金屬材料與熱處理 教學(xué)PPT課件,金屬材料與熱處理,教學(xué)PPT課件,金屬材料,熱處理,教學(xué),PPT,課件 金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理項(xiàng)目四項(xiàng)目四 碳鋼碳鋼項(xiàng)目導(dǎo)入項(xiàng)目導(dǎo)入碳鋼主要指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%的鐵碳合金。碳鋼具有較好的力學(xué)和工藝性能，且冶煉方便，價(jià)格低廉，所以在機(jī)械制造、建筑、交通運(yùn)輸及其他各個(gè)工業(yè)部門中得到了廣泛的應(yīng)用。01目錄CONTENT鋼中常存元素的作用鋼中常存元素的作用認(rèn)識(shí)碳鋼認(rèn)識(shí)碳鋼02CONTENT任務(wù)一鋼中常存元素的作用鋼中常存元素的作用 碳鋼中不僅有鐵和碳兩個(gè)主要元素，一些雜質(zhì)元素也會(huì)存在于碳鋼中，這些雜質(zhì)元素即來自于煉鋼的原料中，在冶煉過程中也會(huì)不可避免地帶入一些，如Si、Mn、P、S、非金屬夾雜物及氧、氮、氫等元素。它們對(duì)碳鋼的組織和性能有較大的影響。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)判斷有害元素對(duì)碳鋼的影響。任務(wù)描述任務(wù)描述熟悉常存元素對(duì)碳鋼的影響。一、錳的影響錳來自于作為煉鋼原料的生鐵及脫氧劑。錳有很好的脫氧能力，還能與硫形成MnS，用以消除硫的有害作用。這些反應(yīng)產(chǎn)物大部分進(jìn)入爐渣而被除去，小部分殘留于鋼中成為非金屬夾雜物。此外，在室溫下錳能溶于鐵素體，對(duì)鋼有一定強(qiáng)化作用。錳也能溶于滲碳體中，形成合金滲碳體。但錳作為少量雜質(zhì)存在時(shí)，它對(duì)鋼的性能影響不顯著。一般認(rèn)為錳是一種有益元素，在鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于0.8%。二、硅的影響硅也來自生鐵與脫氧劑。在室溫下硅能溶于鐵素體，對(duì)鋼有一定的強(qiáng)化作用。但硅作為少量雜質(zhì)存在時(shí)，它對(duì)鋼的性能影響也不顯著。所以，硅也是一種有益元素，碳鋼中硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般均小于0.5%。三、硫的影響 硫是在煉鐵時(shí)由礦石和燃料帶到鋼中的有害元素。它在鋼中與鐵生成化合物FeS，F(xiàn)eS與鐵形成共晶體（Fe+FeS），它的熔點(diǎn)低（985）。當(dāng)鋼材加熱到10001200 進(jìn)行軋制或鍛造時(shí)，沿晶界分布的Fe-FeS共晶體已經(jīng)熔化，各晶粒間的連接被破壞，導(dǎo)致鋼材開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。防止熱脆的方法是往鋼中加入適當(dāng)?shù)腻i。由于錳與硫的化學(xué)親和力大于鐵與硫的化學(xué)親和力，所以在含錳高的鋼中，硫便與錳反應(yīng)生成硫化錳，錳的熔點(diǎn)為1600，高于加熱溫度，并在高溫下具有一定的塑性，故不會(huì)產(chǎn)生熱脆。在一般工業(yè)鋼中，含錳量常為含硫量的510倍。此外，含硫量高時(shí)，還會(huì)使鋼在鑄造應(yīng)力作用下產(chǎn)生熱裂紋，也會(huì)使焊接件在焊縫處產(chǎn)生熱裂紋。在焊接時(shí)產(chǎn)生二氧化硫氣體，使焊縫產(chǎn)生氣孔和縮松。在切削加工中，MnS能 起斷屑作用，改善鋼的切削加工性。四、磷的影響一般說來磷是有害的雜質(zhì)元素，它是礦石和生鐵等煉鋼原料帶入的。由于磷具有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，形成脆性很大的化合物（Fe3P），這種化合物使鋼的強(qiáng)度、硬度都顯著提高，但劇烈的降低鋼的韌性，尤其是低溫韌性，成為冷脆。此外，磷還具有嚴(yán)重的偏析傾向，并且在-Fe和-Fe中的擴(kuò)散速度很小，很難用熱處理的方法消除。在一定的條件下，磷也具有一定的有益作用。例如，由于它降低了鐵素體的韌性，可以用來提高鋼的切削加工性。它與銅共存時(shí)，可以顯著提高鋼的抗大氣腐蝕能力。五、氮的影響一般認(rèn)為，鋼中的氮是有害元素，但是氮作為鋼中的合金元素，其作用已日益受到重視。氮的有害作用主要是通過淬火時(shí)效和應(yīng)變時(shí)效造成的，它降低了鋼的塑性和韌性。