性能及用途（四）o机器零件用钢机器零件用钢指用于制造各种机器零件、如轴类零件、齿轮、指用于制造各种机器零件、如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种，也称为机器制造用钢。弹簧和轴承等所用的钢种，也称为机器制造用钢。机器零件用钢对机械性能的要求是多方面的，不但机器零件用钢对机械性能的要求是多方面的，不但要求钢材具有高的强度、塑性和韧性，而且要求钢材具要求钢材具有高的强度、塑性和韧性，而且要求钢材具有良好的疲劳强度和耐磨性。机器零件用钢一般都经过有良好的疲劳强度和耐磨性。机器零件用钢一般都经过热处理后使用。此外，机器零件用钢还要求具有良好的热处理后使用。此

24、外，机器零件用钢还要求具有良好的工艺性能，主要指切削加工性能和热处理工艺性能。机工艺性能，主要指切削加工性能和热处理工艺性能。机器零件用钢包括优质碳素结构钢和合金结构钢。器零件用钢包括优质碳素结构钢和合金结构钢。按用途不同，分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承按用途不同，分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、耐磨钢等。钢、耐磨钢等。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系渗碳钢渗碳钢oa）渗碳钢的工作条件及对性能的要求）渗碳钢的工作条件及对性能的要求渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些渗碳钢常用在受冲击和磨损条件下工作的一些机械零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮、内燃机机械零件，如汽车、拖拉机上的变

25、速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销等，要求表面硬、耐磨，而零件上的凸轮、活塞销等，要求表面硬、耐磨，而零件心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲击。通常心部则要求有较高的韧性和强度以承受冲击。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳钢，而尺寸大的、尺寸小的、受力小的，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢。受力大的则采用低碳合金钢。ob）渗碳钢的成分和钢种）渗碳钢的成分和钢种工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系渗碳钢性能要求渗碳钢性能要求为了满足为了满足“外硬内韧外硬内韧”的要求，这类钢一般都采用低碳钢，的要求，这类钢一般都采用低碳钢，含碳量为含碳量为0.1

26、0.25%，滲碳后，零件的表面为高碳，滲碳后，零件的表面为高碳，而心部仍是低碳的，通过淬火而心部仍是低碳的，通过淬火+低温回火后使用。零件低温回火后使用。零件表面组织为表面组织为M回回+碳化物碳化物+少量少量Ar，硬度达，硬度达5862HRC，满足耐磨的要求，而心部的组织是低碳，满足耐磨的要求，而心部的组织是低碳马氏体，保持较高的韧性，满足承受冲击载荷的要求。马氏体，保持较高的韧性，满足承受冲击载荷的要求。对于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不对于大尺寸的零件，由于淬透性不足，零件的心部淬不透，仍保持原来的珠光体透，仍保持原来的珠光体+铁素体组织；这时由于是低铁素体组织；这时由于是低

27、碳的，组织中铁素体占比例很大，因而韧性指标比较高，碳的，组织中铁素体占比例很大，因而韧性指标比较高，能满足能满足“外硬内韧外硬内韧”的要求。的要求。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系 按照渗碳钢的淬透性大小，可分为三类：按照渗碳钢的淬透性大小，可分为三类：低淬透性渗碳钢。典型钢种为低淬透性渗碳钢。典型钢种为20Cr，这类钢水，这类钢水淬临界直径淬临界直径100mm，主要用于制造大，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。轴、大模数齿轮等。渗碳钢的分类渗碳钢的分类工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系渗碳钢的热处

28、理渗碳钢的热处理 一般是渗碳后进行直接淬火（一次淬火或二次淬火）一般是渗碳后进行直接淬火（一次淬火或二次淬火）+低温回火。低温回火。应用广泛的应用广泛的20CrMnTi钢为例，其加工工艺路线为：下料钢为例，其加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火加工齿形加工齿形渗碳，预冷淬火渗碳，预冷淬火低温回火低温回火磨齿。磨齿。正火作为预备热处理，改善锻造组织；调整硬度（正火作为预备热处理，改善锻造组织；调整硬度（170210HB）便于）便于机加工，正火后的组织为索氏体机加工，正火后的组织为索氏体+铁素体。铁素体。最终热处理为渗碳后预冷到最终热处理为渗碳后预冷到875直接淬火直接淬火+低温回火，预冷的目的在

