钢牌号(精品).ppt

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1、第五章第五章 金属材料金属材料传统上将金属材料分为三大类：钢铸铁非铁合金非铁合金除铁合金外的所有金属及合金。金属材料中 95为钢铁，是应用最多的工程材料。1.钢的分类钢的分类 按碳质量分数分类按品质分类结构钢工具钢特殊性能钢钢钢2.）碳素钢的分类）碳素钢的分类 按用途分类按合金元素的总质量分类低合金钢合金钢钢钢3）.钢材的分类钢经压力加工制成各种形状的材料型材板材钢管钢丝1.1.铸铁铸铁碳碳2.0%4.0%的铁、碳、硅多元合金的铁、碳、硅多元合金 根据碳在铸铁中的存在形态可分为：根据碳在铸铁中的存在形态可分为：1）白口铸铁）白口铸铁（生铁）（生铁）。碳碳除除少少量量溶溶于于铁铁素素体体外外，绝

2、绝大大部部分分以以渗渗碳碳体体形形式式存存在在，其其断断口口呈呈银银白白色色。特特点点是是硬硬和和脆脆，难难以以加加工工，但但耐耐磨磨。一一般般不不直直接接用用来来制制造造机机器器零零件件，常常用用作作炼炼钢钢原原料料或或制制造造可可锻锻铸铸铁件。铁件。2 2）灰铸铁。）灰铸铁。碳碳主主要要以以自自由由状状态态的的片片状状石石墨墨形形态态存存在在，断断口口为为暗暗灰灰色色。铸铸造造性性能能好好，是是工工业业中中应应用用最最广广泛泛的的一一种铸铁。种铸铁。2.2.铸铁铸铁3 3）可锻铸铁。）可锻铸铁。一一定定成成分分的的白白口口铸铸铁铁经经过过长长时时间间的的可可锻锻化化退退火火，使使渗渗碳碳体

3、体主主要要以以团团絮絮状状石石墨墨形形态态存存在在.如如图图1-25，这这种种铸铸铁铁并并不不可可锻锻，塑塑性性和和韧性比白口铸铁好。韧性比白口铸铁好。图图1-25 团絮状石墨团絮状石墨4 4）球墨铸铁。）球墨铸铁。铁铁液液在在经经球球化化处处理理后后浇浇注注，碳碳大大部部分分或或全全部部以以自自由由状状态态的的球球状状石石墨墨存存在在，如如图图1-1-2626，用于力学性能要求高的铸件。，用于力学性能要求高的铸件。图图1-26球状石墨球状石墨5 5）蠕墨铸铁。）蠕墨铸铁。碳碳主主要要以以蠕蠕虫虫状状石石墨墨存存在在铸铸铁铁中中，类类似似于于片片状石墨，但片短而厚，头部较圆，形似蠕虫。状石墨，

4、但片短而厚，头部较圆，形似蠕虫。3.非铁金属的分类二、合金元素在钢中的作用二、合金元素在钢中的作用合金元素合金元素S S和和P P：有害元素。S与Fe形成的FeS与Fe在钢中形成低熔点的共晶体（熔点983），分布在晶界上，在10001200对钢进行加热锻造时，共晶体将熔化，使钢产生热脆开裂现象，称为热脆。P使材料在低温脆性和韧性显著降低，称为冷脆。MnMn和和SiSi：有益元素。提高钢的强度和硬度。Mn与S形成MnS，消除S的有害作用。1、合金元素对钢基本相的的影响钢基本相是固溶体和碳化物合金元素在钢中两种形式存在：非碳化物形成元素非碳化物形成元素Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B，与碳结合

5、力弱，不易形成化合物溶解于碳钢原有的相中固溶体），产生固溶强化，使强度硬度提高，塑性韧性下降碳化物形成元素碳化物形成元素，与碳作用生成碳化物，按与碳亲合力的大小，可形成不同类型的碳化物溶入渗碳体中，形成合金渗碳体（Fe，Mn）3C合金化合物Fe3W3C形成特殊碳化物WC、TiC从渗碳体到特殊碳化物稳定性、硬度依次增强。碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。与碳亲和力有弱到强。2.合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响对奥氏体相区的影响对奥氏体相区的影响扩大奥氏体区域的元素有镍、锰、碳、氮等，这些元素使A1和A3温度降低，从而使奥氏体区域扩大，常温保持稳定的单向奥

