工业用钢(钢的分类、结构钢、工具钢)

*第6章工业用钢为满足减速器的设计要求，各组成零件应选择什么样的材料？工程材料分为哪几种？有什么样的特点？主要内容6.1钢中常存杂质与合金元素6.2钢的分类及编号6.3结构钢6.4工具钢6.5特殊性能钢1.MnMn溶入F和FeC3起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度Mn+S→MnS，降低硫的有害作用，改善钢的热加工性能。一般认为，Mn和Si为钢中的有益元素。2.SiSi溶入F起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度，塑韧性稍微降低6.1.1钢中常存杂质对其性能影响3.S以FeS的形式存在，使钢的塑性变差；FeS+Fe→低熔点共晶体（985OC）分布在晶界上；在热加工（1000-1200OC）时共晶体熔化→导致钢材沿晶界开裂—“热脆”。Mn与S形成MnS(1620℃）,粒状分布在晶内。钢中的MnS夹杂合金晶界的低熔点硫化物比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性，于1938年冬发生断裂坠入河中。4.PP→溶于F，导致钢材强、硬度↑，塑、韧性↓；特别是使钢在低温时脆性急剧增加—冷脆。S、P多，脆性大，有害元素；S、P有利的一面，若含量适当可提高钢的切削性能（S≤0.05%、P≤0.045%），易切削钢（改善切削加工性）。激光制导炮弹①H：以原子态溶解于钢中，降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，俗称白点。钢中白点钢的氢脆断口5.气体元素6.2.1钢的分类1.按化学成分6.2钢的分类及编号钢合金钢按合金元素种类分锰钢铬钢硼钢铬镍钢硅锰钢按合金元素含量分低合金钢（wMe≤5%）中合金钢（5%wMe≤10%）高合金钢（wMe10%）碳钢低碳钢（wC≤0.25%）中碳钢（0.25%wC≤0.60%）高碳钢（wC0.60%）（非合金钢）2．按冶金质量3．按显微室温组织钢优质钢（wS≤0.035%、wP≤0.035%）高级优质钢A（wS≤0.030%、wP≤0.030%）特级优质钢E（wS≤0.020%、wP≤0.025%）钢的类别含碳量（%）组织亚共析钢0.0218～0.77铁素体（F）+珠光体（P）共析钢0.77珠光体（P）过共析钢0.77～2.11渗碳体（Fe3C）+珠光体（P）特点：强度、塑性、韧性较好，又具有良好的工艺性能和较低的价格，因而得到广泛应用（80%）。工业用钢指：①碳钢：含碳量低于2.11%的铁碳合金。②合金钢为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素而得到的钢种。含碳量对钢的组织和力学性能的影响？右图：自左向右，随着含碳量增加，组织中的渗碳体（FeC3）数随之增加,4．按用途分钢工具钢刃具钢模具钢量具钢特殊钢不锈钢耐热钢耐磨钢结构钢建筑工程用钢桥梁工程用钢船舶工程用钢车辆工程用钢工程用钢调质钢渗碳钢弹簧钢轴承钢机器用钢调质处理？6.1.2钢的编号1.碳钢牌号：Q屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号。（1）碳素结构钢—脱氧方法符号:沸腾钢—F；镇静钢—Z；半镇静钢—b；特殊镇静钢—TZ。—Q表示屈服强度，单位是MPa—质量等级符合：A、B、C、D、E；由A→E，P、S含量依次下降，质量提高。镇静钢—脱氧完全钢。组织致密，成分均匀，力学性能好。如Q235A·F沸腾钢—脱氧不完全钢。凝固前产生大量CO气泡，引起沸腾。其成分组织不均匀，强度较低，不适于制造重要零件。常用普通碳素结构钢的牌号、化学成分)牌号等级脱氧方法化学成分（质量分数）%，不大于CSiMnPSQ195—F、Z0.120.300.500.0350.040Q215AF、Z0.150.351.200.0450.050B0.045Q235AF、Z0.220.0351.400.0450.050B0.200.045CZ0.170.0400.040DTZ0.035Q275AF、Z0.240.0351.500.0450.050BZ0.210.0450.0450.22CZ0.200.0400.040DTZ0.035Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉及垫圈等。Q235C、Q235D可用于重要焊接结构，如锅炉、容器等。Q255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板等，用于承受中等载荷的零件，如转轴、链轮及螺纹钢筋等。常用牌号及用途：特点：含碳量低，硫磷含量高，其塑性高、可焊性好。热处理：一般不用热处理，常轧制成棒、板、型钢或以钢锭供应；在某些场合可进行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。碳素结构钢是目前产量最大、使用最多的钢种，约占钢材70%。（1）碳素结构钢（2）优质碳素结构钢牌号：用两位数字表示，两位数字表示钢中平均含碳量万分之几。如45钢—平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。①若钢中含Mn量为较高（0.7-1.0%），在两位数字后加元素符号“Mn”，如60Mn。②对于沸腾钢和半镇静钢,在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。③高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。