29、于低温回火，预冷的目的在于减少淬火变形，同时在预冷过程中，滲层中可以析出二次渗碳体，在减少淬火变形，同时在预冷过程中，滲层中可以析出二次渗碳体，在淬火后减少了残余奥氏体量。最终热处理后其组织由表面往心部依次淬火后减少了残余奥氏体量。最终热处理后其组织由表面往心部依次为回火马氏体为回火马氏体+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+残余奥氏体残余奥氏体回火马氏体回火马氏体+残余奥氏残余奥氏体体。而心部的组织分为两种情况，在淬透时为低碳马氏体。而心部的组织分为两种情况，在淬透时为低碳马氏体+铁铁素体；未淬透时为索氏体素体；未淬透时为索氏体+铁素体。铁素体。20CrMnTi钢经上述处理后可获得高耐磨性滲层，心部有

30、较高的强度和良钢经上述处理后可获得高耐磨性滲层，心部有较高的强度和良好的韧性，适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽好的韧性，适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件。类零件。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系渗碳钢的热处理组织渗碳钢的热处理组织 20CrMnTi钢的渗碳层组织（400）工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系调质钢调质钢o调质钢的工作条件及对性能的要求调质钢的工作条件及对性能的要求采用调质处理，即淬火采用调质处理，即淬火+高温回

31、火后使用的优高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢，统称为调质钢。淬火后得质碳素钢和合金结构钢，统称为调质钢。淬火后得到位错与孪晶马氏体的混合组织，以及残余奥氏体到位错与孪晶马氏体的混合组织，以及残余奥氏体和碳化物。高温回火后，由于马氏体分解，碳化物和碳化物。高温回火后，由于马氏体分解，碳化物弥散析出，残余奥氏体转变，内应力消除，弥散析出，残余奥氏体转变，内应力消除，最终得最终得到回火索氏体组织到回火索氏体组织，综合力学性能好，用于受力较，综合力学性能好，用于受力较复杂的重要结构零件。如汽车后桥半轴、连杆、螺复杂的重要结构零件。如汽车后桥半轴、连杆、螺栓以及各种轴类零件。对于截面尺寸大的零件，

32、为栓以及各种轴类零件。对于截面尺寸大的零件，为保证有足够的淬透性，就要采用合金调质钢保证有足够的淬透性，就要采用合金调质钢。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系调质钢调质钢调质钢的成分特点和钢种调质钢的成分特点和钢种调质钢的含碳量在调质钢的含碳量在0.300.50%之间，属中碳钢，之间，属中碳钢，含碳量在这一范围内可保证钢的综合性能，含碳量过低，含碳量在这一范围内可保证钢的综合性能，含碳量过低，则影响钢的强度指标，含碳量过高则韧性显得不足。一则影响钢的强度指标，含碳量过高则韧性显得不足。一般碳素调质钢的含碳量偏上限，对于合金调质钢，随合般碳素调质钢的含碳量偏上限，对于合金调质钢，随合金元素的

33、增加，含碳量趋于下限。金元素的增加，含碳量趋于下限。调质钢在机械制造中应用十分广泛，常用调质钢的调质钢在机械制造中应用十分广泛，常用调质钢的钢号、热处理工艺、力学性能及用途见下表钢号、热处理工艺、力学性能及用途见下表：工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系调质钢的分类调质钢的分类o按按淬透性淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类：的高低，调质钢大致可以分为三类：低淬透性调质钢。典型钢种是低淬透性调质钢。典型钢种是40Cr，这类钢的油淬临界直，这类钢的油淬临界直径最大为径最大为3040mm，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、

