机械工程材料及成形工艺基础 作者 张至丰 第六章常用钢材及选用.pptVIP

第六章 常用钢材及选用 第一节 钢的分类与编号 第二节 钢中常存杂质元素的影响 第三节 合金元素在钢中的作用 第四节 结构钢 第五节 工具钢 第六节 特殊性能钢 第一节 钢的分类与编号 一、钢的分类 1、按化学成分分类 （1）碳素钢（新国标称为非合金钢） 低碳钢（ωC＜0.25%； 中碳钢（ωC=0.25%～0.6%）； 高碳钢（ωC＞0.6%） （2）合金钢 低合金钢（ωMe＜5%） 中合金钢（ωMe=5%--10%） 高合金钢（ωMe＞10%） 按钢中主要合金元素种类不同，又可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、铬锰钢等。 2、按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数的分类： 普通质量钢（ωS=0.35%，ωP=0.035%--0.045%）。 优质钢（ωS、ωP均≤0.035%）。 高级优质钢（ωS=0.020%--0.030%，ωP=0.025%-0.03%) 特级优质钢（ωS≤0.015%；ωP≤0.025%）。 3、按用途分类 （1）结构钢 工程结构用钢：碳素结构钢、低合金高强度结构钢。 机器零件用钢：渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。 （2）工具钢：根据用途不同，可分为刃具钢、模具钢和量具钢。 （3）特殊性能钢：如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。 二、钢的编号 1、碳钢的编号方法 （1）碳素结构钢 Q ＋屈服点数值＋质量等级符号＋脱氧方法符号 （2）优质碳素结构钢 两位数字 （4）铸造碳钢 ZG ＋数字1＋数字2 （1）低合金高强度结构钢 （3）滚动轴承钢 例如GCr15钢，就是平均铬的质量分数ωCr=1.5%的滚动轴承钢。 第二节 钢中常存杂质元素的影响 一、硅的影响 来源：冶炼过程中的脱氧剂。 作用：能溶于铁素体，使铁素体强化，从而提高钢的强度。 硅作为杂质元素时，其硅的质量分数一般不超过0.5%。 二、锰的影响 来源：冶炼过程中的脱氧剂。 作用：溶于铁素体，对钢有一定强化作用；能与硫化合成MnS，因而减少硫对钢的有害影响，改善钢的热加工性能。 锰在钢中作为杂质元素时，ωMn＜1%，他是一种有益元素。 三、硫的影响 来源：由生铁和燃料带入的杂质。 作用：产生“热脆”；但对改善钢材的切削加工性能有利。 如硫的质量分数较高的钢（ωS=0.08%～0.45%）中适当提高锰的质量分数（ωMn=0.70%～1.55%），可形成较多的MnS，可改善钢的切削加工性。 四、磷的影响 来源：生铁 作用：全部溶于铁素体，提高了铁素体的强度、硬度；导致“冷脆”。 磷的有害作用在一定条件也可以转化，例如易切削钢，把磷的质量分数提高到ωP=0.05%—0.15%，使铁素体脆化，从而改善钢的切削加工性能。 在炮弹钢（ωC=0.60%--0.90%，ωMn=0.60%—1.0%）中加入较多磷，可使钢的脆性增大，炮弹爆炸时碎片增多，增加杀伤力。 第三节 合金元素在钢中的作用 一、合金元素在钢中存在形式 1、形成合金铁素体 绝大多数合金元素都可或多或少地溶于铁素体中，形成合金铁素体。 合金元素溶于铁素体后，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。 2、形成合金碳化物 （1）合金渗碳体： 合金元素在钢中的质量分数不大（ωMe=0.5%--3%）时，常常形成金渗碳体，如(Fe、Mn)3C，(Fe、Cr)3C、(Fe、Mo)3C等。 （2）特殊碳化物 强碳化物形成元素，即使质量分数较少，但只要钢中有足够的碳，就倾向于形成特殊碳化物，如WC、MO2C、VC、TiC等。 中强碳化物形成元素，只有当其质量分数较高（＞5%）时，才倾向于形成特殊碳化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe3W3C等。 二、合金元素对铁碳合金相图的影响 1、改变了奥氏体区的范围 （1）扩大奥氏体相区 具有面心立方晶格，如铜、锰、镍等 合金元素会使得奥氏体相区扩大。 （2）缩小奥氏体相区 ：这类元素有铝、铬、钨、钼、钒、硅、钛等。 2、改变S、E点在铁碳合金相图中位置 大多数合金元素均能使S点、E点左移。 三、合金元素对钢的热处理影响 1、合金元素对奥氏体形成的影响 （1）对奥氏体形成速度的影响 合金元素会影响奥氏体的形成速度，主要原因是合金元素的加入而改变了碳在钢中的扩散速度。 （2）合金元素（除锰外）阻止奥氏体晶粒长大 碳化物形成元素容易形成稳定的特殊碳化物，弥散分布在奥氏体晶界上，机械地阻碍奥氏体晶粒长大。因此，除锰