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合金钢教案
模块五合金钢
一、知识回顾
上节课对第四章进行了测验,通过测验,同学们对一
些知识点还没有很好掌握,在后期学习中会进行复习。
二、课前引入
碳素钢的性能一般,为了提高金属的综合性能,会加入一些合金元素,本章将开始学习合金钢的知识。
三、讲授新课
(一)、合金钢的分类
合金钢中合金元素规定质量分数界限值总量是WMe
>5.43%,并且合金钢是按其主要质量等级和主要性能或使用特性分类的。
a.合金钢按主要质量等级分类
按主要质量等级分类,合金钢可分为:
优质合金钢和特殊质量合金钢两类。
b.合金钢按主要性能及使用特性分类按主要性能及使用特性分类,合金钢可分为工程结构用合金钢;机械结构用合金钢;不锈、耐蚀和耐热钢;工具钢;轴承钢;特殊物理性能钢等。
合金钢的牌号
合金结构钢的牌号
合金结构钢的牌号编写方法是采用“二位数字+合
金元素符号+数字”。
前面的“二位数字”表示合金结构钢的平均碳的质量分数的万分只之几;后面的“数字”表示所含合金元素的平均质量分数的百分之几。
例如,60Si2Mn表示W(C)=0.60%、W(Si)=2%、W(Mn)v1.5%的合金结构钢。
如果合金结构钢为高级优质钢,则在钢的牌号后面加“A”,
如60Si2MnA;如果为特级优质钢,则在钢的牌号后面加“E”。
合金工具钢的牌号
当合金工具钢中W(C)v1.0%时,牌号前的“数字”以千分之几(一位数)表示;当合金工具钢中W(C)>1%
时,牌号前不标出碳的质量分数的数字。
例如,9Mn2V表示W(C)=0.9%,W(Mn)=2%、W(V)v1.5%的合金工具钢;CrWMn表示钢中W(C)>1.0%、W(Cr)v1.5%、W(W)v1.5%、W(Mn)v1.5%的合金工具钢;高速钢的W(C)=0.7〜1.5%,但在高速钢的牌号中不标出碳的质量分数值,如W18Cr4V钢。
(二)、常见合金结构钢
1、低合金结构钢成分:
低碳,由于韧性、焊接性和耐蚀性高,其碳
含量不超过0.20%。
加入以Mn为主的合金元素。
及Ni、Ti或V等辅加元素,有利于细化晶粒,提高钢的强度和韧性。
性能要求:
塑性、韧性、耐蚀性和焊接性均比同含碳素的碳钢高。
常用低合金结构钢牌号:
Q295Q345Q390Q4202、合金渗碳钢
成分:
低碳,碳含量一般为0.10%〜0.25%,使零件心部有足够的塑性和韧性。
加入Cr、Ni、MnB等提高淬透性的合金元素。
加入Ti、V、W、Mo等阻碍奥氏体晶粒长大的元素。
性能要求:
外硬内韧,表面渗碳层硬度高,以保证优异的耐磨性和接触疲劳抗力,心部具有高的韧性和足够高的强度。
心部韧性不足时,在冲击载荷或过载作用下容易断裂;强度不足时,则较脆的渗碳层易碎裂、剥落。
热处理:
渗碳+淬火+低温回火
常用合金渗碳钢牌号:
20Cr20CrMnTi
3、合金调质钢
成分:
中碳,碳含量一般在0.25%〜0.50%之间,
以0.4%居多;加入Cr、Mn、Ni、Si等提高淬透性:
加入Mo、V、W、Ti等阻止晶粒长大和提高钢的回火稳定性。
如调质处理后的40Cr钢的性能比45钢的性能高很多;
性能要求:
调质件大多承受多种工作载荷,受力情况比较复杂,要求高的综合机械性能,即具有高的强度和良好的塑性、韧性。
合金调质钢还要求有很好的淬透性。
常用合金调质钢牌号:
40Cr
4、合金弹簧钢
成分:
碳含量一般在0.45%〜0.70%之间,加入Si、
Mn提高淬透性,同时提高钢的弹性极限,其中Si的作
用最为突出。
但是硅元素含量过高易使钢在加热时脱碳,锰元素含量过高易使钢产生过热。
因此,重要用途的弹簧钢必须加入Cr、V、W等,它们不仅使钢材具有更高的淬透性,不易过热,而且可在高温下保持足够的强度和韧性。
用途:
各式弹簧常用合金弹簧钢牌号:
65Mn60SiMn50CrVA四、课堂总结
1、回火方法及应用;2、固溶处理与时效方法;
五、布置作业
练习册P37:
课题五;
六、课堂后记
一、新课引入
复习:
常用的机械零件用钢有哪些?