34、齿轮、连杆螺栓等。如轴、齿轮、连杆螺栓等。35SiMn、40MnB是为节约铬而是为节约铬而发展的代用钢种。发展的代用钢种。中淬透性调质钢。典型钢种为中淬透性调质钢。典型钢种为40CrNi，这类钢的油淬临界，这类钢的油淬临界直径最大为直径最大为4060mm，含有较多的合金元素，用于制造截，含有较多的合金元素，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。高淬透性调质钢。典型钢种为高淬透性调质钢。典型钢种为40CrNiMoA，这类钢的油淬，这类钢的油淬临界直径为临界直径为60100mm，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合

35、，可大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。合，可大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。力机曲轴、航空发动机曲轴等。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系调质钢的热处理调质钢的热处理o含合金元素少的钢，正火后组织多为珠光体含合金元素少的钢，正火后组织多为珠光体+少量铁素少量铁素体而合金元素含量高的钢则为马氏体组织，所以调质钢体而合金元素含量高的钢则为马氏体组织，所以调质钢的热轧组织可分为珠光体型和马氏体型两种。的热轧组织可分为珠光体型和马氏体

36、型两种。o调质钢预备热处理的目的是为了改善热加工造成的晶粒调质钢预备热处理的目的是为了改善热加工造成的晶粒粗大和带状组织，获得便于切削加工的组织和性能。粗大和带状组织，获得便于切削加工的组织和性能。o对于珠光体型调质钢，在对于珠光体型调质钢，在800左右进行一次退火代替左右进行一次退火代替正火，可细化晶粒，改善切削加工性。对马氏体型调质正火，可细化晶粒，改善切削加工性。对马氏体型调质钢，因为正火后，可能得到马氏体组织，所以必须再在钢，因为正火后，可能得到马氏体组织，所以必须再在Ac1以下进行高温回火，使其组织转变为粒状珠光体。以下进行高温回火，使其组织转变为粒状珠光体。回火后硬度可由回火后硬度

37、可由380550HB降至降至207240HB，此时可顺利进行切削加工。此时可顺利进行切削加工。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系调质钢的热处理调质钢的热处理o以以40Cr钢为例，分析其热处理工艺规范钢为例，分析其热处理工艺规范o40Cr作为拖拉机上的连杆、螺栓，其工艺路线为：作为拖拉机上的连杆、螺栓，其工艺路线为：下料下料锻造锻造退火退火粗机加工粗机加工调质调质精机加工精机加工装配。装配。n工艺路线中，预备热处理采用退火（或正火），其目的工艺路线中，预备热处理采用退火（或正火），其目的是改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒；调整硬度、便是改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒；调整硬度、便于切削加工

38、；为淬火做好组织准备。于切削加工；为淬火做好组织准备。n调质工艺采用调质工艺采用830加热、油淬、得到马氏体组织，然加热、油淬、得到马氏体组织，然后在后在525回火，为防止第二类回火脆性，在回火的冷回火，为防止第二类回火脆性，在回火的冷却过程中采用水冷，最终使用状态下的组织为回火索氏却过程中采用水冷，最终使用状态下的组织为回火索氏体。体。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系回火索氏体工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系合金弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢一般合金弹簧钢一般c=(0.45-0.7)%，常加的合金常加的合金元素是元素是Si和和Mn，有些，有些弹簧钢中还弹簧钢中还加入加入Cr、W、V等

39、合金元等合金元素。素。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系滚动轴承钢滚动轴承钢o滚滚动动轴轴承承钢钢：c=(0.951.15)%，钢钢中中加加入入铬铬增增加钢的淬透性，对于大型轴承用钢，还加入加钢的淬透性，对于大型轴承用钢，还加入Si、Mn等等.o 常用牌号：常用牌号：GCrl5：“G”工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系低合金工具钢低合金工具钢o常常 用用 的的 低低 合合 金金 工工 具具 钢钢 是是 9SiCr、CrWMn和和9Mn2V。n 9SiCr:用用于于制制造造要要求求淬淬火火变变形形较较小小和和刀刀刃刃细细薄薄的的低低速速切切削工具，尤其是板牙、丝锥、搓丝板和绞刀等。削工具