6、氏体组织，利用合金元素扩大奥氏体相区的作用可产生奥氏体钢。缩小奥氏体区的元素有铬、钼、硅、钨，使A1和A3温度升高，从而使奥氏体区域缩小使钢常温和高温保持铁素体组织，这类钢称为铁素体钢。对对S、E点的影响点的影响合金元素都使S点、E点向左移动，使共析含碳量和奥氏体对碳的最大溶解度降低。若合金元素足够高，可使含碳0.4%的钢种产生过共析组织，1%的钢中产生莱氏体3、合金元素对钢的热处理的影响（1 1）对奥氏体化及奥氏体晶粒长大的影响）对奥氏体化及奥氏体晶粒长大的影响使合金钢的奥氏体需要的温度高保温时间长使合金钢的奥氏体需要的温度高保温时间长（高熔点碳化物的细小颗粒分散在奥氏体中，能机械的阻碍晶粒

7、的长大）（2 2）冷却时对过冷奥氏体转变的影响）冷却时对过冷奥氏体转变的影响大多数元素除大多数元素除CoCo外，使钢的淬透性增加外，使钢的淬透性增加。使C曲线位置右移，临界冷却速度减小，从而提高钢的淬透性有利于大面截面积零件的淬透有利于较缓和的冷却介质淬火有利于降低淬火应力，减少变形、开裂除Co、Al外，合金元素大部分可使Ms点下降，并增加残余奥氏体量（3）对回火转变的影响）对回火转变的影响合金元素对淬火钢、回火转变的影响合金元素对淬火钢、回火转变的影响（1 1）提高钢的耐回火性（回火稳定性）提高钢的耐回火性（回火稳定性）淬火钢在回火时抵抗强度、硬度下降的能力 （2 2）在回火过程中有二次硬化

8、作用；）在回火过程中有二次硬化作用；1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢约占钢总产量的 7080，大部分作工程结构件。o普通碳素结构钢的普通碳素结构钢的牌号以牌号以“Q Q数字字母字母数字字母字母”表示。表示。牌号：牌号：Q+S+质量等级质量等级+脱氧方法。脱氧方法。其中，其中，“Q”Q”字是钢材的字是钢材的屈服强度屈服强度“屈屈”字的汉语拼音字首，紧跟后面的是屈服强度字的汉语拼音字首，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。值，再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。o例如：例如：Q235AFQ235AF即表示屈服强度值为即表示屈服强度值为235MPa235MPa的的A A级

9、沸腾钢。级沸腾钢。牌号中规定了牌号中规定了A A、B B、C C、D D四种质量等级四种质量等级，A A级质量最差，级质量最差，D D级级质量最好。质量最好。o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”F”，半镇静钢在钢号，半镇静钢在钢号后加后加“b”b”，镇静钢则不加任何字母。镇静钢则不加任何字母。o含碳量在含碳量在0.06%0.06%0.38%0.38%之间，硫、磷含量较高，在供应状之间，硫、磷含量较高，在供应状态下使用，不需热处理。常用于一般工程结构及普通零件。态下使用，不需热处理。常用于一般工程结构及普通零件。二、非合金钢二、非合金钢2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢

10、多用于制造重要的零件。一般是经热处理后使用。钢的牌号用 2位数字表示，以“两位数字元素数字”钢号的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，应在钢号后特别标出；合金元素以化学元素符号表示，合金元素后面的数字则表示该元素的含量，一般以百分之几表示。凡合金元素的平均含量小于1.5%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1.5%、2.5%、3.5%、时,则相应地在元素符号后面标以2、3、4；如为高级优质钢，则在其钢号后加“A”。钢中的V、Ti、Al、B、RE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，故仍应在钢号中标出。如：4

11、5钢表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢；20CrMnTi表示平均含碳量为0.20%，主要合金元素Cr、Mn含量均低于1.5%，并含有微量Ti的合金结构钢；60Si2Mn表示平均含碳量为0.60%，主要合金元素Mn含量低于1.5%，Si含量为1.52.5%的合金结构钢。3、碳素工具钢、碳素工具钢u生产成本低，加工性能良好，可用制作低速、手动刀具及常温下使用的工具、模具、量具等。u个牌号的碳素工具钢淬火后硬度相差不大，但岁含碳量的增加，二次渗碳体增多，耐磨性和韧性降低，因此不同牌号的工具钢适用不同用途的工具。u碳素工具钢的牌号是用“碳或T+数字”表示，数字表示钢的平均碳质量分数的千分数千分

