《工程材料》第6章碳鋼

第6章、碳鋼§1、碳鋼的分類及牌號一.按平衡組織分（F＋PC＝0.02~0.77％）（P＋Fe3CIIC＝0.77~2.11％）亞共析鋼共析鋼過共析鋼二.按碳量分低碳鋼中碳鋼高碳鋼三.按用途分碳素結構鋼碳素工具鋼（高碳鋼）（過共析鋼）普通碳結鋼優質碳結鋼10、15、20、45（P、S＜0.04）普通碳工鋼優質碳工鋼（P、S＜0.03T7、T8、T12T7A、T8A、T12A（PC＝0.77％）（C＜0.25％)（C＝0.25~0.6％)（C＞0.6％)（低、中碳鋼）（亞共析鋼）（P、S＜0.045）（P、S＜0.04）Q215、Q235B、Q255不同牌號的碳鋼的鑒別方法：碳鋼由于含碳量不同，在砂輪上磨削產生的火花形狀不同，由此可鑒別碳鋼的牌號?！?

、碳鋼的成分與性能的關系一、成分

組織

性能成分:(C%)0.02~0.77%0.77%0.77~2.11%F＋PPP＋Fe3CII

HBWA、KURm二、成分、性能的關系圖(平衡狀態下）00.20.40.60.81.01.2HBWAKURmC%HBWAKURm組織：性能：0.9§3

、常用碳鋼的牌號、成分、組織、性能、應用1515正火4545淬＋高回T8淬＋低回60淬＋中回牌號成分:0.12％CQ195性能:塑性好平衡組織:F＋P熱處理要求：退火牌號20成分:0.20％C平衡組織:F＋P性能：塑性較好，有一定強硬度。零件名稱：熱水器配件零件名稱：軸承端蓋熱處理要求：無§4、碳鋼的應用實例：

牌號45成分:0.45％C平衡組織：F＋P性能：綜合性好

零件名稱：小齒輪熱處理要求：淬＋高回（調質）零件名稱：小軸熱處理要求：淬＋高回（調質）65成分:0.65％C平衡組織：F＋P零件名稱：彈簧熱處理要求：淬＋中回性能：強硬度較高，彈性。牌號牌號T12成分:1.2％C平衡組織:P＋Fe3CII

熱處理要求：淬＋低回性能：硬度高，較脆。零件名稱:絲錐板牙牌號T8成分:0.8％C平衡組織：P性能：強硬度高，一定韌性零件名稱：模具沖頭熱處理要求：淬＋低回碳鋼的種類及應用10、15、塑性好沖壓件20、25一定強度軸套、軸承蓋，沖擊較大軸輪（滲碳）40、45綜合性能較高軸、齒輪T8、T12硬度高低速刀具、模具、量具55、60強硬度較高彈簧熱處理組織性能應用低碳鋼退火或正火F+P少量強度較低，塑韌性好受力小的零件或沖壓件等較低碳鋼滲碳、表面淬火+低溫回火表面M回，心部F+P少量一定的強度及塑韌性受力較小件，滲碳后用于受沖擊較大的軸及齒輪等中碳鋼調質S回強度硬度及塑性韌性均較好高強度工件高碳鋼球化退火（粗加工前）、淬火+低溫回火或表面淬火+低溫回火（粗加工后）M回+Fe3C粒硬度高刀具模具量具等本章重點內容碳鋼的熱處理及其組織、性能、應用《工程材料》第7章合金鋼

回顧：碳鋼的種類及應用10、15、塑性好沖壓件20、25一定強度軸套、軸承蓋，沖擊較大軸輪（滲碳）40、45綜合性能較高軸、齒輪T8、T12硬度高低速刀具、模具、量具55、60強硬度較高彈簧高強度要求工作條件下，碳鋼無法滿足高強度礦山機械大齒輪一般機床傳動齒輪40、45合金鋼第7章合金鋼

