04第4章工程材料.

目录第0章：绪论第1章：工程材料的结构与性能第2章：金属材料的结晶与二元相图第3章：钢的热处理第4章：工程材料第5章：金属的液态成型第6章：金属的塑性成形第7章：金属的焊接成形第8章：非金属材料成形第9章：新材料及其新工艺第10章：机械零件材料及成形工艺的选用工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有第4章工程材料内容提要：简要阐述碳钢的钢号、成份和应用。重点阐明合金元素的作用、合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能和应用。介绍铸铁、有色金属的牌号、性能及应用。介绍非金属材料的类型、性能及应用。学习目标：本章是工程材料课程的重点章。重点掌握碳钢、合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能及应用。熟悉铸铁的牌号、热处理工艺、组织及其应用。一般了解有色金属性能特点和应用。一般了解非金属材料能特点和应用。工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有第4章工程材料4.1碳钢4.2合金钢4.3铸钢与铸铁4.4有色金属及合金4.5非金属材料工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有第4章工程材料4.1碳钢4.1.1碳钢的成分和分类4.1.2碳钢的牌号及用途4.2合金钢4.3铸钢与铸铁4.4有色金属及合金4.5非金属材料工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有第4章工程材料4.1碳钢4.1.1碳钢的成分和分类4.1.2碳钢的牌号及用途4.2合金钢4.3铸钢与铸铁4.4有色金属及合金4.5非金属材料工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有金属材料是最重要的工程材料可分为两大类：黑色金属，包括铁和铁为基的合金（钢、铸铁和铁合金）；有色金属，包括黑色金属以外的所有金属及其合金。在铁碳合金中，碳质量分数小于2.11%的合金称为钢。碳钢冶炼简便，加工容易，价格便宜，一般情况下能满足实际工程的使用要求，是应用最多的工程金属材料。4.1碳钢工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有钢铁生产工艺流程4.1碳钢工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有一、碳钢的成分主要元素：Fe、C、Mn、Si、S、PC：决定钢的性能Mn、Si：有利于改善钢的机械性能S：易使钢热脆P：易使钢冷脆。所有元素必须严格控制在牌号规定的范围之内。4.1.1碳钢的成分与分类工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有二、碳钢的分类4.1.1碳钢的成分与分类（一）按碳的质量分数低碳钢C≤0.25%中碳钢0.25%C≤0.6%高碳钢w(C)0.6%（二）按冶金质量普通碳素钢S≤0.055%,P≤0.045%优质碳素钢S≤0.040%,P≤0.040%高级优质碳素钢S≤0.030%,P≤0.035%（三）按用途碳素结构钢——用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑构件）和机器零件等）碳素工具钢——用于制造各种工具（刃具、量具）（四）按冶炼方法分可分为：平炉钢——用平炉冶炼的钢转炉钢——用转炉冶炼的钢工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有2003-08-29在湖南湘潭钢铁公司世界上最后3座平炉炼钢烟囱爆破拆除4.1.1碳钢的成分与分类工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有第4章工程材料4.1碳钢4.1.1碳钢的成分和分类4.1.2碳钢的牌号及用途4.2合金钢4.3铸钢与铸铁4.4有色金属及合金4.5非金属材料工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有一、普通碳素结构钢（一）牌号的表达方法Q+数字+字母。“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的最低数值，字母表示钢的质量等级或脱氧水平。在牌号后面标注的字母A、B、C、D，表示钢材质量等级。A级钢质量最低（含S、P量最高），D级钢质量最高（含S、P量最低）。F——沸腾钢。汉字“沸”字汉语拼音首位字母。Z——镇静钢。汉字“镇”字汉语拼音首位字母。TZ——特殊镇静钢。汉字“特镇”字汉语拼音首位字母。（在牌号组成表示方法中，Z和TZ可以省略）4.1.2碳钢的牌号及用途举例Q275是屈服强度为不低于275MPa的碳素结构钢。Q235D是屈服强度为不低于235MPa的D级碳素结构钢。Q235AF屈服强度为不低于235MPa的A级沸腾碳素结构钢。工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有（二）常用牌号、性能特点及用途碳素结构钢GB/T700-2006规定其牌号范围为Q195-Q275,4个牌号①低级别钢种：Q195、Q215、Q235A、Q235B，塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。4.1.2碳钢的牌号及用途钢筋螺钉工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有②中级别钢种：Q235C、Q235D，可用于重要的焊接件。③高级别钢种：Q255、Q275，强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用。重要提示：这类钢常在热轧状态下使用，不再进行热处理，组织为F+S对某些小零件，可以进行正火、调质、渗碳等处理，提高其使用性能。4.1.2碳钢的牌号及用途建筑构件钢桥梁工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有二、优质碳素结构钢（一）牌号的表达方法用平均碳质量分数的万分数的数字表示。冶金质量均为优质等级。相应的国家标准：优质碳素结构钢GB/T699-2008（08F-85钢，31个牌号）例如：钢号“20”即表示碳质量分数为0.20%（万分之二十）的优质碳素结构钢。若钢中锰含量较高，钢号后加符号“Mn”，如15Mn、45Mn等。4.1.2碳钢的牌号及用途工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有（二）常用牌号、性能特点及用途主要用来制造各种机器零件，使用前一般都要经过热处理。①低碳钢典型牌号：08F，10，20钢热处理及组织：一般正火（F+S），或渗碳（制造轴、销）。性能及用途：塑性及焊接性好，可制造冷冲压零件及焊接件。