常用工程材料选用.doc
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1、三、常用工程材料及选用纯金属因价贵,力学性能较低,不能满足现代工业的要求,因此工业上多应用合金。下面对工程中常用的金属材料进行叙述。一、碳素钢碳素钢是指2。11,并含少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。碳素钢具有一定的力学性能和良好的工艺性能,且价格低廉,在工业中广泛应用。碳素钢的分类及牌号碳素钢的种类很多,常按以下方法分类。1 按钢的含碳量分类可分为:低碳钢(0.021810%)3。 按合金元素种类分按合金元素种类将合金钢分为:铬钢、锰钢、硅锰钢、铬镍钢等.4。 按主要性能和使用特性分主要分为工程结构用合金钢,机械结构用合金钢,轴承钢,工具钢,不锈、耐蚀和耐热钢,特殊物理性能钢等。合金钢
2、的编号我国合金钢编号方法的原则是以钢中碳含量(Wc100)、合金元素的种类和含量(WMe100)来表示。当钢中合金元素的平均含量WMe 1。5时,钢号中只标出元素符号,不标明合金元素平均含量;当WMe1。5、2。5、3。5%时,在该元素后面相应的标出2、3、4.合金钢的具体编号方法见表111:表112 合金钢的编号方法分类编号方法举例低合金高强度结构钢钢的牌号由代表屈服点的汉语拼音字母(Q)、屈服点数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三个部分按顺序排列.Q345C表示屈服点为345MPa、质量为C级的低合金高强度结构钢.合金结构钢合金结构钢的牌号用“两位数字+元素符号+数字”表示,前面两位
3、数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍值;元素符号表示钢中所含的合金元素;元素符号后面的数字表示该元素平均质量分数的百倍值.若为高级优质钢则在牌号后面加“A。60Si2Mn表示钢中平均碳含量为0.6%、含硅量为2,含锰量小于1.5%的合金结构钢。40CrNiMoA滚动轴承钢滚动轴承钢的牌号用“G+Cr+数字”表示,G表示“滚”,合金元素铬后面的数字表示平均铬质量分数的千倍值。GCr15表示含铬量为1。5%的滚动轴承钢合金工具钢合金工具钢的编号方法与合金结构钢相似.区别仅在于:若钢中平均Wc1时,牌号前面用一位数字表示平均碳的质量分数的千倍值;若Wc1%时则不标出.9Mn2V表示含碳量为0。9,含锰
4、量为2,含钒量小于1。5的合金工具钢.CrWMn高速工具钢高速工具钢的编号方法与合金工具钢略有不同,主要区别是钢中平均Wc1%时也不标出数字W18Cr4V表示含钨量为18,含铬量为4,含钒量小于1。5的高速工具钢特殊性能钢特殊性能钢的牌号表示方法与合金工具钢基本相同。当Wc0。03及Wc0。08时,牌号前面分别加“00”及“04Cr13表示含碳量为0.4,含铬量为13特殊性能钢。0Cr19Ni9、00Cr17Ni14Mo2低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢由于其较高强度和良好的工艺性能,是近年来发展最快,最有前景的一类合金钢,目前其主要的发展方向之一是通过合金化和热处理改变基体组织(如马氏体
5、、贝氏体等)以提高强度,同时超低碳化,即进一步降低含碳量,以充分保证韧性和工艺性能.1 化学成分(1) 含碳量:Wc0。20,钢中含碳量较低,是为了获得良好的塑性、焊接和冷变形能力。(2) 常用合金元素种类及主要作用:低合金高强度结构钢主要合金元素有锰、钒、钛、铌、铝、铬、镍等。锰有固溶强化铁素体、增加并细化珠光体的作用;钒、钛、铌等主要作用是细化晶粒;铬、镍可提高钢的冲击韧性,改善钢的热处理性能,提高钢的强度,并且铝、铬、镍均能提高对大气的抗蚀能力。为改善钢的性能,高性能级别钢可加入钼、稀土等元素。2热处理特点低合金高强度结构钢大多在热轧、正火状态下供应,使用时一般不再进行热处理。合金结构钢
