5.1 工业用钢概述.ppt

l1.1.您熟悉工业用钢的分类与牌号表示方法吗？您熟悉工业用钢的分类与牌号表示方法吗？l2.2.何谓机械零件的失效？试说明失效类型、原因及失效分析的何谓机械零件的失效？试说明失效类型、原因及失效分析的基本思路是什么？基本思路是什么？l3.3.工程结构用钢的常用类别，典型钢号、工作条件、性能特工程结构用钢的常用类别，典型钢号、工作条件、性能特点、化学成分特点、主要失效形式、热加工工艺特点、使用态点、化学成分特点、主要失效形式、热加工工艺特点、使用态组织、用途举例是什么？组织、用途举例是什么？l4.4.你熟悉常用机械结构用钢的类别，典型牌号，工作条件，你熟悉常用机械结构用钢的类别，典型牌号，工作条件，性能特点，化学成分，主要失效形式，热加工（包括热处理）性能特点，化学成分，主要失效形式，热加工（包括热处理）工艺特点与相应组织，及典型用途吗？工艺特点与相应组织，及典型用途吗？l5.5.常用工具钢、特殊性能钢的类别，典型牌号，工作条件，常用工具钢、特殊性能钢的类别，典型牌号，工作条件，性能与化学成分特点，主要失效类型，热处理工艺特点与相应性能与化学成分特点，主要失效类型，热处理工艺特点与相应组织，典型用途又是什么？组织，典型用途又是什么？，它是本课程学习的第三个重点。在工业用钢中，它是本课程学习的第三个重点。在工业用钢中，按主要用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三大类，按主要用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三大类，工业用钢的种类繁多，如何识记就成为学习的关键。工业用钢的种类繁多，如何识记就成为学习的关键。合金元素的作用是本合金元素的作用是本章学习的另一关键。章学习的另一关键。例如对于例如对于CrCr元素在机械结构钢中的主要元素在机械结构钢中的主要作用就是提高淬透性，强化基体组织。但在专用滚动轴承钢中，它还有其特殊性，作用就是提高淬透性，强化基体组织。但在专用滚动轴承钢中，它还有其特殊性，即提高耐磨性的作用。即提高耐磨性的作用。（）（）熟悉常用金属材料（包括工业用钢、铸铁与有色金属熟悉常用金属材料（包括工业用钢、铸铁与有色金属合金）的分类和编号方法合金）的分类和编号方法，要做到从其牌号即可判断其种类、要做到从其牌号即可判断其种类、大致化学成分、主要加工工艺特点及相应组织、主要用途与大致化学成分、主要加工工艺特点及相应组织、主要用途与主要性能特点等；主要性能特点等；（）熟练地掌握常用工业用钢（重点是合金钢）的类别（）熟练地掌握常用工业用钢（重点是合金钢）的类别（按用途分类）、典型牌号、碳与合金元素的含量及主要作（按用途分类）、典型牌号、碳与合金元素的含量及主要作用、主要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织以及用、主要性能特点、常用热处理工艺选择、使用态组织以及典型用途等；典型用途等；（3 3）深入理解铸铁的石墨化过程深入理解铸铁的石墨化过程与影响因素，与影响因素，铝合金的强化铝合金的强化途径与方法，以及滑动轴承合金的性能特点与组织要求途径与方法，以及滑动轴承合金的性能特点与组织要求等。等。l5.1.15.1.1 钢的分类钢的分类1.1.钢的分类钢的分类 2.2.从不同角度进行分类从不同角度进行分类 l5.1.25.1.2 钢号表示方法钢号表示方法1.1.钢铁产品牌号表示方法钢铁产品牌号表示方法 2.2.钢铁及合金统一数字代号体系钢铁及合金统一数字代号体系l5.1.3 5.1.3 金属材料的失效分析金属材料的失效分析1.1.有关失效的概念有关失效的概念 2.2.