第七章金属材料

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1、第七章 金属材料目的、要求：1、熟悉掌握常用金属材料的牌号、化学成分、使用状态下的组织、性能特点及正确选择热处理工艺。重点：常用金属材料的化学成分、使用状态下的组织、性能特点及热处理工艺的确定。难点：钢的合金化。§7-1 概述一、钢的分类1、按用途分类 2、按化学成分分类 3、按质量分类二、钢的编号按含碳量、合金元素的种类和数量以及质量级别编号，采用化学符号和汉语拼音并用的原则。1、普通碳素结构钢Q ××× 质量等级符号、脱氧方法符号屈服强度屈服强度数值(MPa)A、B、C、D质量依次提高F、b、Z、TZQ235A、F2、铸钢ZG ××

2、;××××铸钢屈服强度数值(MPa)抗拉强度数值(MPa)ZG200400ZG ××铸钢平均含碳量(以万分之一为单位)ZG15、ZG25、ZG35、ZG45、ZG55、铸钢含碳量在0.250.50%之间。3、优质钢T7、T8、T9、T10、T11、T12；T7A、T8A、T9A、T10A、T11A、T12AGCr15、GCr15SiMn20、40、5040Cr、38CrMoAlA9SiCr、CrMn、W18Cr4V1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti、0 Cr18Ni9、00 Cr18Ni9三、 杂质元

3、素对钢性能的影响1、Mn（锰）溶入F中固溶强化；与S形成MnS，减轻S的有害作用；有益元素，含量0.8%。2、Si（硅）溶入F中固溶强化；有益元素，含量0.35%。3、S（硫）有害杂质，以FeS形式存在，与Fe形成低熔点（985）共晶体（FeS+Fe），分布于晶界处，而钢进行热加工的开始温度一般为11501250，此时分布在晶界上的共晶体处于熔化状态而导致钢开裂热脆；因此必须严格控制S含量，Mn与S形成高熔点（1620）的MnS，呈粒状分布于晶粒内，避免了热脆。4、P（磷）有害杂质，溶入F中，室温下使钢的塑性、韧性急剧下降，脆韧转变温度升高冷脆。§7-2 结构钢一、 普通结构钢1、普

4、通碳素结构钢1） 用途：工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢，用于桥梁、建筑等钢结构。2） 成分特点和钢种：平均含碳量为0.060.38%；Q195、Q215、Q235、Q255、Q275；以热轧空冷状态供应。2、普通低合金结构钢1） 用途：建筑结构、桥梁、车辆、压力容器、船舶、锅炉、钢结构等2） 成分特点：含碳量0.10.2%，以Mn（0.81.8%）为主加元素。合金元素含量3%，Mn固溶强化；Ti、Nb、V细化晶粒、弥散强化。3） 热处理特点：一般在热轧、正火状态下使用，组织为F+S。4） 钢种和牌号：09Mn、09MnNb、16Mn、16MnCu、15MnV、15MnTi、二、优质结构钢1、

5、优质碳素结构钢1） 用途：制造各种机器零件。2） 牌号：08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、853） 热处理特点：使用前要进行热处理。2、合金结构钢1） 渗碳钢（1） 用途：制造各种变速齿轮、凸轮轴、活塞销。使用中能承受强烈摩擦、磨损、较大交变载荷和冲击载荷。（2） 成分：含碳量为0.10.25%；Cr、Ni、Mn、B提高淬透性；Ti、V、Mo、W细化晶粒。（3） 典型合金：20、20Cr、20CrMnTi、12Cr2Ni4（4） 热处理：低淬透性渗碳钢：20、20Cr，两次淬火法渗碳预冷淬火淬火低温回火中淬透性渗碳钢：20CrMnT

6、i，直接淬火法渗碳预冷淬火低温回火高淬透性渗碳钢：12Cr2Ni4，渗碳球化退火（650，使碳化物球化）淬火低温回火渗碳淬火冷处理低温回火（5） 应用举例：用20CrMnTi钢制造变速齿轮下料锻造正火加工齿形局部镀铜渗碳（930）预冷淬火（830）低温回火（200）喷丸或喷砂磨齿。正火改善切削加工性能；喷丸清除氧化皮，光洁表面，在表面产生压应力，提高疲劳强度。组织：表层M回+碳化物+AR 心部低碳M回+AR+S+F2） 调质钢（1） 用途：制造各种重要零件：齿轮、轴、连杆、螺栓等，经调质处理后具有良好的综合机械性能。（2） 成分：含碳量：0.30.5%，常用为0.4%；Cr、Mn、Si、Ni、

