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第七章 合金钢

发布时间:2020-09-08 03:47 作者:扑克王pokerking下载

  第七章 合金钢_机械/仪表_工程科技_专业资料。第七章 合金钢 本章授课学时: 5 学时 本章重点内容: 1 、合金化的基本原理; 2 、合金结构钢的化学成分、组织、热处理特点 及编号;3 、合金工具钢的化学成分、组织、热处理特点及编号;4 、特殊

  第七章 合金钢 本章授课学时: 5 学时 本章重点内容: 1 、合金化的基本原理; 2 、合金结构钢的化学成分、组织、热处理特点 及编号;3 、合金工具钢的化学成分、组织、热处理特点及编号;4 、特殊性能钢的化学成 分、热处理特点。 第一节 合金元素在钢中的作用 目的要求 :通过讲授使学生掌握合金化的基本原理及合金钢的分类,编号。 重点 : Me 在钢中作用的基本规律及钢的分类与编号。 教学方法 : 课堂讲授为主。 授课内容 : 一、 Me 对钢中基本相的影响 1、Me 对 F 的影响 合金元素溶入铁素体中形成合金铁素体,由于与铁的晶格类型和原子半径不同而造成晶 格畸变,产生固溶强化效应。 2、Me 与 C 的作用 非碳化物形成元素 :如 Ni,Si,Al,Co 等。碳化物形成元素:如 Cr,W,Mo,V,Nb 等,即可形成 合金渗碳体如(Mn,Fe) 3 C,又可形成特殊碳化物,如 VC,TiC 等。 二、 Me 对 Fe-Fe 3 C 相图的影响 合金元素的加入,对 Fe-Fe 3 C 相图的相区,相变温度,共析点,共晶点等都有影响。所有 扩大γ 相区的元素如 Ni,Mn,Co,C,N,Cu 等均使 S 点,E 点向左下方移动,降低 A 3 和 A 1 点温 度。 所有缩小γ 相区的元素,Cr,W,Mo,V,Ti 等,均使 S 点,E 点向左上方移动,提高 A 3 和 A 1 温 度。 三、 Me 对钢在加热和冷却时转变的影响 1、Me 对钢在加热时转变时的影响 合金钢的奥氏体形成过程同碳钢一样。所不同的是,合金钢的奥氏体形成过程要比碳钢 慢,另外除 Mn,P 外,几乎所有合金元素都不同程度地阻碍奥氏体晶粒张大。 2、Me 对钢在冷却时转变的影响 除 Co 外,所有合金元素溶于奥氏体后,都增大其稳定性,使奥氏体分解转变速度减慢,即 C 曲线右移,从而提高钢的淬透性,这也是合金元素加入钢中的主要目的之一。同时碳化物形成 元素,如 Mo,W,V,Ti 等,当它们含量较多时,不仅使 C 曲线右移,而且还会使 C 曲线形状发生变 化,甚至出现两组 C 曲线,上部的 C 曲线反映了奥氏体向珠光体的转变,而下部的 C 曲线反映 了奥氏体向贝氏体的转变,如图 7-6 所示。 四、 Me 对钢回火转变的影响 由于合金元素扩散速度小,而又阻碍碳原子扩散,从而使马氏体的分解及碳化物的析出和 聚集速度减慢,将这些转变推迟到更高的温度,导致合金钢的硬度随回火温度的升高而下降的 速度比碳钢慢。 五、合金钢的分类和编号 1、合金钢的分类 2、合金钢的编号 我国钢号表示方法 ,根据 GB221-1979 规定,由三大部分相结合组成:①化学元素符号② 汉语拼音字母③阿拉伯数字。 第二节 合金结构钢 目的要求 :通过讲授使学生掌握常用合金结构钢的类别,特点及用途。 重点 :合金结构钢的应用。 教学方法 :课堂讲授和多媒体教学结合。 授课内容 : 一、低合金结构钢 这类钢是在普通碳素结构钢 (<0.2%C)基础上加入少量合金元素 Mn,V,Ti,Nb,Cu,P 发展 起来的,所以叫做低合金结构钢又称低合金高强度钢。 此类钢具有强度高,塑性,韧性号,焊接性 能好,冷,热压力加工性能好,有一定的耐蚀性能。常用钢种有 09MnNb,16Mn 等,广泛用于建造 桥梁,制造车辆和船舶等。 二、渗碳钢 用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。对渗碳零件的性能要求为"表硬内韧",因此渗碳 钢的含碳量一般都很低(0.15%-0.25%之间),属于低碳钢。同时在钢中加入一定数量的合金元 素,如 Cr,Ni,Mn,Mo,W,Ti,B 等。以保证钢的力学性能和工艺性能。