12、数。u如碳12或T12表示钢的平均碳质量分数为1.2的碳素工具钢。若是高级优质碳素工具钢，则在钢号数字后加一个“高”或“A”，如T8A或碳8高。如有T8Mn或T8MnA，则表示碳质量分数为0.8,含Mn量较高的碳素工具钢或高级碳素工具钢。4.4.易切削钢易切削钢采采用用标标准准化化学学元元素素符符号号（Y）和和阿阿拉拉伯伯数数字字表表示示。阿阿拉拉伯数字表示平均含碳量伯数字表示平均含碳量(以万分之几计以万分之几计)。例例如如：平平均均含含碳碳量量为为0.15%的的易易切切削削钢钢，其其牌牌号号表表示为示为“Y15”。5.碳素铸钢碳素铸钢用于铸造的碳素钢称为铸造铸钢，简称铸钢。铸钢的牌号是“ZG

13、”加2组数字组成，第一组数字表示屈服强第一组数字表示屈服强度，第二组数字表示抗拉强度度，第二组数字表示抗拉强度。如ZG230450表示S为230MPa和b为450MPa。常用牌号有：ZG200400、ZG230450、ZG270500、ZG310570、ZG340640。合金钢分类和牌号合金钢分类和牌号 1.分类分类合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢建筑及工程用钢或构件用钢建筑及工程用钢或构件用钢机器制造用钢机器制造用钢渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢磁钢磁钢1）按用途分）

14、按用途分:三、合金钢编号方法原则采用“数字数字+化学元素符号化学元素符号+数字数字”的方法。对结构钢万分计数工具钢千分计数元素符号表示钢中所含的合金元素，后面的数字表示合金元素平均含量的百分数百分数。只有Gr的是千分之表示。凡合金元素的平均含量小于1.5%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1.5%、2.5%、3.5%、时，合金元素的平均含量四舍五入。,则相应地在元素符号后面标以2、3、4；合金结构钢牌号：用两位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计，放在牌号头部)+元素符号表示。例如：碳、铬、锰、硅的平均含量分别为0.30%、0.95%、0.85%、1.05%的合金结构钢

15、，当S、P含量分别0.035%时，其牌号表示为“30CrMnSi”。合金弹簧钢牌号的表示方法与合金结构钢相同。例如：碳、硅、锰的平均含量分别为0.60%、1.75%、0.75%的弹簧钢，其牌号表示为“60Si2Mn”。合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢牌号表示方法与合金结构钢同。用两位数字表示平均含碳量(以千分之几计)+元素符号表示。wc%1%表以一位数表示。wc%1%一般不标明含碳量数高速工具钢一般不表含碳量丝丝锥锥如：如9SiCr表示平均碳质量数为0.9，Si、Cr的平均含量1.5；CrMn表示平均碳质量分数1.0，Cr、Mn平均含量1.5。对于高速钢不论碳质量分数多少，均不标出

16、。如W18Cr4V表示平均碳质量分数为0.70.8、含钨量为18、含铬量为4、含钒量 1.5。含碳量为1.60%，含铬、钼，钒为11.75%、0.50%、0.22%的合金工具钢，表示为“Cr12MoV”；如：平均含碳量为0.85%，含钨、钼、铬、钒为6.00%、5.00%、4.00%、2.00%的高速工具钢牌号“W6Mo5Cr4V2”。特殊性能钢牌号与合金工具钢同，两位数字表示平均含碳量(以千分之几计)+元素符号表示。如9Cr18表示碳质量分数为0.9，含铬量为18。当平均碳质量分数0.03及0.08时，在钢号前分别标以“00”及“0”。如00Cr18Ni10表示平均碳质量分数0.03、含铬量

17、为18、含镍量为10；又如0Cr19Ni9表示平均碳质量分数0.08、平均含铬量为19、平均含镍量为9。一、低合金钢低碳、低合金，C0.2，合金元素总量3.0，低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示方法通常分为碳素结构钢和低合金高强度结构牌号表示方法通常分为通通用钢和专用钢两大类用钢和专用钢两大类。专用结构钢专用结构钢一般采用代表钢屈一般采用代表钢屈服点的符号服点的符号“Q Q”、屈服点数值和代表产品用途、屈服点数值和代表产品用途 的符号等的符号等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为表示，例如：压力容器用钢牌号表示为“Q345RQ345R”。注：根据需要，通用低