§1、基本理論碳鋼←合金元素

Fe+C(<2.11%)+合金元素1.合金元素的種類：

Cr、Ni、Si、Mn、W、B、V、Ti、RE

2.合金元素的量：

1～40%3.合金元素存在狀態：

固溶態(Cr、Ni、B等多數元素)

化合態(V、Ti、Cr、Ni等)

游離態(P、S)

VC、TiC、Cr7C3

、(Fe、Cr)3CCrP、S一、合金鋼定義二、合金鋼成分4.合金元素作用：

提高強度

固溶強化.細晶強化.彌散強化

提高淬透性

提高熱硬性

提高特殊性

提高切削加工性

改變相圖

除Co外所有元素使“C”右移各種強化、硬化作用耐蝕、耐磨、耐熱Ca、S、Pb等擴大A區、縮小A區

碳鋼合金鋼低合金鋼：與同C量碳鋼相似40Cr、40鋼平衡狀態40Cr、40鋼調質狀態高合金鋼：組織復雜（含大量碳化物）

T8組織W18Cr4V組織三、合金鋼組織四、合金鋼熱處理特點加熱溫度高合金元素阻礙原子擴散，阻礙P—A轉化淬火冷卻方式不同油冷淬火、分級淬火、等溫淬火回火不同回火溫度高（合金阻礙M分解）回火次數多，促進A′分解（高速鋼三次回火）1、水冷淬火2、油冷淬火3、分級淬火4、等溫淬火1234碳鋼“C”曲線,合金鋼“C”曲線五、合金鋼性能合金鋼成分合金元素作用1.高強度

2.高淬透性

3.高熱硬性

4.高特殊性

Q235Re

＝23516MnRe

＝35040鋼水淬Ф15，40Cr油淬Ф25T10<250℃W18Cr4V<560℃耐蝕.1Cr18Ni9耐熱.15CrMo<500℃1Cr18Ni9<750℃ZG3Cr26Ni161000℃.溫度再高的？耐磨.ZGMn13南京長江大橋正橋長1577米.鐵路橋全長6772米，寬19.5米。公路橋全長4589米，寬19.5米。六、合金鋼應用高強度件大截面件高速刀具特殊性能件七、合金鋼分類結構鋼工具鋼特殊性能鋼低合金高強鋼（普低鋼）滲碳鋼調質鋼彈簧鋼軸承鋼易切鋼刀具鋼模具鋼（熱模、冷模）量具鋼耐熱鋼耐蝕鋼耐磨鋼§2、合金結構鋼

成分牌號熱處理組織性能應用低合金鋼0.1～0.20%C主MnQ345(16Mn)Q390(15MnV)退或正F+P塑性好容器.槽罐沖壓件滲碳鋼調質鋼彈簧鋼滾軸承鋼易切鋼0.20～0.25%C主CrNiMn

20Cr20CrMnTi滲碳+淬+低回

表M回+Fe3C心M回

表硬心強韌沖擊大的軸、輪0.25～0.5%C主CrNiSiMn40Cr40CrNiMn調質S回

綜合性能高大型.重載軸輪0.5～0.7%C主SiMn65Mn60Si2Mn淬+中回

T回

彈性高彈簧0.9～1.1%C主CrGCr15GCr15Mn球退+淬+低回

M回+Fe3C硬軸承低C→高C加PbSCa

Y12Y40MnT10Pb與C有關切削性能好大批與C有關容器.槽罐汽車變速器齒輪產品名稱：連桿產品名稱：凸輪軸沖擊大的軸、輪大型.重載軸輪各種彈簧各種軸承§3、合金工具鋼成分牌號熱處理組織性能應用刀具模具量具0.7～1.1%C主Cr9SiCr<350CrWMn<500W18Cr4V<650球退＋淬+低回M回+Fe3C硬、熱硬、一定韌性低速

