锻造用材料及质量控制.pptx
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1、锻造生产有用原材料及分类锻造生产有用原材料及分类钢锭、轧材、挤压棒材、锻材。钢锭、轧材、挤压棒材、锻材。大型锻件主要使用钢锭锻制,大型锻件质量高,与钢锭的质量密切相关。大型锻件主要使用钢锭锻制,大型锻件质量高,与钢锭的质量密切相关。中小型锻件用轧材和棒材生产。中小型锻件用轧材和棒材生产。钢的种类繁多,为了便于生产、使用和研究,可以按照化学成分、冶金质量钢的种类繁多,为了便于生产、使用和研究,可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。和用途对钢进行分类。1 1、按化学成分分类、按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢按含碳量
2、多少可分为低碳钢(碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢(C%0.25%C%0.25%)、中碳钢()、中碳钢(C%=0.25%C%=0.25%0.60%0.60%)和高碳钢()和高碳钢(C%0.6%C%0.6%)三类。)三类。合金钢按合金元素的含量又可分为低合金钢(合金元素总量合金钢按合金元素的含量又可分为低合金钢(合金元素总量5%10%10%)三类。)三类。合金钢按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。合金钢按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。2 2、按冶金质量分类、按冶金质量分类按钢中所含有害杂质硫、磷的多少,可分为普通钢(按钢中所含有害杂质硫、磷的多少,可
3、分为普通钢(S%0.055%S%0.055%,P%0.045%P%0.045%)、优质钢()、优质钢(S%S%、P%0.040%P%0.040%)和高级优质钢()和高级优质钢(S%0.030%S%0.030%,P%0.035%P%0.035%)三类。)三类。此外,按冶炼时脱氧程度,可将钢分为沸腾钢(脱氧不完全)、镇静此外,按冶炼时脱氧程度,可将钢分为沸腾钢(脱氧不完全)、镇静钢(脱氧较完全)和半镇静钢三类。钢(脱氧较完全)和半镇静钢三类。3 3、按用途分类、按用途分类按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊钢三大类。按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊钢三大类。结构钢又分为工程构件用钢和机器零件用
4、钢两部分。工程构结构钢又分为工程构件用钢和机器零件用钢两部分。工程构件用钢包括建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、件用钢包括建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、车辆工程用钢。机器用钢包括调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、车辆工程用钢。机器用钢包括调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、渗碳和渗氮钢、耐磨钢等。这类钢一般属于低、中碳钢和低、渗碳和渗氮钢、耐磨钢等。这类钢一般属于低、中碳钢和低、中合金钢。中合金钢。工具钢分为刃具钢、量具钢、模具钢。主要用于制造各种刃工具钢分为刃具钢、量具钢、模具钢。主要用于制造各种刃具、模具和量具,这类钢一般属于高碳、高合金钢。具、模具和量具,这类钢一般属于高碳、高合金