18、合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(以万分之几计平 均含碳量)和标准的元素符号组成。如16Mn。通常情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。热连热连热连热连轧钢板轧钢板轧钢板轧钢板低合金专业用钢低合金专业用钢为了适应某些专业的特殊需要，对地合金结构钢的成分、为了适应某些专业的特殊需要，对地合金结构钢的成分、工艺性能做了调整，发展成低合金专用钢。例如锅炉和各工艺性能做了调整，发展成低合金专用钢。例如锅炉和各种压力容器船舶、桥梁、汽车等，种压力容器船舶、桥梁、汽车等，工程结构钢的工程结构钢的 特点：低碳特点：低碳 ，低合金元素含量；供应态：，

19、低合金元素含量；供应态：热轧或正火；热轧或正火；合金化的目的：提高强韧性合金化的目的：提高强韧性机械结构用合金钢机械结构用合金钢主要用于制造各种机械零件，质量等级属于特殊质量等级。大多需经热处理按用途和热处理特点分：调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等1.合金渗碳钢1.1.合金渗碳钢合金渗碳钢用途及性能特点：经渗碳淬火然后低温回火，硬度HRC6066。心部硬度HRC 2540；具有表硬，心强韧的特点。主要用于承受强烈冲击载荷和摩擦磨损的机械零件，如汽车，拖拉机的变速箱齿轮，内燃机的凸轮等。常用钢种及热处理特点：20CrMnTi，热处理渗碳后+直接淬火+低温回火，表层为高碳M回+合金渗碳体，心部为F+P

20、+少量低碳M，硬度HRC 2540 合金元素含量4.0，淬透性较好，热处理后表面硬度高，而心部强韧性好，用作承受冲击载荷的齿轮、轴和凸轮盘等。2.2.合金调质钢合金调质钢用途、性能特点经调质调质后使用的钢，主要用于重载荷作用同时又受冲击载荷作用的场合上的重要零件，要求高强度和高韧性相结合的良好综合力学性能。汽车、拖拉机、机床上的轴、齿轮等零件。常用的钢种及热处理特点低淬透性合金调质钢主要40Cr、40MnB等。合金元素总量2.5，淬透性低，综合力学性能及工艺性能好，可用于制造中小截面零件。如汽车、拖拉机轴、连杆、齿轮。是指淬火+高温回火（调质处理）后使用的结构钢。回火温度一般为500-650C

21、，组织为S回。3.3.合金弹簧钢合金弹簧钢用途、性能特点是一种用于制造各种弹簧或类似零件的专用结构钢。有较高的弹性极限和屈强比，足够的疲劳强度和韧性。常用的钢种及热处理特点常用的有65Mn、60Si2Mn。热处理一般是，淬火后加中温回火（450550），组织为S回，4348HRC。4.4.滚动轴承钢滚动轴承钢用途、性能特点用来制造轴承轴承的滚珠、滚针、内外套圈和一些工、量、模具等。滚动轴承承受很大的交变载荷和极大的接触应力作用和较严重的摩擦磨损。要求具有高碳获得高硬度和耐磨性；我国以Cr钢应用最广铬可提高淬透性，细化碳化物，提高耐磨性和韧性。常用的钢种及热处理特点我国以Cr钢应用最广，如GCr

22、15GCr15热处理是热处理是球化退火、淬火和低温退火。组织为回火马氏体均匀分布的碳化物及微量的参与奥氏体硬度达。牌号“G+Cr+铬含量”(不标含碳量)，“G”表示“滚动轴承钢”。铬含量以千分之几计，如：平均含铬1.50%的轴承钢，示“GCr15”。合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和合金工具钢和与碳素工具钢相比，加入提高钢淬透性、热硬性和强韧性的元素。用于制造刃、模、量具等工具。要求高硬度和耐磨性，高的热硬性和足够的塑性和韧性并有一定韧性和较小的变形。分为刃具钢、模具钢和量具钢 3类。1）、合金刃具钢、量具钢用途、性能特点用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。也

23、用于量具，卡尺块规等刃部工作产生热量同时还受冲击与震动因此要求高硬度和耐磨性，高的热硬性和足够的塑性和韧性。量具高硬度与耐磨性，热处理变形小，存放和使用过程中，尺寸稳定，始终保持高精度，并有足够韧性和良好加工性。常用的钢种及热处理特点刃具常用的见课本，量具对于要求不高的简单选用碳素工具钢T10A,高精采用低合金工具钢；2 2）、模具钢）、模具钢 专用于制造模具的钢。可分为：冷作模具钢冷冲压模具要求其材料具有高的强度，良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性;热作模具钢热作模具用钢要求在工作温度下保持高的强度和韧性、良好的抗腐蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。塑料模具钢等。要求较高强度、有好的耐磨性和