高速>1%C主CrCr12MoVCr12球退＋淬+低回M回+Fe3C高硬冷沖模>1%C主Cr9SiCrCrWMn球退＋淬+低回M回+Fe3C硬量具各種刀具絲錐板牙低速刀具高速銑刀高速刀具深孔鉆工作溫度高的刀具各種熱作模具壓鑄模具熱拉模具鍛造模具電機殼底冷沖壓模具汽車尾燈座沖壓模具冷沖壓模具各種量具千分尺游標卡尺圓錐環規塞規塞規冷沖壓模具的制造過程材料：Cr12

本章重點內容合金鋼與碳鋼性能、應用比較16Mn15MnV(10、15)退或正

塑性好

高壓容器.大型槽罐重要沖壓件(一般容器、沖壓件)(20、25)

表硬心強韌沖擊大的軸、輪20Cr20CrMnTi滲碳+淬+低回

(沖擊較大的軸、輪)40Cr40CrNiMn調質綜合性能高大型.重載軸、輪(40、45)(一般軸、輪)65Mn60Si2Mn彈性高高強、大型彈簧淬+中回

(60、65)(一般彈簧)

9SiCrW18Cr4V球退＋淬+低回硬、熱硬、一定韌性高速刀具

(T10、T12)(低速刀具)《工程材料》第8章鑄鐵

第8章鑄鐵（灰鑄鐵）§1、基本理論一、鑄鐵定義生鐵熔化、澆注(加Si、Mn）冷卻二、鑄鐵成分Fe+C(2.4～4.0%)＋Si、Mn

、

P、S

C大多以G存在，少量以Fe3C存在

灰鑄鐵三、鑄鐵組織用Fe—

G、Fe—Fe3C雙重相圖分析LL+AFe—

G、Fe—Fe3C雙重相圖AA+Fe3CA+GF+Fe3CF+GF(A+G)+AF+G冷速慢時P+G冷速快時F+P+G冷速中時即：鋼基體＋GFF+P+GP四、鑄鐵分類灰鑄鐵(HT)

G片蠕墨鑄鐵(RUT)

G蟲可鍛鑄鐵(KT)

G團球墨鑄鐵(QT)

G球灰鐵(F基）蠕鐵(未侵蝕）球鐵(F基）可鐵(F基）五、鑄鐵性能與基體有關

F→F+P→P

Rm↑，A↓

與G有關

形狀：G片→

G蟲→

G條→

G球

Rm↑，A↑

大小：G越小，Rm越高

分布：G越均勻，Rm越高

與鋼相比性能特點1、高硬耐磨、減震2、鑄造性好3、切削加工性好5、成本低，工藝簡單缺點：

Rm

低不可鍛導熱性差優點：六、鑄鐵熱處理退火：消除白口、去應力表面淬火：高頻、火焰、激光七、鑄鐵應用1、形狀復雜件：

2、耐磨件：

機床床身、閥門、泵殼、風機殼、氣缸體、缸蓋

工作臺、機床導軌

3、大批件：皮帶輪減速器外殼閥門發動機氣缸機床床身機架機床導軌銑床工作臺泵皮帶輪§2、各種鑄鐵牌號組織性能生產熱處理應用灰鐵HT150HT250FF+P+G蟲PRm低A低

熔化澆注退火表淬箱體、氣缸、工作臺蠕鐵RuT260RuT340FF+P+G片PRm較高熱強熱疲勞熔化蠕化澆注退火正火汽缸蓋、排氣管、壓縮機殼可鐵KTH330-08KTZ450-06F+G團P+G團Rm較高Rm高熔化澆注退火退火后橋、輪殼（軸、輪）球鐵QT450-10QT700-2FF+P+G球PRm高A高熔化球化澆注退火正火調質后橋、輪殼軸、輪減速器外殼閥門發動機氣缸機床床身機架汽車發動機氣缸體汽車排氣管汽車驅動橋汽車輪圈球鐵閥體球鐵曲軸§3、合金鑄鐵添加合金元素→高強度、耐熱、耐蝕、耐磨高強鑄鐵加Cr,Ni,Mo等制造曲軸、傳動輪等