6、合金结构钢按其用途和热处理特点,可分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢。. 化学成分表1-14列出了合金结构钢的化学成分及其特点.表114合金结构钢的成分特点成分类别合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚动轴承钢含碳量Wc=0。10%0。25以保证零件心部有足够的塑性和韧性Wc=0。250。5,含碳量过低,不易淬硬,回火后强度不够;含碳量过高,韧性差Wc=0.50。7%Wc=0。901。10,以保证具有高的硬度和耐磨性常用合金元素种类及主要作用Cr、Ni、Mn:提高淬透性,强化基体。Ti、V:细化晶粒,提高耐磨性Cr、Ni、Si、Mn:提高淬透性、耐回火性,强化基体,提高屈强比.B:提高淬透性。W、M
7、o:防止第二类回火脆性Si、Mn:提高淬透性、耐回火性,强化基体,提高屈强比。Cr、V:细化晶粒,提高淬透性和耐回火性Cr:提高淬透性、耐磨性和接触疲劳强度.Si、Mn:提高淬透性2。 热处理特点(1) 合金渗碳钢预备热处理:正火。最终热处理:渗碳、淬火和低温回火。(2) 合金调质钢预备热处理:正火或退火.最终热处理:合金调质钢的最终热处理为调质,以保证具有良好的综合力学性能.对于某些承受冲击的耐磨零件,也可采用调质、表面淬火并低温回火或调质后氮化处理,以满足表面的耐磨性要求和抗冲击要求.(2)合金弹簧钢当弹簧直径或板簧厚度大于10mm时,常采用热成形,即将弹簧钢加热到比正常淬火温度高出508
8、0进行热成形,然后利用余热立即淬火并中温回火,得到回火托氏体组织,硬度为4048HRC,有较高的弹性极限和疲劳强度,以及一定的塑性和韧性。当弹簧直径或板簧厚度小于810mm时,常用冷拔弹簧钢丝冷卷成形.例如,淬火回火钢丝是将钢丝冷拔到规定尺寸后,进行油淬和中温回火,冷卷成弹簧后在200300进行去应力退火即可。弹簧钢热处理后通常进行喷丸处理,其目的是在弹簧表面产生残余压力,以提高弹簧的疲劳强度。(3)滚动轴承钢预备热处理:轴承钢的预先热处理是正火和球化退火。最终热处理:轴承钢的最终热处理是淬火和低温回火,回火后的组织为细回火马氏体加均匀分布的细粒状碳化物及少量残余奥氏体,硬度为6165HRC.
9、对精密的轴承钢零件,为保证尺寸稳定性,可在淬火后立即进行冷处理(6080),以尽量减少残余奥氏体量,冷处理后进行低温回火和粗磨,接着在120130进行时效处理,最后进行精磨。合金工具钢合金工具钢包括量具、刃具钢、冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢等。1 合金量具钢量具工作时,主要受磨损,承受外力很小,因而要求量具用钢要有高硬度、高耐磨性;为保证测量的准确性,要求量具用钢具有良好的尺寸稳定性。量具用钢没有专用钢。为了保证量具用钢具有高的尺寸稳定性,可采用冷处理和进行稳定化处理。2 合金刃具钢(1) 性能要求刃具工作时,刃部与切屑、毛坯间产生强烈摩擦,使刃部磨损并产生高温(可达500600);另外
10、,刃具还承受冲击和震动,因此要求刃具钢具有以下性能:高的硬度和耐磨性;高的热硬度;足够的强度和韧性,以防在受冲击和震动时,刀具突然断裂和崩刃.(2) 化学成分含碳量:Wc=0。80%1.50%,以保证高硬度和耐磨性。合金元素:Cr、Mn、Si:提高淬透性、耐回火性和改善热硬性;W、V:可提高钢的热硬性和耐磨性.(3)热处理特点预备热处理:采用球化退火,以改善切削加工性能最终热处理:采用淬火和低温回火,其组织为细回火马氏体、合金碳化物和少量残留奥氏体,硬度为6065HRC3 冷作模具钢冷作模具钢用于制造在冷态下变形或分离的模具,如冷冲模、冷镦模、冷挤压模等.(1) 性能要求冷作模具在工作时承受的
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