24、一定的耐腐蚀性，淬火后变形小的型2.2.高速高速钢又称“锋钢”用途、性能特点用途、性能特点高强、高硬、高耐磨以及足够的塑性和韧性、另外还需有良好的热硬性。在600左右工作时硬度仍在HRC60以上，保持良好切削性能。常用的钢种及热处理特点常用的钢种及热处理特点淬火温度高达1200度以上，回火温度560左右，回火次数多（3次）。硬度达63-64HRC高速钢按其所含的主要合金元素可分为 W系（如W18Cr4V）和Mo系（如W6Mo5Cr4V2）。共同特点是碳质量分数较高并含有较高的碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。四四.特殊性能钢特殊性能钢指对某些特殊的物理、化学性能和力学性能具有较高指标的钢，能

25、在某些特殊的环境、工作条件下使用。主要有：耐磨钢、耐热钢、不锈钢等。特特殊殊性性能能钢钢牌牌号号为为数数字字+化化学学元元素素符符号号+数数字字。前前面面数数字字表表示示钢钢的的平平均均含含碳碳量量，以以千千分分之之几几表表示示，但但当当平平均均含含碳碳量量小小于于等等于于0.03%0.03%时标为时标为0000，小于等于，小于等于0.08%0.08%时标为时标为0 0，如，如2Cr132Cr13。1.不锈钢（通常是耐酸锈钢和耐锈钢的总称）用途、性能特点用途、性能特点将具有抵抗空气、水、等弱腐蚀性介质腐蚀的钢称为不锈钢在酸、碱、盐等强腐蚀性介质不被腐蚀的钢称为耐酸钢主要用于制造腐蚀介质中工作的

26、零件，如化工装置中的各种管道、阀门和医疗器械。常用的钢种及热处理特点常用的钢种及热处理特点包括铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢（铬镍不锈钢，：典型马氏体不锈钢的是Cr13热处理是淬火+回火。铁素体不锈钢1Cr17应为Cr含量高组织为单相铁素体组织，在退火状态下使用，性能优于马氏体不锈钢。铬镍不锈钢在1100水淬固溶获得单相奥氏体，不能热处理，因为无相变，只能冷变形强化。2.2.耐热钢耐热钢用途、性能特点用途、性能特点主要用于热工动力机械（汽轮机、内燃机），化工机械，加热炉等高温条件下的构件。要求耐热性好（高温抗氧化性和高问强度等）。物理性能，膨胀系数小和良好的导热性等。常用的钢种及热处

27、理特点常用的钢种及热处理特点按性能和用途分抗氧化钢和热强钢，抗氧化钢用于长期燃烧的场合如热炉底板、渗碳箱。热强钢的特点是高温下具有良好的抗氧化能力具有较高的高温强度和高温强度保持能力。如燃气轮机的转子和叶汽轮机片3.3.耐磨钢耐磨钢用途、性能特点用途、性能特点主要用于运转过程中承受严重磨损和强烈冲击的零件。如铁道岔口、挖掘机铲齿。表面硬度高，信步韧性好，强度高的特点。常用的钢种及热处理特点常用的钢种及热处理特点常用牌号ZGMn13。可用作制造防弹板、保险箱钢板、挖掘机的铲齿、轧辊、拖拉机、坦克履带、破碎机锷板等。经固溶化处理可获得单相奥氏体主旨。当工作中受到强烈的挤压、撞击摩擦，钢件表面迅速产

28、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韧性状态。4 4.特殊性能特殊性能钢钢 特特殊殊性性能能钢钢牌牌号号为为数数字字+化化学学元元素素符符号号+数数字字。前前面面数数字字表表示示钢钢的的平平均均含含碳碳量量，以以千千分分之之几几表表示示，但但当当平平均均含含碳碳量量小小于于等等于于0.03%0.03%时时标标为为0000，小小于于等等于于0.08%0.08%时时标标为为0 0，如如2 2Cr13Cr13。3.3.合金工具钢合金工具钢 合合金金工工具具钢钢牌牌号号为为数数字字+化化学学元元素素符符号号+数数字字。前前面面数数字字表表示示钢钢的的平平均均含含碳碳量量，以以千千分分之之几几表表示示，但但高高于于1.0%1.0%时时不不标标，高高速速钢钢例例外外，其其低低于于1.0%1.0%时时也也不不标标，其其余余同合金结构钢，如同合金结构钢，如5CrMnMo5CrMnMo。