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第七章 金属材料 目的、要求： 1、熟悉掌握常用金属材料的牌号、化学成分、使用状态下的组织、性能特点及正确选择热处理工艺。 重点：常用金属材料的化学成分、使用状态下的组织、性能特点及热处理工艺的确定。 难点：钢的合金化。 §7-1 概述 一、钢的分类 1、按用途分类 2、按化学成分分类 3、按质量分类 二、钢的编号 按含碳量、合金元素的种类和数量以及质量级别编号，采用化学符号和汉语拼音并用的原则。 1、普通碳素结构钢 Q ×××－ 质量等级符号、脱氧方法符号 ↓ ↓ ↓ ↓ 屈服强度 屈服强度数值(MPa) A、B、C、D ————→ 质量依次提高 F、b、Z、TZ Q235－A、F 2、铸钢 ZG ×××－××× ↓ ↓ ↓ 铸钢 屈服强度数值(MPa) 抗拉强度数值(MPa) ZG200－400 ZG ×× ↓ ↓ 铸钢 平均含碳量 (以万分之一为单位) ZG15、ZG25、ZG35、ZG45、ZG55、 铸钢含碳量在0.25~0.50%之间。 3、优质钢 T7、T8、T9、T10、T11、T12；T7A、T8A、T9A、T10A、T11A、T12A GCr15、GCr15SiMn 20、40、50 40Cr、38CrMoAlA 9SiCr、CrMn、W18Cr4V 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr18Ni9Ti、0 Cr18Ni9、00 Cr18Ni9 三、 杂质元素对钢性能的影响 1、Mn（锰） 溶入F中——固溶强化；与S形成MnS，减轻S的有害作用；有益元素，含量＜0.8%。 2、Si（硅） 溶入F中——固溶强化；有益元素，含量＜0.35%。 3、S（硫） 有害杂质，以FeS形式存在，与Fe形成低熔点（985℃）共晶体（FeS+Fe），分布于晶界处，而钢进行热加工的开始温度一般为1150~1250℃，此时分布在晶界上的共晶体处于熔化状态而导致钢开裂——热脆；因此必须严格控制S含量，Mn与S形成高熔点（1620℃）的MnS，呈粒状分布于晶粒内，避免了热脆。 4、P（磷） 有害杂质，溶入F中，室温下使钢的塑性、韧性急剧下降，脆韧转变温度升高——冷脆。 §7-2 结构钢 一、 普通结构钢 1、普通碳素结构钢 用途：工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢，用于桥梁、建筑等钢结构。 成分特点和钢种：平均含碳量为0.06~0.38%； Q195、Q215、Q235、Q255、Q275；以热轧空冷状态供应。 2、普通低合金结构钢 用途：建筑结构、桥梁、车辆、压力容器、船舶、锅炉、钢结构等 成分特点：含碳量0.1~0.2%，以Mn（0.8~1.8%）为主加元素。合金元素含量＜3%，Mn——固溶强化；Ti、Nb、V——细化晶粒、弥散强化。 热处理特点：一般在热轧、正火状态下使用，组织为F+S。 钢种和牌号：09Mn、09MnNb、16Mn、16MnCu、15MnV、15MnTi、 二、优质结构钢 1、优质碳素结构钢 用途：制造各种机器零件。 牌号：08、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85 热处理特点：使用前要进行热处理。 2、合金结构钢 渗碳钢 用途：制造各种变速齿轮、凸轮轴、活塞销。使用中能承受强烈摩擦、磨损、较大交变载荷和冲击载荷。 成分：含碳量为0.1~0.25%；Cr、Ni、Mn、B——提高淬透性；Ti、V、Mo、W——细化晶粒。 典型合金：20、20Cr、20CrMnTi、12Cr2Ni4 热处理： 低淬透性渗碳钢：20、20Cr，两次淬火法——渗碳→预冷淬火→淬火→低温回火 中淬透性渗碳钢：20CrMnTi，直接淬火法——渗碳→预冷淬火→低温回火 高淬透性渗碳钢：12Cr2Ni4， ①渗碳→球化退火（650℃，使碳化物球化）→淬火→低温回火②渗碳→淬火→冷处理→低温回火 应用举例：用20CrMnTi钢制造变速齿轮 下料→锻造→正火→加工齿形→局部镀铜→渗碳（930℃）→预冷淬火（830℃）→低温回火（200℃）→喷丸或喷砂→磨齿。 正火——改善切削加工性能； 喷丸——清除氧化皮，光洁表面，在表面产生压应力，提高疲劳强度。 组织：表层——M回+碳化物+AR 心部——低碳M回+AR+S+F 调质钢 用途：制造各种重要零件：齿轮、轴、连杆、螺栓等，经调质处理后具有良好的综合机械性能。 成分：含碳量：0.3~0.5%，常用为0.4%； Cr、Mn、Si、Ni、B——提高淬透性； Mo、W——防止高温回火脆性； 热处理： 调质处理：用40Cr制造连杆 下料→锻造→正火→粗加工→调质处理→精加工 组织：回火索氏体 调质处理+表面淬火：用40Cr制造变速箱主轴 下料→锻造→正火→粗加工→调质处理→半精加工→轴