渗碳钢的主要热处理工序 一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。 处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳 马氏体组织,表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。常用的钢种有 20Cr,20CrMnTi,18Cr 2 Ni 4 WA。 三、调质钢 调质钢一般指经过调质处理后使用的碳素结构钢和合金结构钢。 对调质钢零件的性能要 求为"具有良好的综合机械性能"。因此,调质钢的含碳量一般在 0.25%-0.50%之间,属于中 碳钢。碳量过低,同时为了提高钢的淬透性和保证强度,韧性。通常加入 Cr,Ni,Si,Mn,B 及少量 的 MO,V,Al 等 合 金 元 素 。 调 质 钢 的 热 处 理 通 常 为 淬 火 后 高 温 回 火 。 常 用 钢 种 有 40,40Cr,30CrMnSi,40CrNiMo 等。 四、弹簧钢 弹簧钢是用来制造弹簧等弹性元件的钢。根据其使用条件,要求其具有较高的弹性极限 和屈强比,较高的疲劳强度,一定的塑性韧性。 因此,碳素弹簧钢的含碳量为 0.60%-0.90%,合金 弹簧钢的含碳量为 0.40%-0.70%。合金弹簧钢的主加合金元素是 Si(3%),Mn(1.3%),Cr(约 1%)。以保证力学性能和工艺性能。根据弹簧钢的加工成型状态不同,弹簧分为热成型弹簧与 冷成型弹簧。热成型弹簧的具体制造过程是先将剪断的钢材加热至高温状态(约高出淬火温 度 50-80 度),趁热来卷弹簧或折叠成所需形状,然后进行淬火与中温回火。冷成型弹簧钢通常 都采用多次冷拉的方法制成弹簧钢丝,但是在冷拉前要对钢料先进行淬铅处理,随后再进行总 变形量达到 80%-90%的多次冷拉,直到成品弹簧所要求的尺寸。用这种钢丝卷成弹簧后,只需 进行低温去应力退火。常用钢种有 65,55Si 2 Mn,60Si 2 CrV。 五、滚动轴承钢 用于制作滚动轴承的内外套圈及滚动体的钢,称为滚动轴承钢,对滚动轴承钢的性能要求 为,高的弹性极限和接触疲劳强度,高而均匀的硬度和耐磨性,足够的韧性和淬透性,同时具有 一定的抗蚀能力;此外,对钢的纯度(非金属夹杂物等),组织均匀化,碳化物分布状况以及脱碳 程度等 都有严格的要求。因此 ,滚动轴承 钢的含碳量 为 0.95%-1.15%,钢的主要 元素是 Cr(1.65%),辅助元素有 Si,Mn。滚动轴承钢的热处理工艺主要为球化退火,淬火和低温回火。 常钢种有 GCr15,GCr15SiMn。 六、易切钢 再钢中附加一种或某几种元素,使它成为容易被切削加工的钢,这类钢称为易切钢。目前 常用的附加元素有硫,铅,钙,磷等。 七、超高强度钢 工程上一般将屈服强度超过 1380Mpa 或抗拉强度超过 1500Mpa 的钢称为超高强度钢, 主要用于制造飞机起落架,机翼大梁,火箭及发动机壳体与武器的炮筒,防弹板等。性能要求为 很高的强度和比强度,足够的韧性,按化学成分和强韧化机制不同,超高强度钢可分为:低合金 高强度钢,二次硬化型超高强度钢,马氏体时效钢和超高强度不锈钢等四类。类别不同其热处 理工艺也不同。 第三节 合金工具钢 目的要求 :通过讲授使学生掌握常用工具钢的类别,特点及应用。 重点 :各类钢的特点及用途。 授课内容 : 一、刃具钢 :用来制造各种刃具,模具,量具等工具的合金钢称为合金工具钢。 1、工作条件及性能要求 1刃具钢主要指制造车刀,铣刀,钻头等切削刀具的钢种。再切削过程中,刃部受到很大的应 力,并与切屑存在摩擦,切削热又使刃部的温度升高,可达 500-600 度,同时,刃具还承受这一定 的冲击和振动。 2性能要求。根据刀具工作条件 ,对刃具钢提出如下性能要求: ①高强度。②高耐摸性。 ③高的热硬性 (又称红硬性)。 ④一定的强度 ,塑性和韧性。 2、碳素刃具钢 碳素刃具钢是含碳 0.65%-1.30%的碳钢。如 T7,T8,T12 和 T7A,T8A,T10A,T12A 等。热 处理为球化退火,淬火和低温回火。 碳素刃具钢价格便宜,加工性能良好,热处理后可获得高的 硬度和耐磨性,广泛地用于制造各种工具,模具,但是,碳素刃具钢也有很多弱点,如淬透性差,热 处理变形大,回火抗力低,红硬性差等。 