40、，尤其是板牙、丝锥、搓丝板和绞刀等。n CrWMn钢钢其其突突出出特特点点是是淬淬火火变变形形很很小小，故故称称为为“微微变变形形 钢钢”。主主要要用用于于制制造造要要求求淬淬火火变变形形小小的的、较较精精密密的的低低速速切切 削削刀刀具具、冷冷冲冲模模具具和和耐耐磨磨零零件件（如如淬淬硬硬精精密密丝丝杠）。杠）。n 9Mn2V：部分代替：部分代替CrWMn钢和钢和T10A钢使用。钢使用。o低低合合金金工工具具钢钢常常用用的的热热处处理理是是：锻锻造造后后进进行行球球比比退退火，加工成工具后进行淬火再低温回火。火，加工成工具后进行淬火再低温回火。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系高合金工具

41、钢和高合金工具钢和高速工具钢高速工具钢o高合金工具钢常用牌号：高合金工具钢常用牌号：Cr12和和Cr12MoVo高高速速钢钢的的c=(0.550.9)%，主主加加合合金金元元素素为为W、Mo、V、Cr。n热硬性：钢在高温下保持高的硬度和耐磨性的能力。热硬性：钢在高温下保持高的硬度和耐磨性的能力。n高速钢的高速钢的热处理热处理特点：特点：淬火温度很高，回火温度高和多次回火淬火温度很高，回火温度高和多次回火工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系高速钢的种类和应用高速钢的种类和应用o（1）钨钨系系高高速速钢钢：常常用用的的牌牌号号是是W18Cr4V（简简称称 18-4-1钢钢），热热硬硬性性高高，淬

42、淬火火温温度度范范围围稍稍宽宽，磨磨削削性性好好，适适于于制制造造一一般的高速钢刀具。般的高速钢刀具。o（2）钨钨钼钼系系高高速速钢钢：常常用用的的牌牌号号是是W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2钢钢），热热硬硬性性、耐耐磨磨性性与与W18Cr4V钢钢差差不不多多，主主要要优优点点淬淬火火回回火火后后的的强强度度、韧韧性性比比W18Cr4V钢钢好好，在在9501100高高温温下下的的热热塑塑性性好好，待待别别适适于于热热轧轧、扭扭制制等等热热加加工工成成形的刃具（如麻花钻）和要求强度、韧性较高的工模具。形的刃具（如麻花钻）和要求强度、韧性较高的工模具。o（3）超超 硬硬 高高 速速 钢钢：常常

43、 用用 牌牌 号号 有有 W18Cr4VCo5、W12Cr4V5Co5、W6Mo5Cr4V2Co5等等,热热硬硬性性超超过过普普通通高高速速钢钢。但但大大多多强强度度和和韧韧性性较较低低，磨磨削削性性差差,主主要要用用于于制制造造加加工工超高强度钢和特种合刃具。超高强度钢和特种合刃具。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系特殊性能钢简介特殊性能钢简介o1抗氧化钢和热强钢抗氧化钢和热强钢n抗抗氧氧化化钢钢:ICr18Si2、1Al3Mn2MoWTi等等都都是这类钢。是这类钢。n热热强强钢钢:不不锈锈钢钢中中的的Cr13型型钢钢和和Cr18Ni9型型钢钢都可作为热强钢都可作为热强钢o2抗磨钢抗磨钢

44、n高高锰锰钢钢ZGMn13 一一般般都都铸铸造造成成零零件件，经经水水韧韧处处理理和和磨磨削削加加工工后后使使用用。主主要要用用来来制制造造坦坦克克、拖拖拉拉机机履履带带、碎碎石石机机齿齿板板、挖挖泥泥机机挡挡板板等等承承受受高高压、冲击及强烈磨损的零件。压、冲击及强烈磨损的零件。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系铸铁铸铁o影响铸铁石墨化的主要因素影响铸铁石墨化的主要因素o（1）化学成分的影响）化学成分的影响nC与与Si是是强强烈烈促促进进石石墨墨化化的的元元素素,S是是强强烈烈阻阻碍碍石石墨化的元素，墨化的元素，o（2）冷却速度的影响）冷却速度的影响n冷却愈慢，愈有利于石墨化的进行。冷却