5、钢。特殊性能钢分为不锈钢、耐热钢等。这类钢主要用于各种特特殊性能钢分为不锈钢、耐热钢等。这类钢主要用于各种特殊要求的场合,如化学工业用的不锈耐酸钢、核电站用的耐殊要求的场合,如化学工业用的不锈耐酸钢、核电站用的耐热钢等。热钢等。4 4、按金相组织分类、按金相组织分类按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。三种。按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。钢、奥氏体钢等四种。在给钢的产品命名时,往往把成分、质量和用途几种分类方法在给钢的产品命名时,
6、往往把成分、质量和用途几种分类方法结合起来。如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、结合起来。如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、高速工具钢等钢等我国的钢材编号我国的钢材编号为了管理和使用的方便,每一种合金钢都应该有一个简明的编号。世界各国钢的编号方法不一样。为了管理和使用的方便,每一种合金钢都应该有一个简明的编号。世界各国钢的编号方法不一样。钢编号的原则主要有两条:钢编号的原则主要有两条:(1 1)根据编号可以大致看出该钢的成分。根据编号可以大致看出该钢的成分。(2 2)根据编号可大致看出
7、该钢的用途。)根据编号可大致看出该钢的用途。我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并用的原则。即钢号中的化学元我国的钢材编号是采用国际化学元素符号和汉语拼音字母并用的原则。即钢号中的化学元素采用国际化学元素符号表示。如素采用国际化学元素符号表示。如SiSi、MnMn、CrCr、W W、等。其中只有稀土元素,由于其含量等。其中只有稀土元素,由于其含量不多,种类不少不多,种类不少 ,不易一一分析出来,因此用,不易一一分析出来,因此用“Re”Re”表示其总含量表示其总含量 。而产品名称、用途和浇。而产品名称、用途和浇铸方法等则采用汉语拼音字母表示。具体的编号方法如下铸方法等则采用汉语拼音
8、字母表示。具体的编号方法如下1 1、普通碳素结构钢、普通碳素结构钢普通碳素结构钢的牌号以普通碳素结构钢的牌号以“Q Q数字字母字母数字字母字母”表示。其中,表示。其中,“Q”Q”字是钢材的屈服强度字是钢材的屈服强度“屈屈”字的汉语拼音字首,紧跟后面的是屈服强度值,再其后分别是质量等级符号和脱氧方法字的汉语拼音字首,紧跟后面的是屈服强度值,再其后分别是质量等级符号和脱氧方法。例如:。例如:Q235AFQ235AF即表示屈服强度值为即表示屈服强度值为235MPa235MPa的的A A级沸腾钢。级沸腾钢。牌号中规定了牌号中规定了A A、B B、C C、D D四种质量等级,四种质量等级,A A级质量最
9、差,级质量最差,D D级质量最好。级质量最好。按脱氧制度,沸腾钢在钢号后加按脱氧制度,沸腾钢在钢号后加“F”F”,半镇静钢在钢号后加,半镇静钢在钢号后加“b”b”,镇静钢则不加任何字母。镇静钢则不加任何字母。2 2、优质碳素结构钢与合金结构钢、优质碳素结构钢与合金结构钢优质碳素结构钢与合金结构钢编号的方法是相同的,都是以优质碳素结构钢与合金结构钢编号的方法是相同的,都是以“两位数字元素数字两位数字元素数字”的的方法表示。钢号的前两位数字表示平均含碳量的万分之几,沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的方法表示。钢号的前两位数字表示平均含碳量的万分之几,沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢,应在钢
