铁-碳相图应用及钢的分类与牌号

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四讲：铁,-,碳相图,应用及,钢的分类与牌号,一、铁,-,碳相图的基本区域,二、举例分析不同成分铁,-,碳合金结晶过程,三、碳含量对铁碳合金组织和性能影响,四、铁碳合金相图应用,五、钢的分类与牌号,四个单相区：,(1),液相区（,L,）,(2),奥氏体相区（,A,，,）,(3),铁素体相区（,F,，,）,(4)DFK,垂线代表的渗碳体相区（,Fe,3,C,）,一、,Fe-c,相图区域构成,五个双相区,:,液相与奥氏体区,（,L,+,A,）,液相与渗碳体区,（,L,+Fe,3,C,）,奥氏体与铁素体区,（,A,+F,）,奥氏体与渗碳体区,（,A,+Fe,3,C,）,铁素体与渗碳体相区,（,F,+Fe,3,C,）,二、举例分析,1538,Q,Fe-Fe,3,C,状态图,w,C,/%,温度,/,L,A,L+A,L+Fe,3,C,F+A,F,P,F+P,Ld,Ld,Ld,+Fe,3,C,Ld+Fe,3,C,Ld,+Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+P,Fe,3,C,+A,Ld+Fe,3,C,+A,912,1227,0.77,2.11,4.3,6.69,727,1148,A,P,S,E,C,D,F,K,G,0,Fe,3,C,Fe,共析钢组织转变示意图,Eutectoid transformation,亚共析钢组织转变示意图,Sub-eutectoid,过共析钢组织转变示意图,Over-eutectoid,共晶成分组织转变示意图,Eutectic transformation,亚共晶成分组织转变示意图,Sub- Eutectic transformation,过共晶成分组织转变示意图,Sub- Eutectic transformation,三、碳对铁,-,碳合金组织和性能影响,1,、,C,对平衡组织的影响,图 铁碳合金中组织与成分的关系,2,、对力学性能的影响,含碳量对钢力学性能的影响,含碳越高，钢强度和硬度越高，而塑性和韧性越低。因,钢中增强相,Fe,3,C,增多。,含碳超过,0.77%,，,达到,0.9,时，在晶界析出,网状二次渗碳体,，钢强度会有所降低。,四、铁碳合金相图应用,Application of Fe-C Equilibrium Diagram,1.,在铸造中应用,：,Application in Foundry,（,1,）确定钢和铸铁浇注温度；,（,2,）判断其流动性好坏和收缩大小。,2.,在锻造中应用：,Application in Forging,确保钢在奥氏体区域内变形。,3.,在热处理中应用,：,Application in Heat treatment,制定热处理工艺依据。,据,Fe-Fe,3,C,相图液相线找出铁碳合金熔点来确定其熔化和浇注温度：液相线上,50,100,。,近共晶铁碳合金熔点低，而且凝固区也较小，有良好铸造性能。,1,）在铸造行业的应用,Fe-Fe,3,C,相图与铸造关系,2,）,在锻造行业应用：,确定钢的锻造温度范围,Fe-Fe,3,C,相图与锻造工艺,钢的锻造多选择,单一奥氏体区。,温度选择：,始锻温度,-,不得过高以免氧化严重。,一般,在固相线下,100,200,。,终止温度,-,也不能过低，以免塑性太差，产生裂纹。一般,800,左右。