7、B提高淬透性；Mo、W防止高温回火脆性；（3） 热处理： 调质处理：用40Cr制造连杆下料锻造正火粗加工调质处理精加工组织：回火索氏体 调质处理+表面淬火：用40Cr制造变速箱主轴下料锻造正火粗加工调质处理半精加工轴颈高频淬火+低温回火精加工组织：回火索氏体（心部）+回火马氏体（表面） 调质处理+渗氮：用38CrMoAlA制造镗床镗杆下料锻造退火粗加工调质处理精加工渗氮组织：回火索氏体（心部）+金属氮化物（表面） 钢种和牌号40Cr、35CrMo、40CrMnMo3） 弹簧钢（1） 用途：制造各种弹簧和弹性零件。（2） 性能特点：高弹性极限、高疲劳强度、足够塑性和韧性。（3） 成分：含碳量：合

8、金钢0.450.70%，碳钢0.60.9%；Mn、Si提高淬透性；（4） 热处理： 热成型弹簧：淬火+中温回火，组织回火屈氏体 冷成型弹簧：a、 等温退火（450550）冷成型去应力退火（定型）组织屈氏体b、 淬火+中温回火成型去应力退火组织回火屈氏体c、 冷拔退火成型淬火+中温回火组织回火屈氏体（5） 钢种和牌号65、85、65Mn、55Si2Mn、60Si2Mn、60Si2CrVA4） 滚动轴承钢（1） 用途：制造滚动轴承、精密量具、冷冲模、机床丝杆。（2） 性能特点：高疲劳性能、高硬度、高耐磨性、足够韧性和淬透性（3） 成分：含碳量0.951.1%Cr提高淬透性、耐磨性、疲劳强度Si、M

9、n进一步提高淬透性（4） 热处理：球化退火+淬火（+冷处理）+低温回火球化退火改善切削加工性能，为淬火作组织准备组织M回+渗碳体（5） 钢号：GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15、GCr15SiMn§7-3 工具钢一、刃具钢1、用途：制造车刀、铣刀、钻头2、性能特点：高硬度、高耐磨性、高热硬性、足够塑性和韧性3、碳素工具钢（1） 成分：含碳量0.651.35%（2） 用途：各种手工工具、低速刃具（3） 热处理：球化退火+淬火+低温回火组织M回+AR+渗碳体（4） 钢号T7T13；T7AT13A4、低合金刃具钢（1） 成分：含碳量0.91.1%Cr、Mn、Si、提高淬透性W

10、、V提高硬度和耐磨性、细化晶粒（2） 用途：制造各种刃具（3） 热处理：球化退火+淬火+低温回火组织M回+AR+渗碳体（4） 钢号：9Mn2V、9SiCr、CrW5、CrMn、CrWMn5、高速钢（1） 成分：含碳量0.71.25%Cr提高淬透性、回火稳定性W、Mo、V提高热硬性、细化晶粒、二次硬化、回火稳定性（2） 用途：制造各种高速切削加工刃具（3） 热处理：球化退火（860880）+淬火（12701280）+三次回火（550570）组织M回+AR+碳化物球化退火：改善切削加工性能，为淬火作组织准备。组织球化组织淬火：分级预热防止变形、开裂，缩短保温时间，减少脱碳分级淬火防止变形、开裂。组

11、织M+AR（25%）+碳化物（10%）回火：减少AR量，二次硬化，稳定组织，消除内应力组织M回+AR（1%）+碳化物二、模具钢1、 冷作模具钢1） 用途：制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模。工作温度不超过200300。2） 性能要求：高硬度、高耐磨性、足够韧性和疲劳抗力、热处理变形小。3） 成分：含碳量1.0%Cr、Mo、W、V提高淬透性、耐磨性4） 热处理：（1） 一次硬化法低温淬火（AC1以上，9501000）+低温回火（150180）获得高硬度，较好耐磨性和韧性，适用于重载模具。组织：M回+碳化物+AR （2） 二次硬化法高温淬火（ACCm以上，11001150）+三次回火（510