失效分析方法失效分析方法l钢的分类分为两部分：钢的分类分为两部分：可将钢分为非合金钢、低合金钢及合金钢三大类，可将钢分为非合金钢、低合金钢及合金钢三大类，如如所示。所示。如如所示。所示。合金元素规定质量分数界限值合金元素规定质量分数界限值/%合金合金元素元素合金元素规定质量分数界限值合金元素规定质量分数界限值/%非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢非合金钢非合金钢低合金钢低合金钢合金钢合金钢 0.10-0.10Pb0.40-0.40B 0.00050.0005Se0.10-0.10 0.10 0.10Si0.500.500.90 0.90 0.300.300.50 0.50Te0.10-0.10 0.10-0.10Ti0.050.050.130.13 0.100.100.50 0.50W0.10-0.10 1.001.001.40 1.40V0.040.040.120.12 0.050.050.10 0.10Zr0.050.050.120.12 0.300.300.50 0.50La系系0.020.020.050.05 0.020.020.06 0.06其它其它0.05-0.05 普通质量的非合金普通质量的非合金钢；钢；优质非合金钢；优质非合金钢；特殊质量的非合金特殊质量的非合金钢。钢。规定最高强度（或硬度）为主要特性（如冷成型钢）；规定最高强度（或硬度）为主要特性（如冷成型钢）；规定最低强度为主要特性（如压力容器用钢）规定最低强度为主要特性（如压力容器用钢）限制碳含量为主要特性（如调质钢）；限制碳含量为主要特性（如调质钢）；非合金易切削钢；非合金工具钢；具有特定电磁性能非合金易切削钢；非合金工具钢；具有特定电磁性能的非合金钢（如电工纯铁）；其它非合金钢的非合金钢（如电工纯铁）；其它非合金钢。普通质量低合金钢；普通质量低合金钢；优质低合金钢；优质低合金钢；特殊质量低合金钢特殊质量低合金钢。可焊接的低合金高强度结构钢；可焊接的低合金高强度结构钢；低合金耐侯钢；低合金钢筋钢；低合金耐侯钢；低合金钢筋钢；铁道用低合金钢；矿用低合金钢；其它低合金钢。铁道用低合金钢；矿用低合金钢；其它低合金钢。优质合金钢；优质合金钢；特殊质量合金钢。特殊质量合金钢。工程结构用合金钢；工程结构用合金钢；机械结构用合金钢；机械结构用合金钢；不锈、耐蚀钢和耐热钢；合金工具钢和高速工具钢；不锈、耐蚀钢和耐热钢；合金工具钢和高速工具钢；轴承钢；特殊物理性能钢；其它合金钢。轴承钢；特殊物理性能钢；其它合金钢。2.2.从不同角度进行分类从不同角度进行分类l 工业用钢在现代国民经济中是应用最为广泛的金属材料，工业用钢在现代国民经济中是应用最为广泛的金属材料，占有极其重要的地位。依据分类标准不同，钢的分类方法又有占有极其重要的地位。依据分类标准不同，钢的分类方法又有多种。多种。其中碳钢按碳含量又可分为低碳钢（其中碳钢按碳含量又可分为低碳钢（w wC C0.25%0.25%）、）、中碳钢（中碳钢（w wC C0.250.60%0.250.60%）、）、高碳钢（高碳钢（w wC C0.60%0.60%）；）；合金钢按合金元素含量也可分合金钢按合金元素含量也可分为低合金钢（为低合金钢（w wMeMe5%5%）、）、中合金钢（中合金钢（w wMeMe5%10%5%10%）、）、高合金钢高合金钢（w wMeMe10%10%）。）。可分为结构钢（包括一般工程结构钢和机器零件结构钢）、工具钢可分为结构钢（包括一般工程结构钢和机器零件结构钢）、工具钢（包括刃具、模具及量具用钢）、特殊性能钢（包括不锈钢、耐热钢及耐（包括刃具、模具及量具用钢）、特殊性能钢（包括不锈钢、耐热钢及耐磨钢）及专业用钢等。磨钢）及专业用钢等。