4.1.2碳钢的牌号及用途汽车覆盖件工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有②中碳钢典型牌号：35、40、45、50钢热处理及组织：预备热处理及组织：退火或正火（F+P或F+S）最终热处理及组织：调质处理（S回)调质处理+表面淬火（表面：M回心部：S回）性能及用途：具有良好的综合机械性能，制造齿轮、轴类、套筒等零件。4.1.2碳钢的牌号及用途工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有4.1.2碳钢的牌号及用途齿轮螺栓工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有③高碳钢典型牌号：60、65钢热处理及组织：淬火+中温回火，T回性能及用途：曲强比高，主要用来制造弹簧。4.1.2碳钢的牌号及用途弹簧工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有三、碳素工具钢（一）牌号的表达方法T+数字+A。“T”为屈服点“碳”字的汉语拼音字首，数字表示平均碳质量分数的千分数，字母表示钢的质量等级。碳素工具钢的碳质量分数在0.65%～1.35%之间。碳素工具钢均为优质钢。A为高级优质钢标志，如是优质钢则不标。相关国家标准：碳素工具钢技术条件GB/T1298-2007（T7-T13，共8个牌号）4.1.2碳钢的牌号及用途举例T9表示碳质量分数为0.9%（即千分之九）的碳素工具钢。T12A表示碳质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢。工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有（二）常用牌号、性能特点及用途GB/T1298-2008主要用来制造各种刃具、量具、模具，使用前全部都要经过热处理。①热处理及组织预备热处理及组织球化退火（球状P）最终热处理及组织淬火+低温回火（M回+Fe3C粒+A′）4.1.2碳钢的牌号及用途锤子手锯工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有②T7，T8硬度较高、韧性较高。制造冲头、凿子、锤子等工具③T9，T10，T11硬度高，韧性适中。制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。④T12，T13硬度很高，韧性较低。制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。4.1.2碳钢的牌号及用途锉刀量规工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有本节小结普通碳素结构钢（GB/T700-2006)Q195-Q235低中碳钢热轧态下使用F+S优质碳素结构钢（GB/T699-2008)08F,10,20低碳钢正火F+S35,40,45,50中碳钢调质处理S回调质处理+表面淬火M回(表),S回(心)60,65,70,75高碳钢淬火+中温回火S回碳素工具钢（GB/T1298-2008)T7-T13高碳钢淬火+低温回火M回+Fe3C粒+A′4.1碳钢工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有第4章工程材料4.1碳钢4.2合金钢4.2.1概述4.2.2钢的合金化4.2.3合金结构钢4.2.4合金工具钢4.2.5特殊性能钢及合金4.3铸钢与铸铁4.4有色金属及合金4.5非金属材料工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有第4章工程材料4.1碳钢4.2合金钢4.2.1概述4.2.2钢的合金化4.2.3合金结构钢4.2.4合金工具钢4.2.5特殊性能钢及合金4.3铸钢与铸铁4.4有色金属及合金4.5非金属材料工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有一、合金钢的分类（一）碳钢的不足随着科学技术和工业的发展，对材料提出了更高的要求，如更高的强度，抗高温、高压、低温，耐腐蚀、磨损以及其它特殊物理、化学性能的要求。碳钢已不能完全满足要求。4.2.1概述工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有主要表现：①淬透性低一般情况下，碳钢水淬的最大淬透直径只有10-20mm。厚截面碳钢零件，淬火时通常不能淬透。中碳钢淬透时，易出现变形或开裂。4.2.1概述①强度和屈强比较低σsQ235钢Q345(16Mn)235MPa345MPaσs/σb40钢35CrNi3Mo0.430.74②回火稳定性差，综合机械性能水平不高碳钢进行调质处理时，为保证较高的强度，采用较低的回火温度，韧性偏低.为保证较好的韧性，采用高的回火温度，但强度又偏低。碳钢的综合机械性能水平不高。③不能满足特殊性能的要求碳钢在抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方面较差。特别提示:碳钢不能完全满足科学技术和工业展要求。为了提高钢的性能，在碳钢中加入合金元素，得到合金钢。工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有（二）合金钢的分类①按合金元素含量多少分类低合金钢（合金元素总质量分数低于5%）中合金钢（合金元素总质量分数为5%～10%）高合金钢（合金元素总质量分数高于10%）②按所含的主要合金元素分类铬钢（Cr-Fe-C)铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C)锰钢（Mn-Fe-C)硅锰钢（Si-Mn-Fe-C)4.2.1概述工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有③按小试样正火或铸态组织分类珠光体钢马氏体钢铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢④按用途分类合金结构钢合金工具钢特殊性能钢4.2.1概述工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有二、合金钢的编号（一）通用编号原则数字+合金元素符号+数字+A牌号首部用数字标明平均碳质量分数。结构钢：万分之一为单位（两位数）。工具钢和特殊性能钢：千分之一为单位（一位数），1%时，碳质量分数不标。合金元素符号是指主要合金元素。合金元素符号后面的数字，为质量百分数。1.5%不标，其他为标称含量。全部是优质钢。A为高级优质钢的标志，优质钢则不标。4.2.1概述工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有举例合金结构钢40Cr标称碳质量分数：C=0.40%标称合金元素的质量分数：Cr=1.5%合金结构钢30CrNi2MoVA标称碳质量分数：C=0.3%标称合金元素的质量分数：Cr=1.0%，Mo=1.0%，V=1.0%，Ni=2.0%为高级优质钢4.2.1概述工程材料及成形技术中国农业大学工学院版权所有举例合金工具钢5CrMnMo标称碳质量分数：C=0.5%标称合金元素的质量分数：Cr=1.0%，Mn=1.