10、号后特别标出。合金元素以化学元素符号表示,合金元素后面的数字优质碳素结构钢,应在钢号后特别标出。合金元素以化学元素符号表示,合金元素后面的数字则表示该元素的含量,一般以百分之几表示。凡合金元素的平均含量小于则表示该元素的含量,一般以百分之几表示。凡合金元素的平均含量小于1.5%1.5%时,钢号中一般时,钢号中一般只标明元素符号而不标明其含量。如果平均含量只标明元素符号而不标明其含量。如果平均含量1.5%1.5%、2.5%2.5%、3.5%3.5%、时时,则相应地则相应地在元素符号后面标以在元素符号后面标以2 2、3 3、44。如为高级优质钢,则在其钢号后加。如为高级优质钢,则在其钢号后加“高高
11、”或或“A”A”。钢中的。钢中的V V、TiTi、AlAl、B B、RERE等合金元素,虽然它们的含量很低,但在钢中能起相当重要的作用,故仍应等合金元素,虽然它们的含量很低,但在钢中能起相当重要的作用,故仍应在钢号中标出。如在钢号中标出。如4545钢表示平均含碳量为钢表示平均含碳量为0.45%0.45%的优质碳素结构钢;的优质碳素结构钢;20CrMnTi20CrMnTi表示平均含碳量表示平均含碳量为为0.20%0.20%,主要合金元素,主要合金元素CrCr、MnMn含量均低于含量均低于1.5%1.5%,并含有微量,并含有微量TiTi的合金结构钢;的合金结构钢;60Si2Mn60Si2Mn表示平
12、表示平均含碳量为均含碳量为0.60%0.60%,主要合金元素,主要合金元素MnMn含量低于含量低于1.5%1.5%,SiSi含量为含量为1.51.52.5%2.5%的合金结构钢。的合金结构钢。3 3、碳素工具钢、碳素工具钢碳素工具钢的牌号以碳素工具钢的牌号以“T T数字字母数字字母”表示。钢号前面的表示。钢号前面的“碳碳”或或“T”T”表示碳表示碳素工具钢,其后的数字表示含碳量的千分之几。如平均含碳量为素工具钢,其后的数字表示含碳量的千分之几。如平均含碳量为0.8%0.8%的碳素工具的碳素工具钢,其钢号为钢,其钢号为“碳碳8”8”或或“T8”T8”。含锰量较高者,在钢号后标以含锰量较高者,在钢
13、号后标以“锰锰”或或“Mn”,Mn”,如如“碳碳8 8锰锰”或或“T8Mn”T8Mn”。如为高。如为高级优质碳素工具钢,则在其钢号后加级优质碳素工具钢,则在其钢号后加“高高”或或“A”A”,如,如“碳碳1010高高”或或“T10A”T10A”。4 4、合金工具钢与特殊性能钢、合金工具钢与特殊性能钢合金工具钢的牌号以合金工具钢的牌号以“一位数字(或没有数字)元素数字一位数字(或没有数字)元素数字”表示。其编表示。其编号方法与合金结构钢大体相同,区别在于含碳量的表示方法,当碳含量号方法与合金结构钢大体相同,区别在于含碳量的表示方法,当碳含量1.0%1.0%时,时,则不予标出。如平均含碳量则不予标出
14、。如平均含碳量1.0%1.0%时,则在钢号前以千分之几表示它的平均含碳量,时,则在钢号前以千分之几表示它的平均含碳量,如如9CrSi9CrSi钢,平均含碳量为钢,平均含碳量为0.90%0.90%,主要合金元素为铬,主要合金元素为铬 、硅,含量都小于、硅,含量都小于1.5%1.5%。又。又如如Cr12MoVCr12MoV钢,含碳量为钢,含碳量为1.451.451.70%(1.70%(大于大于1.0%)1.0%),主要合金元素为,主要合金元素为11.511.512.5%12.5%的的铬铬,0.40,0.400.60%0.60%的钼和的钼和0.150.150.30%0.30%的钒。而对于含铬量低的钢
15、,其含铬量以千分的钒。而对于含铬量低的钢,其含铬量以千分之几表示,并在数字前加之几表示,并在数字前加“0”0”,以示区别。如平均,以示区别。如平均CrCr0.6%0.6%的低铬工具钢的钢号的低铬工具钢的钢号为为“Cr06”Cr06”。在高速钢的钢号中,一般不标出含碳量,只标出合金元素含量平均值的百分之几。在高速钢的钢号中,一般不标出含碳量,只标出合金元素含量平均值的百分之几。如如“钨钨1818铬铬4 4矾矾”(W18Cr4VW18Cr4V,简称,简称18-4-118-4-1),),“钨钨6 6钼钼5 5铬铬4 4矾矾2”2”(W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2,简称简称6-5-4-26-