牌号08F15表6-3优质碳素结构钢牌号和化学成分（摘自GB/T699-1999）化学成分（％）不大于10F15F081020255030354045556535Mn758515Mn25Mn45Mn65Mn60Mn70Mn统一数字代号0.05～0.11C0.07～0.130.12～0.18Mn0.25～0.50Si≤0.03CrNiCu≤0.07≤0.070.05～0.110.07～0.130.12～0.180.17～0.370.35～0.650.17～0.230.22～0.290.27～0.340.32～0.390.37～0.440.42～0.500.47～0.550.52～0.600.62～0.700.72～0.800.82～0.900.12～0.180.22～0.290.32～0.390.42～0.500.57～0.650.62～0.700.67～0.750.50～0.800.70～1.000.90～1.200.100.300.250.150.250.100.150.25U20080U20100U20150U20082U20102U20152U20202U20252U20302U20352U20402U20452U20502U20552U20652U20752U20852U21152U21252U21352U21452U21602U21652U217020.90～1.200.70～1.000.70～1.000.70～1.000.70～1.000.50～0.800.50～0.800.50～0.800.50～0.800.50～0.800.50～0.800.50～0.800.50～0.800.50～0.800.35～0.650.35～0.650.35～0.650.25～0.500.25～0.500.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.17～0.370.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.300.250.250.150.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.250.2508F、10F、15F、15、20、25等属于低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好，具有良好的锻压性能和焊接性能。08F、10F主要用于制造冲压件和焊接件，如壳、盖、罩等；15F主要用于钣金件。15、20钢属于渗碳钢，常用于制造齿轮、销钉、小轴、螺钉、螺母等。其中，20钢用量最大。优质碳素结构钢常用牌号及用途：成分特点：含碳量高，0.08—0.85%齿轮曲轴常用牌号及用途：30、35、40、45、50及55等属于中碳钢，经调质处理后，可获得良好综合机械性能，且具有良好的切削加工性。主要用于制造轴类、齿轮等零件，如曲轴、传动轴、连杆等。其中，45钢应用最广泛。60、65、70、75等属于高碳钢，经淬火、中温回火后具有较高的强度、弹性、硬度和耐磨性，但塑性韧性较差，其焊接性、可切削加工性及冷变形塑性低。主要用于制造弹簧、轧辊、凸轮等耐磨工件与钢丝绳等。其中，65钢是最常用的弹簧钢。（3）碳素工具钢锉刀丝锥牌号：T+数字组成+字母，其数字表示平均含碳量的千分之几。如T8—其平均含碳量为0.8%。若钢中含Mn量为较高，钢号后加元素符号“Mn”，如T8Mn高级优质钢在钢号后加“A”，如T12A。成分特点：含碳量高，0.65—1.35%，低S、P，塑性、韧性差热处理：球化退火、淬火+低温回火用途：制造各种量具、刃具、模具工具钢是用于制造刃具、量具和模具的钢种。刃具量具模具2.热处理特点①球化退火降低硬度，改善组织，为切削加工和淬火作组织准备。②淬火+低温回火获得回火马氏体、粒状渗碳体及少量残余奥氏体组织，以达到工具所要求的高硬度(60HRC左右)和高耐磨性。T12钢球化退火前显微组织T12钢淬火后的显微组织3.常用牌号及用途由于碳素工具钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手动工具和低速刃具。T7、T8：用于制造要求具有较高韧性的工具，如木工用的冲子、凿子、锤子等。木工凿T9、T10、T11钢用于制造要求较低韧性、较高硬度的工具，如小钻头、冲模、手丝锥等。丝锥钻头木工钻T12、T13钢用于制造要求具有高硬度和耐磨性的工具，如锉刀、锯条、量规等。锉刀手锯条量规碳素工具钢的牌号、化学成分及热处理如表6-11所示。光面量规（4）铸钢牌号:ZG+×××+×××组成。ZG表示铸钢，其后数字分别表示最低屈服强度和抗拉强度。如ZG200-400表示屈服点σs（或σ0.2）≥200Mpa,抗拉强度σb≥400MPa的铸造碳钢。铸钢主要用于制作受力不大且要求一定韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。2.合金钢2.合金钢1.性能特点1.低合金高强度结构钢⑴高强度，可减轻结构重量，节约钢材。（比采用普通碳结构钢节约15%钢材）⑵足够的塑性、韧性及良好的焊接性能。⑶良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。在低碳钢基础上加入少量（5%）的合金元素而得到的钢种，其含wS、wP均≤0.045％。主要用来制造强度要求较高的工程结构，如桥梁、船舶、压力容器、机车车辆、房屋、输油管道、锅炉等。南京长江大桥2.成分特点⑴低碳：wC≤0.2%，以保证良好塑性、韧性和焊接性能。⑵合金元素：①Mn：强化铁素体；降低冷脆转变温度；增加珠光体的量，提高强度。②V、Ti、Nb等主要起细晶强化作用。③RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。3.热处理大多数在热轧空冷状态下使用，其组织为F+S。4.常用牌号及用途Q345（16Mn）钢综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆及建筑结构,应用最广泛等。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高，用于石化中温高压容器、大型船舶及重要桥梁。船舶桥梁储气罐车辆2.合金工具钢如：9SiCr—表示平均含碳量为0.9％且平均含硅量、含铬量均＜1.5％的合金工具钢。如：Crl2MoV—表示平均含碳量大于1.0％、铬平均含量为12％且钼和钒平均含量均小于1.5％的合金工具钢。1.性能特点⑴表硬里韧。⑵具有高的淬透性和渗碳能力。2.成分特点⑴低碳：0.10~0.25%。⑵合金元素：渗碳钢指经渗碳、淬火、低温回火后使用的钢种。①提高淬透性