45、愈慢，愈有利于石墨化的进行。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系各类铸铁组织三种石墨形态三种石墨形态工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系灰铸铁灰铸铁o灰铸铁的组织和性质灰铸铁的组织和性质n灰灰铸铸铁铁有有良良好好的的切切削削加加工工性性、良良好好的的减减磨磨性性、良良好好的的减减震性、较低铸铁的缺口缺感性。震性、较低铸铁的缺口缺感性。o灰铸铁的牌号和用途灰铸铁的牌号和用途n HT200:数字数字200表示铸铁的表示铸铁的b200MPa.n 孕孕育育处处理理：在在铁铁水水中中加加入入少少量量孕孕育育利利（如如65%硅硅铁铁十十35%铝）处理后再浇注成铸件。铝）处理后再浇注成铸件。o灰铸铁件的

46、常用热处理灰铸铁件的常用热处理n低温退火（人工时效）和天然时效。低温退火（人工时效）和天然时效。n机机床床导导轨轨经经高高频频表表面面淬淬火火后后，硬硬度度可可达达HRC50，耐耐磨磨性大大提高。性大大提高。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系灰铸铁的应用灰铸铁的应用o应用应用 如，机床床身、导轨，汽缸体如，机床床身、导轨，汽缸体水泵水泵 叶轮叶轮发动机飞轮发动机飞轮工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系球墨铸铁球墨铸铁o球球墨墨铸铸铁铁的的牌牌号号用用“球球铁铁”二二字字汉汉语语拼拼音音首首军军QT及及其其后后两两组数字表示。组数字表示。n第第一一组组数数字字代代表表最最低低抗抗拉拉强强度

47、度MPa，第第二二组组数数字字代代表表最最低低伸伸长率长率（%）。如）。如QT900-06o球球墨墨铸铸铁铁可可以以替替代代部部分分铸铸钢钢、锻锻钢钢件件，制制造造发发动动机机曲曲轴轴、连连杆、机床蜗杆、蜗轮、杆、机床蜗杆、蜗轮、汽车后桥汽车后桥等。等。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系蠕墨铸铁蠕墨铸铁o在铁水浇注前加在铁水浇注前加蠕蠕化剂而得化剂而得o牌号牌号 如如 RuT420，表示表示 b420。o组织组织 钢基体钢基体+蠕蠕虫状虫状Go性能性能 强度、塑韧性优于灰铸铁强度、塑韧性优于灰铸铁o应用应用 高压热交换器、汽缸盖、液压高压热交换器、汽缸盖、液压阀等。阀等。进气管进气管排气管

48、排气管工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系可锻铸铁可锻铸铁o 白口铸铁白口铸铁 经长时间石经长时间石墨化退火（墨化退火（900960）而得）而得o牌号牌号 如如 KT300-6，表示表示 b300，6。o组织组织 钢基体钢基体+团团絮状絮状Go性能性能 强度、塑韧性强度、塑韧性优于优于HT，低于低于QT。F+P基基500F基基500F基基100工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系可锻铸铁可锻铸铁的应用的应用 o管接头、低压阀门等。管接头、低压阀门等。工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系合金合金铸铁铸铁o耐磨铸铁耐磨铸铁n减摩铸铁减摩铸铁 P灰铸铁（灰铸铁（F 为软基体，为软基体，Cm为为硬质点，硬质点，G润滑、储油）润滑、储油）n抗磨铸铁抗磨铸铁 白口铸铁表层灰口铸铁心部白口铸铁表层灰口铸铁心部（强度好）（强度好）n加入合金元素，以提高强度、韧性、耐磨性加入合金元素，以提高强度、韧性、耐磨性o耐热铸铁耐热铸铁 和和 耐蚀铸铁耐蚀铸铁工程材料学精品课程淮阴工学院机械工程系