,不同钢对性能要求不同，其热处理工艺也不同，如加热温度的选择如图：,3,）,在热处理工艺的应用：,确定热处理工艺,1,、钢的分类：,按化学成分有：,碳素钢、合金钢。,按用途分有：,结构钢、工具钢、特殊性能钢,按质量分有：,普通钢,（,P 0.045%,，,S 0.050%,）,、,优质钢,（,P,、,S,均 ,0.035%,）,、,高级优质钢,（,P 0.035%,，,S 0.030%,）,按脱氧程度分有：,镇静钢,Z,，沸腾钢,F,等。,五、钢分类、牌号及应用,1),按化学成分有,(,by Composition,),低碳钢,C,0.25%,；,碳素钢 中碳钢,0.25%,C,0.60%,；,Carbon,高碳钢,C,0.6%,；,低合金钢,合金元素总量,5%,；,合金钢 中合金钢,5%,合金,10%,Alloy,高合金钢,合金元素总量,10%,；,钢,钢：为,C,2.11%Fe-C,合金，还有,Si,、,Mn,、,S,、,P,等元素。,2,、碳素钢,按含碳量分,低碳钢 0.0218%,C0.25% ；,中碳钢 0.25%,C0.60%；,高碳钢 0.60%,C1.3%。,碳素钢按用途：,普通,碳素结构钢,优质碳素结构钢,碳素工具钢,1),碳（,C,）的多少对钢性能影响：,对亚共析钢：,含碳增加,P,量增加，,F,减少，钢强、硬度增加，而塑性、韧性下降。,对过共析钢：,因出现网状二次渗碳体，随含碳量增加，硬度增加，但脆性增加，强度反而下降。,2),硅和锰（,Si,、,Mn,）,炼钢时用硅铁和锰铁脱氧而残留在钢中。,在碳钢中,Si,0.37%,；,Mn,=0.25%-0.8%,对力学性能影响不大。,Si,：,（1）用来清除钢中,FeO，,脱氧能力比,Mn,强。,与钢液中,FeO,能结成密度较小硅酸盐，,以炉渣形式被除去；,（2）,Si,能溶入,F,中使其强化，从而提高钢,强度和硬度，但降低塑性和韧性；,（3）,总之，,Si,是一种有益元素，,含量应小于0.4%。,Mn,：,（1）清除钢中,FeO，,锰从,FeO,中夺取氧形成,MnO,进入炉,渣，从而把,FeO,还原成铁 ；,（2）减轻硫有害作用，降低钢脆性；,（,MnS,在高温时有一定塑性，故切削中,MnS,起断屑作用，改善了钢的切削加工性，这类钢称易切削钢),（3）,室温下，,Mn,大部分固溶入,F,中形成置换固溶体使,F,强,化，提高钢的强度和硬度。,（4）,Mn,在钢中含量为0.250.80%，总之是有益元素。,S,：炼钢时由矿石和燃料带入,引起,热脆,，是有害元素。,磷,P,：由矿石带入,引起,冷脆,，也是有害元素。,衡量钢指标是,S、 P,含量：,S,在0.065%以下；磷,P,在0.045%以下。,3),S、,磷,P,S,引起,“热脆”,“,热脆,”：,S,与铁生成,FeS， FeS,与,Fe,形成低熔点（985）共晶体，分布在晶界上。在10001200 下进行压力加工时，易开裂。,P,磷 会引起,“冷脆”,“冷脆”：,磷,P,溶于,F,，提高,F,强度和硬度；但在室温使塑性和韧性急剧下降（因,Fe,3,P,）,。,小结：钢中杂质对钢质量的影响,磷,P,有害,杂质,使钢塑性、韧性下降，具有冷脆性。,硫,S,有害,杂质,造成钢的热脆，因在晶界处形成低熔点共晶体。,硅,有益,元素,提高钢的强度和硬度，通常作为脱氧剂进入钢。,锰,有益,元素,提高钢强度和硬度，抵消硫有害作用，也作为脱氧剂。,3,、碳素钢牌号：,1,）普通碳素结构钢,*含碳小于,0.38,，常用小于,0.25,，即以低碳钢为主。