解決的方法是往鋼中加入足夠數(shù)量的鋁，鋁能與氮結(jié)合成氮化鋁，這樣就可以減弱或完成消除這兩種在較低溫度發(fā)生的時(shí)效現(xiàn)象。此外，氮化鋁還能阻礙加熱時(shí)奧氏體晶粒的長大，從而起到細(xì)化晶粒作用。六、氫的影響鋼中的氫是由銹蝕含水的爐料或從含有水蒸氣的爐氣中吸入的。此外，在含氫的還原性氣氛中加熱鋼材，酸洗及電鍍等，氫均可被鋼件吸引，并通過擴(kuò)散進(jìn)入鋼內(nèi)。氫的危害是很大的。一是引起氫脆，即在低于鋼材強(qiáng)度極限的應(yīng)力作用下，經(jīng)一定的時(shí)間后，在無任何預(yù)兆的情況下，突然斷裂。鋼的強(qiáng)度越高，對(duì)氫脆的敏感性越大。二是導(dǎo)致鋼內(nèi)產(chǎn)生大量細(xì)微裂紋缺陷白點(diǎn)。白點(diǎn)使鋼材的延伸率顯著下降，尤其是斷面收縮率和沖擊韌性降低的更多，有時(shí)接近于零。七、氧的影響 氧在鋼中的溶解度很小，幾乎全部以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等氧化物形式存在，而且往往形成復(fù)合氧化物及硅酸鹽。這些非金屬夾雜物的存在，降低了鋼的疲勞強(qiáng)度，使鋼的性能下降，其影響程度與夾雜物的大小數(shù)量、分布有關(guān)。八、非金屬夾雜物的影響非金屬夾雜物是鋼在冶煉和澆注過程中懸浮在鋼液表面的爐渣或由煉鋼爐、出鋼槽和鋼包等內(nèi)壁剝落的耐火材料或其他夾雜物在鋼液凝固前未及時(shí)清除而留在鋼中形成的夾雜物。例如氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等。非金屬夾雜物會(huì)使鋼的疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、塑性和耐腐蝕性降低。還會(huì)使鋼在鍛造、冷加工、淬火加熱和焊接過程中發(fā)生開裂;還會(huì)使鋼在軋制后表面質(zhì)量以及磨削后零件表面粗糙度降低。任務(wù)二認(rèn)識(shí)碳鋼認(rèn)識(shí)碳鋼生產(chǎn)中使用的碳鋼品種很多，性能千差萬別，為了便于使用、生產(chǎn)和研究，了解碳鋼的分類、牌號(hào)、主要性能和用途對(duì)學(xué)習(xí)碳鋼有著重要的意義。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解碳鋼不同分類的依據(jù)。會(huì)分析各種鋼牌號(hào)的含義。知道各種鋼的性能和用途。任務(wù)描述任務(wù)描述碳鋼的分類。碳鋼的牌號(hào)、成分、性能和用途。一、碳素鋼的分類碳鋼的分類方法很多，常用的分類方法有以下幾種:1.按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類 （1）低碳鋼 wc0.25%。（2）中碳鋼 0.25%0.60%。2.根據(jù)有害元素硫、磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類，有:（1）普通鋼 wS0.050%，wP0.045%。（2）優(yōu)質(zhì)鋼 wS0.035%，wP0.035%。（3）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 wS0.025%，wP0.025%。（4）特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 wS0.015%，wP0.025%。一、碳素鋼的分類3.按冶煉時(shí)脫氧程度的不同分類 （1）沸騰鋼F 沸騰鋼是脫氧程度不完全的鋼。鋼液在熔煉末期僅用錳鐵進(jìn)行脫氧，鋼液中殘留的氧，在鋼錠模內(nèi)繼續(xù)和碳反應(yīng)生成CO，使鋼液沸騰。這種鋼錠不產(chǎn)生集中縮孔，切頭損失少，但鋼的成份不均勻，組織不夠致密，質(zhì)量較差。（2）鎮(zhèn)靜鋼Z 鎮(zhèn)靜鋼是脫氧程度完全的鋼。鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鋁進(jìn)行充分脫氧，鋼水在鋼錠模中平靜的凝固。這種鋼化學(xué)成分均勻，組織比較致密，質(zhì)量較高。但鋼錠頭部形成集中縮孔。軋制時(shí)需切除，鋼的損失多。（3）特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ 一、碳素鋼的分類4.按鋼的用途分 （1）碳素結(jié)構(gòu)鋼 用于制造各種工程結(jié)構(gòu)（船舶、橋梁、車輛壓力容器等）和各種機(jī)器零件（軸、齒輪、各種連接件等）的鋼種為結(jié)構(gòu)鋼。