《工程材料及成型技术》讲稿(6)

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第四讲 常用金属材料

授课题目：第四讲 常用金属材料 4．1．工业用钢概述 4.2．结构钢 4.3．工具钢 4.4．特殊性能钢4.5．铸铁 4.6．有色金属材料 4.7．滑动轴承材料 4.8．新型合金材料概述 课时安排 7学时 授课计划 教学目的，要求：

●掌握 1、钢的分类及牌号表示，各类钢的性能特点，热处理特点及应用；

2、铸铁的分类，牌号表示，各类铸铁的生产，组织和性能特点及其应用；

●熟悉 滑动轴承材料的性能特点及其应用 ●了解 有色金属材料的性能及其应用 教学内容

4. 1. 工业用钢概述

钢可分为碳钢（含碳量＜ 2.11％ Fe －C合金）和合金钢（Fe －C合金+合金元素熔炼而成的钢）。

一、钢中杂质

合金元素（Metal elements , Me）: 为改善性能而有目的加入的化学元素。

杂质：不是人为加入和期望的而存在于钢铁的中元素或化合物。钢中常见的杂质有锰、硅（有益杂质），硫、磷（有害杂质）等。

1. 硫的影响：

S以FeS的形式存在于钢中，FeS与Fe形成（ Fe+FeS）共晶，其熔点仅985℃，在锻造过程（加热温度在1050－1200℃），（ Fe+FeS）共晶熔化而产生热裂（称为热脆性），因此，钢中含硫量均＜0.05％。

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2. 磷的影响：

磷在钢中能溶于铁素体，产生很强的固溶强化效果而使塑韧性急剧降低，在冷塑性变形（如板冲压）产生脆裂（称为冷脆性）。因此，钢中含磷量均＜0.045％。

二、钢的分类及牌号表示

1.分类： 见教材

2.牌号表示：

①结构钢

a. 碳钢 以“钢中平均含碳量的万倍”编号 例： 0.40％C的钢， 牌号为 40钢

b.合金结构钢 “钢中平均含碳量的万倍 + Me符号及含量的百倍 + ……” Me含量的标注： ＜ 1.5％ 不标出， 1.5～2.4％标2，… 例： 40 Cr 60 Si2Mn ② 工具钢和不锈钢。

a、碳素工具钢。 T+钢中平均含碳量的千倍（高级优质+A） 例：T12 表示平均含碳量为1.2％的碳工钢。 T12A——高级优质钢。 b、合金工具钢和不锈钢。

钢中平均含碳量的千倍+Me符号及含量的百倍+……。 其中， 钢中含碳量＞1.0％不标，

高速钢（＞10％Me的高合金钢且Cr：4％）不标。

例：9SiCr CrWMn. W18Cr4V（高速钢，4％Cr） 4Cr13（不锈钢，含Cr量≥13％）。 ﹡钢号前有两个位数为结构钢，如40Cr，

一个位数和没有数的 ＜13％Cr是工具钢，如9SiCr,CrWMn,W18CrV. ≥13％Cr是不锈钢，如2Cr13,1Cr18Ni9。

4.2．结构钢

一、工程结构钢

1、性能特点：

① 主要用于静载——强度低

② 便于成型——塑性高，C和Me含量越低，塑性越高

③ 便于施焊——焊接性好，C和Me含量越高低，可焊性越高。 2、成分特点：

低碳，低合金含量。 ①普通结构钢

牌号： Q+钢的屈服极限（MPa）+质量等级（A,……D）

????Q275 （共五种） Q195?逢20进一号②低合金结构钢

低合金结构钢＝普通结构钢(Q235)+Me（＜3.0％﹚ 常用 Me有：Si、Mn、V、Ti、Cu。

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Me作用：强化铁素体；细化晶粒；增加碳化物相对量。 因此，强度比Q235高40％至一倍。 3、主要应用

框架结构，建筑结构，压力容器等

使用状态：不热处理或正火，或去应力退火，对特殊要求的零件可进行淬火。

二、优质结构钢：

1、渗碳钢

① 性能特点 （以齿轮为例）

a.高硬度，高耐磨性??通过渗碳——淬火实现

b.高接触疲劳强度?c.高冲击韧性 d.高淬透性

﹡表层高硬度，高耐磨性。 心部 高韧性

② 成分特点

低碳，0.15～0.20％C——保证零件心部高韧性。

Cr、Mo、W、V、Ti——形成合金碳化物，保证渗碳过程细化晶粒 Cr、Mn、Ni、B——提高淬透性。

常用钢：20（一般要求），20Cr、20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB等 ⅰ.0.20％C，低碳，保证高韧性 例：20CrMnTi： ⅱ.Cr、Ti——细化晶粒 ⅲ.Cr、Mn——提高淬透性。

③ 应用：齿轮、凸轮、活塞销等。

渗碳零件的工艺流程：

毛坯锻造——正火——机加工——渗碳——淬火+低温回火——精加工——……

2、调质钢

① 性能特点（以轴为例）

a 高强度——以抵抗扭转和弯曲变形 b高韧性——以抵抗振动和冲击

﹡要求具有高的综合力学性能

② 成分特点

中碳：0.25～0.5％C

Si、Mn、Cr、Ni、B——提高淬透性 Cr、V——细化晶粒

Mo、W——消除回火脆性。

常用钢。一般要求 40，45，40Cr。

较高要求：35CrMo 42CrMo 40CrNi 40CrNiMo 无Cr,Ni代用钢: 40MnB 40MnVB 42Mn2V。

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③热处理特点： 调质。 组织：回火索氏体。HRC25-32。 调质钢加工工艺流程：

a、轴杆类零件：如连杆，曲轴，连杆，螺栓等 锻造——调质——机加工——检验

锻造——正火——机加工——调质——精加工——检验 组织：回火索氏体（HRC25-32）

b、锻造——正火——机加工——调质——精加工——表面淬火+低温回火——检验 组织：表层：回火马氏体（HRC54-58） 心部：回火索氏体（HRC25-32）

3、弹簧钢

① 性能特点

高弹性极限（?e），高疲劳极限（?-1）

② 成分特点：

中高碳0.5——0.7％（合金钢），0.6——0.9％（碳钢） Si——强化铁素体，提高?e和?-1 Si、Mn——提高淬透性

Cr、Mo、W——提高高温强度（高温弹簧所必须）

常用钢：65，75，65Mn, 55Si2Mn, 60Si2Mn. 高温弹簧钢 50CrMo, 50CrV ③热处理特点：

淬火+中温回火。 组织：回火托氏体（HRC40-50）

④应用：弹性元件，要求高韧性，高耐磨性的零件、工具，如铲刀，刀剪等。

例：汽车板簧 950－980℃ Ac3+60－80℃ 下料 —— 400－520℃ 油

卷簧 —— 淬火 + 中温回火

组织：回火托氏体。 硬度HRC40-50。

④ 滚动轴承钢

① 成分和性能特点：

高硬度，高耐磨性——高碳0.95—1.10％C 高耐磨性——0.4—1.65％Cr

高接触疲劳强度——严格控制有害元素和非金属夹杂物。 ② 常用牌号：GCr15 (G+含Cr量的千倍) （用量占90％以上） GCr15SiMn (Si、Mn提高淬透性，用于大型轴承)

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③ 应用：滚动轴承、刀具、模具、量具。

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