,组织：,F+P,*结构钢牌号：,Q +,三位数字表示， 例：,Q215,A,F,Q,屈服点；,215,屈服强度值，,215MPa,A,质量等级，分为,A,、,B,、,C,、,D,，其中,A,是普通级，,D,是优等级，其硫、磷含量较低。,F,脱氧程度，,F,是沸腾钢，,Z,是镇静钢，,Z,可不标。,*,常见,碳素结构钢,：,Q195A,、,Q195B,、,Q215A,、,Q215B,、,Q235A,、,Q235B,、,Q235C,、,Q235D,、,Q2,55A,、,Q255B,和,Q275,等。,*,其中,Q235,用得最广,属低碳钢,经热轧成钢板、型钢、钢管和棒材等,铁素体较多，故其塑性和韧性优良,用于建筑构件,、,不重要轴、螺钉、螺母、冲压件、焊接件和锻件等。,*,Q235,C,和,Q235,D,可用于重要焊接件。,2,）优质碳素结构钢,*,含硫、磷较低（,0.035%),，用来制造重要零件。,*优质结构钢牌号：用二位数字表示,例,20,钢,-,表示含碳为,0.2,，,即,“,20,”,表示钢平均含碳量万分数。,10F-,表示含碳量为,0.1,，沸腾钢,*,常用优质结构钢：,08,、,10,、,15,、,20,、,25,等属,低碳钢,-,塑性好，易于拉拔、冲压、挤压、锻造和焊接。,其中,20,钢用途最广,用于制造螺钉、螺母、垫圈、小轴、冲压件和焊接件；也用于渗碳件。,30,、,35,、,40,、,45,、,50,、,55,等属,中碳钢,-,钢中珠光体量增多，强度和硬度提高，尤其淬火后硬度。,其中,45,钢强度、硬度、塑性和韧性都好，应用最广，用于制造轴、丝杠、齿轮、重要螺钉和螺母等。,60,、,65,、,70,、,75,等属,高碳钢,-,经淬火和回火，不仅强度和硬度提高，弹性优良，用于制造弹簧、钢丝绳和轧辊等。,含碳量,-,为,0.7,1.35,淬火硬度高（,60HRC,），耐磨。,工作温度,250,。,牌号：,T +,数字，例：,T7A,T,-,碳素工具钢；,7-,平均含碳量为,0.7,；,A-,表高级优质,常用：,T8,、,T10,、,T10A,、,T12,T8-,共析钢,，,韧性最好,，用于制造受冲击工具：錾子和锻工工具,T10,、,T10A-,-,硬度高，且,有韧性,，用来制造锯条和小冲模等。,T12-,硬度最高，耐磨性好，但,脆性大,，适于制造不受冲击的,耐磨工具如：钢锉和刮刀等。,3,）碳素工具钢,合金钢,alloy-steel,一、分类,1,、按合金元素多少：,（,1,）低合金钢（,2,）中合金钢（,3,）高合金钢,W,含量,10,%,W,含量,=,510%,2,、按用途：,（,1,）合金结构钢（,2,）合金工具钢（,3,）特殊性能钢,轴、齿轮、钢筋、型钢等,刀具、模具、手用工具等,不锈钢、耐热钢、耐蚀钢等,二、合金元素在钢中作用,（了解）,1,、与,铁,作用：固溶于铁素体中，固溶强化，力学性能,。,2,、与,碳,作用：,固溶于铁素体；,形成碳化物，,HB,、,b,。,三、合金结构钢牌号,合金结构钢全是优质钢。,牌号,：,数字,+,元素符号,+,数字,25,Cr2,Ni4,W,（万分之几）,w,S.P,0.035%,元素及含量,（百分之几）,1.5%,不标出,1.52.5,%,用,2,表示,2.53.5%,用,3,表示,例如：,40Cr,、,60Si2Mn,、,20CrMnTi,1,、低合金高强度钢：,制造,桥梁、井架、电视塔架和船舶,等。,1,）成分,：,C0.2%,；合金元素强化铁素体。,2,）性能,：,、,a,k,良好，,b,、,s,较高；,3,）钢号,：,Q295,；,Q345,；,Q390,；,Q420,；,Q460,注：,Q345,代替旧标准,16Mn,4,）热处理,：热轧后，正火状态使用。