3、低合金刃具钢 再碳素钢刃具钢的基础上 ,加入一些合金元素,其含量少于 5%,称为低合金刃具钢。 低合 金刃具钢的含碳量再 0.9%-1.5%之间,常用的合金元素有 Si,Cr,Mn,W,V,低合金刃具钢的最终 热处理为淬火及低温回火。常用的低合金刃具钢有 9SiCr,CrWMn,Cr06 等。 4、高速钢 高速钢是一种适于制造高速切削刀具的高碳高合金工具钢,当切削温度高于 600 度左右 时,硬度无明显下降,仍然能保持良好的切削性能,因此又称其为"锋钢"。高速钢的含碳量再 0.7%-1.65%,钢中含 W,Mo,Cr,V 等合金元素,其总量超过 10%。 由于钢含碳量较高,而且含有大 量合金元素,其铸态坯料组织中具有鱼骨胳状碳化物。只能用锻造的方法将其打碎,并使其分 布均匀。热处理为退火,淬火(后回火 550-570 度三次)。常用钢种有 W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2。 二、模具钢 用于制造冷作模具和热作模具的钢种,通常称为模具钢。 1、冷作模具钢 冷作模具钢是用来制造在冷态下使金属变形的模具钢种,如冷冲模,冷镦模,为了保证模 具经过热处理后获得高硬度和高耐磨性,冷作模具钢含有比较高的碳量,此外,还加入一定量 的合金元素如 Cr,Mn,Si,W,Mo,V 等。热处理工艺为球化退火,淬火后回火。 2、热作模具钢 热作模具是在受热状态下对金属进行变形加工的一种模具,如热锻模,热挤压模,告诉锻 模等。热作模具钢是在受热和冷却的条件下工作,同时受热应力和机械应力的作用。因此,热 作模具钢要具备较高的强度,韧性,高温耐磨性及热稳定性,并应有良好的抗热疲劳性能。 热作 模具钢采用中碳合金钢,含碳量≤0.5%,加入的合金元素有 Cr,Ni,Mn,Si,Mo,W,V 等。热作模具 钢的预先热处理或等温退火,最终热处理为淬火,高温回火。常用钢种有 5CrNiMo,5CrMnMo。 三、量具钢 量具钢是用来制造各种测量工具的钢。量具是计量尺寸的,必须具有精确而稳定的尺寸, 因此,量具用钢应有高硬度高耐磨性和稳定的尺寸。 量具钢没有专门用钢,前面介绍的工具钢, 滚动轴承钢均可用来制作量具。量具的预先热处理与一般刃具钢相同,进行球化退火。最终 热处理(淬火及回火)有些区别,因为量具热处理时重要的是保证尺寸稳定性。因此,应在淬火 以后安排一次-80 度左右的冷处理,消除残余奥氏体组织,冷处理后进行一次 140-160 度低温回 火,得到回火马氏体和弥散碳化物组织。 四、特殊性能钢 所谓特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的钢。常用特殊性能钢包括不锈钢,耐热 钢,耐磨钢和低温用钢等。 1、不锈钢 在腐蚀介质中具有高的抗腐蚀性能的钢称为"不锈钢"。不锈钢应具有抵抗空气,水,酸, 碱,盐类溶液或其他介质等腐蚀作用的能力。腐蚀基本上有两种形式、一是化学腐蚀;一是电 化学腐蚀。提高金属的耐蚀性,一方面要尽量使合金在室温下呈单一均匀的组织,另一方面更 重要的是提高合金本身的电极电位。常用的不锈钢有 1Cr17,1Cr13,1Cr18Ni9Ti 等,根据不锈 钢种类的不同,相应的热处理工艺也有所不同。 2、耐热钢 耐热性是高温抗氧化性和高温强度的一个综合概念。因此,耐热钢包括抗氧化钢和热强 钢。 3、耐磨钢 耐磨钢是指在强烈摩擦或撞击时具有很高强度的抗磨损能力的钢。 目前工业生产中最常 用的耐磨钢是高锰钢。高锰钢的主要成分是含 1.0%-1.3%C,11%-14%Mn。钢号也即写成 ZGMn13。 实践证明,高锰钢只有在全部获得奥氏体组织时才能呈现出最为良好的韧性和耐磨 性。 为了使高锰钢全部获得奥氏体组织须进行"水韧处理"。 高锰钢广泛用于既耐磨又耐冲 击的一些零件。如挖掘机的铲斗,坦克的履带板。 五、低温用钢 低温用钢是指用于工作温度低于 0 度(也有认为-40 度)的零件的钢种,广泛用于钢铁冶金, 化工,冷冻设备,液体燃料的制备与贮运装置,海洋工程等。


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