16、5-4-2)等。)等。特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示相同,如不锈钢特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示相同,如不锈钢2Cr132Cr13表示含碳量为表示含碳量为0.20%0.20%,含铬量为,含铬量为12.512.513.5%13.5%。5 5、专用钢、专用钢这类钢是指某些用于专门用途的钢种。它是以其用途名称的汉语拼音第一个这类钢是指某些用于专门用途的钢种。它是以其用途名称的汉语拼音第一个字母表明该钢的类型,以数字表明其含碳量;化学元素符号表明钢中含有的合金字母表明该钢的类型,以数字表明其含碳量;化学元素符号表明钢中含有的合金元素,其后的数字标明合金元素的大致含量。元素,其后的数字标明合金元
17、素的大致含量。例如滚珠轴承钢在编号前标以例如滚珠轴承钢在编号前标以“G”G”字,其后为铬(字,其后为铬(CrCr)+数字,数字表示铬数字,数字表示铬含量平均值的千分之几,如含量平均值的千分之几,如“滚铬滚铬15”15”(GCr15GCr15)。这里应注意牌号中铬元素后面)。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量为的数字是表示含铬量为1.5%,1.5%,其他元素仍按百分之几表示,如其他元素仍按百分之几表示,如GCr15SiMnGCr15SiMn表示含铬表示含铬为为1.5%1.5%,SiSi、MnMn均小于均小于1.5%1.5%的滚动轴承钢。的滚动轴承钢。钢中的常存元素、隐存元素及合金元素钢
18、中的常存元素、隐存元素及合金元素对钢性能的影响对钢性能的影响 通常所指的钢铁材料是钢和铸铁的总称,指所有的铁碳合金。通常所指的钢铁材料是钢和铸铁的总称,指所有的铁碳合金。在工业用钢中除铁、碳之外,还含有其它元素。分常存元素;偶存元在工业用钢中除铁、碳之外,还含有其它元素。分常存元素;偶存元素;隐存元素和合金元素。素;隐存元素和合金元素。常存元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地不同(有与铁共存常存元素有锰、硅、硫、磷。偶存元素是由于矿石产地不同(有与铁共存的共生矿混入)及以废钢为原料,在冶炼及工艺操作时带入钢中,如铜、的共生矿混入)及以废钢为原料,在冶炼及工艺操作时带入钢中,如铜、钛、钒
19、、稀土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元素,如氧、钛、钒、稀土元素等。隐存元素是指原子半径较小的非金属元素,如氧、氢等。合金元素是指为改变成分特别添加的元素,如铬、镍、钨、钼、钒氢等。合金元素是指为改变成分特别添加的元素,如铬、镍、钨、钼、钒等。等。碳素钢(简称碳钢)是含碳量大于碳素钢(简称碳钢)是含碳量大于0.0218%0.0218%而小于而小于2.11%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。由于碳钢具有较好的机械性能和工艺性能,并且产量大、价格较低,因此由于碳钢具有较好的机械性能和工艺性能,并且产量大、价格较低,因此它是机械工程上应用十分广泛的金属材料。但碳钢也有某些不足之处,如它是机
20、械工程上应用十分广泛的金属材料。但碳钢也有某些不足之处,如淬透性较低、回火抗力较差、屈强比低。碳钢的强度潜力虽经热处理仍不淬透性较低、回火抗力较差、屈强比低。碳钢的强度潜力虽经热处理仍不能充分的发挥。能充分的发挥。合金钢是在碳钢的基础上,添加某些合金元素,用以保证一定的生产和加合金钢是在碳钢的基础上,添加某些合金元素,用以保证一定的生产和加工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。合金钢用量虽少,但却非常工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。合金钢用量虽少,但却非常重要。合金钢有较好的性能,但也有不少缺点。最主要的是由于含有合金重要。合金钢有较好的性能,但也有不少缺点。最主要的是由于含有合金元