,2,、合金渗碳钢,1,）成分,：,C,0.25%,；,心部,有良好,塑性和韧性,。,2,）性能,：淬透性,好,；渗碳耐磨性，,-1,、,、,a,k,抗冲击。,3,）,钢号：,20Cr,-,A20202,；,变速箱齿轮用,20CrMnTi,4,）热处理工艺,：渗碳、淬火,+,低温回火，,5862HRC,3,、合金调质钢,1,）成分,：,0.50%,；过高，,a,k,；过低，淬不硬，,不高。,2,）性能,：综合力学性能,良好,。,3,）钢号：,40Cr,-,A20402,；,齿轮用,40CrMnMo,4,）热处理工艺,：淬火,+,高温回火,4,、合金弹簧钢,1,）成分,：,C=0.50.7%,；过低，,e,不高，屈强比低；,2,）性能,：高,b,；高屈强比,s,/,b,，,-1,、足够,、,a,k,3,）钢号：,60Si2Mn,、,汽车减振弹簧用钢,55,Si2Mn,。,过高，,-1,、,、,a,k,4,）热处理：,冷成形弹簧,d8mm,，,200250,去应力退火,淬火,+,中温回火,5,、滚动轴承钢,1,）成分,：,C=0.951.1%,高硬度、耐磨性；,加,Cr=0.41.6%,，提高淬透性。,2,）性能,：较高,-1,，,HB,，,e,；,一定,a,k,3,）牌号,:,常用,GCr15,小型套圈，直径,25mm,钢球；,GCr9,直径为,1020mm,滚珠。,W,Cr,=0.9%,4,）热处理工艺,：球化退火、淬火,+,低温回火,四、合金工具钢牌号,合金工具钢属高级优质钢，牌号,：,数字,+,元素符号,+,数字,9,Mn2V,Cr12MoV,含碳千分之几,（,W,C,12%,。,1,）铬不锈钢,1Cr13,、,2Cr13,、,3Cr13,、,4Cr13,等。,2,）铬镍不锈钢,1Cr18Ni9Ti,、,0Cr18Ni9,。,另：铁素体不锈钢,1Cr17,用作容器或日用品。,2,、耐磨钢：,碳,0.9,1.5%,，锰,11,14%,，难加工，铸后直接用。,应用：,ZGMn131,、,ZGMn132,：球磨机衬板、颚板；,ZGMn133,和,ZGMn134,：,防弹板、铁道叉、履带板和铲斗。,3,、耐热钢：,自己阅,。,1,、钢的分类,小结：,2,、钢的牌号,1,）普通碳素结构钢,碳素结构钢一般不进行热处理，按,力学性能,供货，其牌号：,屈服点字母,+,屈服点数值,+,质量等级,+,脱氧方法,如：,Q235-A.F,：,屈服强度,235MPaA,级沸腾钢。,2,）优质碳素结构钢：,既保成分，又保性能。,牌号：平均碳含量万分数：,25,、,30,、,45,若含,锰,较高：,45Mn,3,）碳素工具钢：,碳含量在,0.651.35%,之间,牌号：平均碳含量千分数：,T8,、,T10,、,T12A,4,）,合金结构钢：,30CrMnSi,、,12CrNi3,牌号：平均碳含量万分数,+,元素符号,+,数字,滚珠轴承钢牌号前加,“,G,”,，如,GCr15,，,Cr1.5%,5,）合金工具钢：,用于刀具、模具和量具,牌号：,9SiCr,、,Cr12,、,5CrMnMo,平均碳含量千分数,+,元素符号,+,数字,碳含量,1%,，不标出，如,W18Cr4V,6,）特殊用途合金钢：,不锈钢、耐热和耐磨钢,牌号：与合金工具钢相同如，,1Cr18Ni9,1Cr13,、,4Cr9Si2,、,ZGMn13,和,0Cr18Ni9Ti,碳含量,0.03%,和 ,0.08%,，冠以,00,和,0,。,