二、讲授新课
(一)工具钢牌号的表示方法
碳素工具钢采用规定的符号和阿拉伯数字表示。
阿拉伯数字表示平均含碳量的以千分之几。
例如:
平均含碳量为0.90%的碳素工具钢,其牌号表示为T9。
合金工具钢表示方法与合金结构钢相同。
但一般不
标明含碳量数字,若平均含碳量v1.00%,用一位阿拉
伯数字表示含碳量的千分之几。
例如:
平均含碳量为1.60%,含铬量为11.75%,含钼量为0.50%,含钒量为0.22%的合金工具钢,其牌号表示为Cr12MoV。
高速工具钢无论含碳量是多少均不标出。
平均含碳
量为0.85%,含钨量为6.00%,含钼量为5.00%,含铬量为4.00%,含钒量为2.00%的高速工具钢,其牌号表示为W6Mo5Cr4V2。
塑料模具钢在牌号头部加符号SM”,牌号表示方法
与优质碳素结构钢和合金工具钢相同。
(二)工具钢成分特点和热处理特点
1.成分特点
低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素(V5%)形成的,其含碳量为0.75%〜1.5%,
以保证钢的高硬度和耐磨性。
高速钢的含碳量较高,一般为0.70%〜1.50%,以保证获
得高碳马氏体和形成足够的合金碳化物,提高钢的硬
度、耐磨性和热硬性。
冷作模具钢的含碳量高,多在1%以上,有时达2.0%,以保证高硬度和高耐磨性。
热作模具钢为中碳钢,含碳量一般为0.3%〜0.6%,
以保证高强度、高韧性、较高的硬度(35〜52HRC和
热疲劳抗力。
量具钢的成分与低合金刃具钢相同,为高碳(0.75%〜1.5%),并加入提高淬透性的元素,如Cr、WMn等。
2.热处理特点:
低合金工具钢的加工过程;
球化退火
淬火和低讯回火
回火温度为佃o〜
20代口
淬火温度应根据工件形状、尺寸及性能要求严格控制.一般都要预热.
热处理后的组织为回火马氏体、湊碳体和少量残余奥氏体口
为便W、Mo,V、匚「筹的难略碳化物尽可能莠地溶入吳氏体中,以提高热硬性,常来用油冷单介质淬火或盐浴中分
在较低溟燮(950-1000^;下淬火*然后低温(150-180r)回火+可使钢的硬庫达,—次换化法^161-64HRC,且具有较好的帀暫性却韧
*丫性・适用于重载模具;?
厂在较意温更("00=11509)下淬火,燃后、
<于510-520C多次回火(一股为三次),产
二次硬化法生二灰硬化,使股燮达60-62HRC・热硬性
厂I和耐磨性较高.直韧性较差,适弓于在400〜
(4509下工作的模具’丿
「与调质宓相似,淬火后高温(550U左右)回火,组织为均匀的回火聿氏体(或回火屈
(氏体)-
淬火后在略高于二次硬化峰值温度(600X:
)下回火,组织为回火马氏休、粒状碳化物和少量残余奥氏体.需进行零次回
三、课堂总结
1、工具用钢的类别
2、成分特点和热处理特点
四、课堂练习
常见的工具用钢有哪些?