21、素,其生产和加工工艺比碳钢差,也比较复杂,价格也较昂贵。因此,元素,其生产和加工工艺比碳钢差,也比较复杂,价格也较昂贵。因此,在应用碳钢能够满足要求时,一般不使用合金钢。在应用碳钢能够满足要求时,一般不使用合金钢。锻造用原材料的化学成分分析锻造用原材料的化学成分一般以熔炼分析为准,锻造用原材料的化学成分一般以熔炼分析为准,分析结果表示同一炉或同一罐钢液的化学成分。分析结果表示同一炉或同一罐钢液的化学成分。由于钢中元素偏析,成品分析的值可能超出标准由于钢中元素偏析,成品分析的值可能超出标准规定的成分范围。规定的成分范围。金属材料化学成分和组织对塑性和变形抗力的影金属材料化学成分和组织对塑性和变形
22、抗力的影响非常明显而复杂。锻件塑性和变形抗力是决定响非常明显而复杂。锻件塑性和变形抗力是决定塑性变形过程的一对基本矛盾;塑性反映金属塑塑性变形过程的一对基本矛盾;塑性反映金属塑性变形的能力,变形抗力反映金属塑性变形难易性变形的能力,变形抗力反映金属塑性变形难易程度,塑性不好不一定变形抗力低,变形抗力低程度,塑性不好不一定变形抗力低,变形抗力低不一定塑性不好。不一定塑性不好。碳钢和合金钢中的化学成分元素对塑性和变形抗力的影响分析如下:碳钢和合金钢中的化学成分元素对塑性和变形抗力的影响分析如下:、碳素钢中,、碳素钢中,FeFe和和C C是基本元素;碳对碳素钢性能影响最大;碳能够固是基本元素;碳对碳
23、素钢性能影响最大;碳能够固溶于铁形成铁素体和奥氏体,它们具有良好的塑性和很低的变形抗力,溶于铁形成铁素体和奥氏体,它们具有良好的塑性和很低的变形抗力,但当碳含量超过铁的溶碳能力时,多余的碳便与铁形成化合物但当碳含量超过铁的溶碳能力时,多余的碳便与铁形成化合物Fe3CFe3C。Fe3CFe3C很硬,塑性几乎为零,阻碍基体的塑性变形,降低碳钢的塑性。碳很硬,塑性几乎为零,阻碍基体的塑性变形,降低碳钢的塑性。碳的含量增加,强度和硬度会提高,塑性、韧性会降低,但增加太多时,的含量增加,强度和硬度会提高,塑性、韧性会降低,但增加太多时,反而使强度降低。反而使强度降低。、合金钢中合金元素的影响、合金钢中合
24、金元素的影响、合金元素溶入固溶体(、合金元素溶入固溶体(-Fe-Fe或或-Fe-Fe)中,使铁原子晶格发生不同程)中,使铁原子晶格发生不同程度的畸变,钢的变形抗力增高,塑性降低。度的畸变,钢的变形抗力增高,塑性降低。、合金元素与钢中的碳形成硬而脆的碳化物如:(、合金元素与钢中的碳形成硬而脆的碳化物如:(CrCr,FeFe)23C623C6、(CrCr,FeFe)7C37C3、Mo2CMo2C、W2CW2C、Fe4Mo2CFe4Mo2C、MoCMoC、WCWC、VCVC、TiCTiC等,等,使钢的变形抗力增高,塑性降低。碳化物对力学性能影响程度还与其形使钢的变形抗力增高,塑性降低。碳化物对力学性
25、能影响程度还与其形状、大小和分布情况有密切关系。状、大小和分布情况有密切关系。MoMo、TiTi、V V等元素形成的碳化物在钢中等元素形成的碳化物在钢中形成高度分散的细小颗粒,起着弥散强化的作用,在提高变形抗力的同形成高度分散的细小颗粒,起着弥散强化的作用,在提高变形抗力的同时,塑性降低不多,而高合金钨钼钢(高速钢),由于晶界上含有大量时,塑性降低不多,而高合金钨钼钢(高速钢),由于晶界上含有大量的鱼骨状共晶碳化物,塑性很差。的鱼骨状共晶碳化物,塑性很差。在热态下,大量碳化物溶入奥氏体,减弱了碳化物对钢的强化作用。但在热态下,大量碳化物溶入奥氏体,减弱了碳化物对钢的强化作用。但是,对那些含有大
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