其中用于制造工程結(jié)構(gòu)的鋼又稱為工程或構(gòu)件用鋼，它包括質(zhì)量等級(jí)A、B、C、D四級(jí)。（2）碳素工具鋼 用于制造各種加工工具的鋼種。根據(jù)工具的不同用途，可分為刃具鋼、磨具鋼、量具鋼等。二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 我國的鋼材編號(hào)是采用國際化學(xué)符號(hào)和漢語拼音并用的原則。即:化學(xué)元素采用國際化學(xué)元素符號(hào)表示，如Si、Mn、Cr、W等。其中只有稀土元素，由于其含量不多但種類卻不少，不易全部一一分析出來，因此用“Re”表示其總質(zhì)量分?jǐn)?shù)。產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等，采用漢語拼音字母來表示。1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 特點(diǎn):冶煉容易，工藝性好，價(jià)格便宜，產(chǎn)量大，在性能上能滿足一般工程結(jié)構(gòu)及普通零件的要求，應(yīng)用普遍。如:型材（圓鋼、角鋼、槽鋼等）用于廠房、橋梁、船舶等建筑結(jié)構(gòu)或一些受力不大的機(jī)械零件。（如:螺釘、螺母、鉚釘?shù)龋┨妓亟Y(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由四部分組成:二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 質(zhì)量等級(jí)符號(hào)用A、B、C、D表示，其中A級(jí)硫、磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，D級(jí)的硫、磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。A級(jí)鋼是保證力學(xué)性能的鋼。B級(jí)鋼是保證化學(xué)成分的鋼。C級(jí)鋼是既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分的鋼，常用于制造較重要的結(jié)構(gòu)件。有的碳素結(jié)構(gòu)鋼還添加微量的鋁或鈮（或其他碳化物形成元素）形成氮化物或碳化物微粒，以限制晶粒長大，使鋼強(qiáng)化，節(jié)約鋼材。在中國和某些國家，為適應(yīng)專業(yè)用鋼的特殊要求，對(duì)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和性能進(jìn)行調(diào)整，從而發(fā)展了一系列普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的專業(yè)用鋼（如橋梁、建筑、鋼筋、壓力容器用鋼等）。二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 Q195、Q215、Q235，塑性較好，焊接性好，強(qiáng)度不高，一般軋制成為各種型鋼和板帶材，不僅被用作工程結(jié)構(gòu)上，比如橋梁、高壓線塔、建筑構(gòu)架和金屬構(gòu)件等，而且被用作制造受力不大的機(jī)器零件，例如鉚釘、螺釘、螺母、軸套和某些農(nóng)機(jī)零件等。Q255、Q275的強(qiáng)度比較高，可用于制造例如鏈輪、拉桿、小軸活塞銷和輕軌魚尾板等受力中等的零件。二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼特點(diǎn):它是按化學(xué)成分和力學(xué)性能供應(yīng)的，鋼中的含硫、磷及非金屬夾雜物少，鋼的品質(zhì)較高，塑性和韌性都比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼要好。出廠時(shí)不僅保證了化學(xué)成分，而且保證了力學(xué)性能，常用來制造重要的機(jī)械零件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，這兩位數(shù)字表示該鋼中平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾。如45表示平均 wc=0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同分為普通含錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋼（Mn=0.35%0.80%）和較高含錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋼（Mn=0.7%1.2%）。含錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的鋼在牌號(hào)后標(biāo)出元素符號(hào)“Mn”。如50Mn表示平均 wc=0.5%的含錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)在鋼號(hào)后特別標(biāo)出，如“20鍋”或“20g”，即平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%的鍋爐鋼。二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 08F25鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，屬于低碳鋼，這類鋼的強(qiáng)度、硬度較低，塑性、韌性及焊接性能良好。主要用于制作沖壓件，焊接結(jié)構(gòu)件及強(qiáng)度要求不高的機(jī)械零件及滲碳件。如:壓力容器、小軸、銷子、法蘭盤、螺釘?shù)取６?、碳素鋼的牌?hào)、主要性能及用途（1）10、15、20鋼，塑性好，具有較好的焊接性能和冷沖壓性能，宜于制作各種冷沖壓件，焊接件以及尺寸不大，承受載荷較小的滲碳件。（2）3055鋼屬于中碳鋼。這類鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度，其塑性和韌性隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而逐步降低，切削性能良好。經(jīng)調(diào)質(zhì)后能獲得較好的綜合力學(xué)性能。用來制作受力較大的機(jī)械零件。如:連桿、齒輪、聯(lián)軸器等。（3）60以上的鋼屬于高碳鋼。這類鋼具有較高的強(qiáng)度、硬度和彈性，但焊接性能不好。切削性稍差，冷變形塑性差。主要用來制造具有較高強(qiáng)度、耐磨性和彈性的零件。如:彈簧墊圈、板簧和螺旋彈簧等。二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 3.碳素工具鋼 特點(diǎn):高硬度和高耐磨性。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在0.70%以上。用于制造刀具、模具和量具的鋼。如圖4 6為碳素工具鋼制品。牌號(hào):在鋼號(hào)前加“碳”或“T”以表示碳素工具鋼，其后跟以表示含碳量的千分之幾的數(shù)字，如平均含碳量c=0.8%的鋼，其鋼號(hào)為“碳8”或“T8”。含錳量較高的，在鋼號(hào)后標(biāo)以“錳”或“Mn”，如“碳8錳”或“T8Mn”、如為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在其鋼號(hào)后加“高”或“A”，如“碳8高”或“T8A”。二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 4.鑄造碳鋼 特點(diǎn):用于制造形狀復(fù)雜、力學(xué)性能要求較高的機(jī)械零件。廣泛用于制造重型機(jī)械的某些零件。如:軋鋼機(jī)機(jī)架、水壓機(jī)橫梁、鍛錘、砧座等。牌號(hào):用“鑄鋼”兩漢字的漢語拼音字母字頭“ZG”加兩組數(shù)字，第一組數(shù)字代表屈服點(diǎn)，第二組數(shù)字代表抗拉強(qiáng)度值。如ZG270500表示屈服點(diǎn)不小于270 MPa，抗拉強(qiáng)度不小于500 MPa的鑄造碳鋼。二、碳素鋼的牌號(hào)、主要性能及用途 不同牌號(hào)的鑄造碳鋼用于不同使用要求的零件。ZG200-500:有良好的塑性、韌性和焊接性，用于受力不大，要求具有一定韌性的零件。如:機(jī)座、變速箱體等。ZG230-450:有一定的強(qiáng)度和較好的塑性、焊接性良好，切削性能尚可，用于受力不大、要求具有一定韌性的零件。如:砧座、軸承蓋、閥體、外殼等。ZG270-500:有較高的強(qiáng)度和較好的塑性、鑄造性能良好，焊接性能尚好，切削性良好，用途廣泛。主要用于軸承座、缸體、軋鋼機(jī)機(jī)架、連桿、曲軸等。ZG310-570:強(qiáng)度和可切削性良好，塑性、韌性較低。用于負(fù)荷較高的零件，如:大齒輪、缸體、制動(dòng)輪、輥?zhàn)拥取G340-640:有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，可切削性中等，焊接性較差，流動(dòng)性好，裂紋敏感性較大。用于齒輪、棘輪等。謝謝