五、作业布置
练习册P40:
课题二;
六、课堂后记
一、新课引入
复习:
1.工程结构钢有哪些基本要求?
2.工程结构钢和机械制造结构钢的含义?
二、讲授新课
特殊性能钢是指具有特殊物理或化学性能的钢。
其常用来制造要求具有一定的力学性能和特殊性能的构件或零件。
特殊性能钢种类很多,在机械制造中主要有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
(一)、不锈钢不锈钢是指一些在空气、水、盐水、酸、碱等腐蚀性介质中具有高的化学稳定性的钢。
有时把仅能抵抗大气、水等介质腐蚀的钢叫作不锈钢,而把在酸、碱等介质中具有抗腐蚀能力的钢称为耐酸钢,但习惯上都称为不锈钢。
一般不锈钢不一定耐酸,而耐酸钢却往往具有较好的不锈性能。
不锈钢的成分特点:
Cr是决定不锈钢耐蚀性的主要元素。
在氧化性介质中,Cr能使钢表面生成钝化膜,能提高基体电极电位,Cr还是缩小丫相区的元素,当Cr的含量超过
12.7%时,铁铬合金为单一的铁素体组织。
常用不锈钢
根据钢的正火组织不同,通常将不锈钢分为马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢三种。
(二)、耐热钢
近几十年来,由于燃气轮机、航空航天技术及其他高温高压技术的发展,对有关机械零部件的要求越来越高。
如火电厂的燃气锅炉、蒸汽涡轮,航空、航天、舰船、石油和化工等工业部门的高温工作部件,它们都在高温下承受各种载荷,并与高温蒸汽、空气或燃气接触,所以这些零部件的技术要求都比较高。
通常把在高温条件下工作的钢称为耐热钢。
耐热钢应具有两方面的基本性能:
一是有良好的高温强度和塑性;二是有足够高的化学稳定性。
根据不同的服役条件,常常将耐热钢分为抗氧化钢及热强钢两大类
(三)、耐磨钢
磨损是机械零件主要的失效形式之一。
不同的工况磨损机理也不同,影响因素有很多,过程也十分复杂。
耐磨钢目前还没有系统的技术标准,也没有独立的钢号。
制造耐磨零件所选用的钢比较广泛,一部分结构钢、工具钢及合金铸铁常用来制造各种耐磨零件。
这里主要介绍高锰铸钢。
三、课堂总结
1、特殊性能钢的含义
2、特殊性能钢的类别及应用
四、课堂练习特殊性能钢有哪些类别?
不锈钢的主要成分是什么?
耐热钢和高锰钢主要应用在哪些方面?
五、作业布置
练习册P43:
课题三;
六、课堂后记
Wc<0.25%
0.25% Wc3^0.6% 1■按化学成分分类 八低碳钢 11)碳素钢Y中碳钢 —高碳钢 一、新课引入 本章的主要内容有哪些? 本节课将对本章知识点 4.按冶炼时脫氧程度分类 (1)沸腾钢 (2)镇静钢(3)半镇静钢(4)特殊镇静钢 二、钢的牌号 1.碳素结构钢 由屈服点“屈'字汉语拼音字首⑪I屈服点数值、质量等级符号和脱氧符号组成. 2优质碳素结构钢由两位数字表示。 3.碳素工具钢 由锻”字汉语拼音字首T加数字组成。 4.铸造碳钢 由“铸二“钢"两字汉语拼音字首它孑加两组数字组成a 5•低合金高强度结构钢 与碳素结构钢的牌号表示方法相同, L合金结构钢 由两位数字、元素符号和数字组成口 7,滚动轴承钢 用“滚”字汉语拼音字首G、元素符号O和数字表示. 8,合金工具钢 由一位数字、元素符号和数字组成口 9,不锈钢、耐热钢和耐磨钢 不锈钢和耐热钢的牌号与合金工具钢基本相同,当碳的平均质量分数W0.03%及(103%时,在牌号前分别加©及P0寫 耐磨钢由峙寿钢”二字的汉语拼音字首Z(k锚的元素符号猛的平均质量分数的百分之几加顺序号组成, 三、课堂练习 (1)合金元素在钢中以什么形式存在? 对钢的性能有 哪些影响? (2)合金元素对钢回火转变有哪些影响? 有什么好处? (3)说明下列牌号属何类钢? 其数字和符号各表示什 么? 20Cr9SiCr60Si2MnGCr151Cr13 Cr12 四、课堂小结 本章主要介绍了合金元素在钢中的作用,碳钢及低 合金钢与合金钢的分类、性能和应用等内容。 在学习之后: 第一,要准确认识合金钢与非合金钢的关系和区别,合金元素在钢中的作用;第二,要特别理解合金钢的分类、性能、热处理方法和应用之间的一般关系,而且还要积累典型材料、零件、热处理方法和应用之间的感性知识。 采取这种方式学习,可以做到由繁到简,由难到易,由书本知识到实践经验的转化,达到提纲挈领、触类旁通的效果,并能提高学习效率。 五、布置作业完成所有模块五练习册内容。 六、课堂后记 一、新课引入与同学们一起回顾本章的主要内容。 二、新课内容 测验: 填空题 1.常用的提高淬透性的合金元素有()、()、()、()和B等。 2.北京奥运会鸟巢体育馆所用的材料牌号为()。 3.40Cr表示平均含碳量为()的()。 4.合金工具钢按使用性质和主要用途分为()、()和()。 5.常用的合金刃具钢有()和()。 6.常用的特殊性能钢包括()、()和()等。 7.常用的不锈钢有()不锈钢和()不锈钢两种。 8.不锈钢中的基本合金元素是(),其含量一般在()以上。 9.合金钢按主要质量等级可分为()合金钢和 )合金钢 10.钢的耐热性包括()性和()性两个方面。 单选题 1.GCr15钢的平均含铬量为()% A、0.15B、1.5C、15 2.38CrMoAl钢是属于合金()。 A、调质钢B、渗碳钢C、弹簧钢 3.“合金钢”是按()分类的。 (A)化学成份(B)含碳量(C)氧化(D)脱 氧 4.合金渗碳钢渗碳后必须进行()后才能使用。 A.淬火加低温回火;B.淬火加中温回火;C.淬火加高温回火。 5.将括弧内合金钢牌号归类。 耐磨钢: ();合金弹簧钢: ();合金模具钢: ();不锈钢: ()。 A.60Si2MnA;B.ZGMn13-2;C.Cr12MoV;D.12Cr13。 6.为下列零件正确选材: 机床主轴();汽车与拖 拉机的变速齿轮();减振板弹簧();滚动轴承 ();贮酸槽();坦克履带()。 A.12Cr18Ni9;B.GCr15;C.40Cr;D.20CrMnTi;E.60Si2MnA;F.ZGMn13-3。 7.为下列工具正确选材: 高精度丝锥();热锻模 ();冷冲模();医用手术刀片();麻花钻 头()。 A.Cr12MoV;B.CrWMn;C.68Cr17;D.W18Cr4V; E.5CrNiMo。 判断题1.合金渗碳钢都是低碳钢。 ()2.不锈钢中的含碳量越高,其耐蚀性越好。 () 3.一般合金钢都有较好的耐回火性。 () 4.大部分低合金钢和合金钢的淬透性比非合金钢好。 () 5.3Cr2W8V钢一般用来制造冷作模具。 () 6.GCr15钢是高碳铬轴承钢,其铬的质量分数是15%。 () 7.Cr12MoVA钢是不锈钢。 () 8.40Cr钢是最常用的合金调质钢。 () 简答题 1.回答下列问题: (1)工程结构钢有哪些基本要求? 答: 工程结构钢大多用于制造工程结构件,根据工程结构件的服役条件,其主要性能要求为足够的强度和良好的焊接性能、成形工艺性及一定的耐蚀性。 (2)常用碳素结构钢和低合金高强度钢有哪些牌号? 各 有何性能特点及应用? Q195、Q215、 答: 碳素结构钢一般是含碳量低于0.25%的低碳结构钢,常用碳素结构钢按屈服强度可分为 Q235和Q275四个牌号。 它含有害元素及非金属夹杂物较多,但由于冶炼容易、工艺性能好、价格低廉,而且力学性能也能满足一般使用要求,因此,常用于制造普通的工程结构件及普通零件。 低合金高强度结构钢是指在碳素结构钢的基础上,通过添加一种或多种少量合金元素(低于3%),使钢的强度明显高于碳素结构钢的一类工程结构用钢。 常用低合金高强度结构钢有Q345、Q390、Q420、Q460、Q500、Q550、Q620、Q690等牌号。 低合金高强度结构钢具有高的强度和良好的塑性、良好的焊接性能、良好的低温韧性、良好的耐蚀性。 主要用于各类工程结构中承载大、自重轻、高强度的工程结构件。 (3)提高钢耐蚀性的方法有哪些? 常用不锈钢有哪些种类? 各有何特点? 答: 提高钢耐蚀性的方法有提高基体的电极电位,加入使钢能在表面形成钝化膜的合金元素,使钢在常温时以单相状态存在,以免形成微电池,提高耐蚀性。 减少或消除钢中的各种不均匀现象、表面覆盖等均能防止或减轻金属的腐蚀。 常用不锈钢有马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢及铁素体不锈钢。 马氏体不锈钢的特点是耐蚀性较差,但它的力学性能却可通过热处理进行强化,而且价格低廉。 因此在腐蚀性较弱的介质中,如大气、水蒸气、淡水、海水等,且又要求高的力学性能的条件下得到了广泛应用。 奥氏体不锈钢的特点是有很好的耐蚀性,具有高的塑性、良好的焊接性、韧性和低温韧性。 但是奥氏体不锈钢由于含大量的Cr、Ni等合金元素,价格比较贵,另外,奥氏体组织易产生加工硬化,使切削加工比较困难。 铁素体不锈钢的特点是力学性能和工艺性能比较差,脆性大,韧脆转变稳定在室温左右,所以多用于制造受力不大的有耐酸和抗氧化要求的结构部件。 铁素体不锈钢在加热和冷却过程中基本上无同素异构转变,多在退火软化态下使用。 另外,铁素体不锈钢在加热与冷却过程中不发生相变,因而一旦晶粒长大,无法用热处理加以细化,只能用塑性变形及再结晶来改善。 (4)说明下列钢材牌号属何类钢? 其数字和符号各表示 什么? ①Q460B②Q355NHC③20Cr④GCr15SiMn⑤9CrSi⑥Cr12⑦10Cr17⑧W6Mo5Cr4V2 答: ①Q460B表示屈服点(Ts>460MPa,质量为B级的低合金高强度结构钢;②Q355NHC表示屈服点(Ts>355MPa,质量为C级的焊接结构耐候钢;③20Cr钢表示合金渗碳钢,W(C)=0.2%,W(Cr)=1%;④ GCr15SiMn表示高碳铬轴承钢,W(C)=0.95%〜1.10%,W(Cr)=1.5%,W(Si)=1%,W(Mn)=1%: ⑤9CrSi钢表示合金工具钢,W(C)=0.9%,W(Cr)=1%,W (Si)=1%;@Cr12钢属于冷作模具钢,W(C)>1%,W(Cr)=12%;⑦10Cr17钢属于不锈钢,W(C)=0.12%,W(Cr)=17%: ⑧W6Mo5Cr4V2表示高速钢,W(C)=0.8%〜0.9%,W(Mo)=5%,W(Cr)=4%,W(V)=2%。 三、课堂总结本章主要通过测验来巩固学生对本章知识点理解,包括: 合金钢的类别,牌号,性能,用途及热处理工艺,同时为以后的工作打下扎实的基础。 四、作业布置完成模块五所有作业。 五、课堂后记
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