依据钢中有害元素依据钢中有害元素S、P的质量分数可将钢分为普通质量钢、优质钢、的质量分数可将钢分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢，如高级优质钢和特级优质钢，如表表5-3所示。所示。l中国钢号的编号，根据中国钢号的编号，根据GB221-1979GB221-1979规定，由三部分相结合规定，由三部分相结合组成：组成：l化学元素符号，用以表示钢中所含化学元素种类（采用国化学元素符号，用以表示钢中所含化学元素种类（采用国际化学元素符号）；际化学元素符号）；l汉语拼音字母，用以表示产品的名称、用途、冶炼方法等汉语拼音字母，用以表示产品的名称、用途、冶炼方法等特点，常采用的缩写字母及含义见特点，常采用的缩写字母及含义见表表5-35-3*；l阿拉伯数字，用以表示钢中主要化学元素含量（质量百分阿拉伯数字，用以表示钢中主要化学元素含量（质量百分数）或产品的主要性能参数或代号。数）或产品的主要性能参数或代号。缩写缩写字母字母钢号钢号中位中位 置置代代 表表 含含 义义举举 例例缩写缩写字母字母钢号钢号中位中位 置置代代 表表 含含 义义举举 例例A A、B B、C C、DD、E E尾尾质量等级质量等级Q235BQ235B50C50Cr rVAVAMLML首首铆螺钢铆螺钢ML40ML40BLBL首首标准件用碳钢标准件用碳钢BL3BL3Q Q首首屈服强度屈服强度Q235Q235b b尾尾半镇静钢半镇静钢0808b bq q尾尾桥梁用钢桥梁用钢1616MMn nq qC C首首船用钢船用钢C20C20R R尾尾压力容器用钢压力容器用钢1616MMn nR RDGDG首首电工用硅钢电工用硅钢DG5DG5T T首首碳素工具钢碳素工具钢T10T10DRDR首首电工用热轧硅钢电工用热轧硅钢DR400-50DR400-50U U首首钢轨钢钢轨钢U71MU71Mn nDRDR尾尾低温压力容器钢低温压力容器钢1616MMn nDRDRH H首首焊条用钢焊条用钢H08MH08Mn nSiSiDTDT首首电工纯铁电工纯铁DT4ADT4AH H尾尾保证焊接性结构钢保证焊接性结构钢4040C Cr rH Hd d尾尾低淬透性钢低淬透性钢5555TidTidK K首首铸造高温合金铸造高温合金K213K213F F尾尾沸腾钢沸腾钢0808F FL L尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢0808T Ti iL LF F首首热锻非调质钢热锻非调质钢F45VF45VY Y首首易切削钢易切削钢Y15PbY15PbG G首首滚动轴承钢滚动轴承钢GCGCr r1515Z Z尾尾镇静钢镇静钢4545AZAZGHGH首首变形高温合金变形高温合金GH1130GH1130ZGZG首首铸钢铸钢ZG200-400ZG200-400g g尾尾锅炉用钢锅炉用钢2020g gZUZU首首轧辊用铸钢轧辊用铸钢ZU70MZU70Mn n2 2钢类钢类钢号举例钢号举例钢号表示方法说明钢号表示方法说明普通质量非普通质量非合金钢合金钢Q195，Q235C，Q235AF“Q”代表钢材屈服强度，后面数字表示屈服强度值（代表钢材屈服强度，后面数字表示屈服强度值（MPa）。）。如如Q235AF表示质量等级为表示质量等级为A级、沸腾钢（脱氧方法为级、沸腾钢（脱氧方法为F），），其屈服其屈服强度值为强度值为235MPa。低合金结构低合金结构钢钢Q345A，09Mn，16Mn，16Mng低合金高强度结构钢新标准的钢号基本上同上，如低合金高强度结构钢新标准的钢号基本上同上，如Q345A。一般一般低合金结构钢钢号基本上和合金结构钢的钢号表示方法相同。对于低合金结构钢钢号基本上和合金结构钢的钢号表示方法相同。对于专业用低合金钢，应在钢号最后标明，如专业用低合金钢，应在钢号最后标明，如16Mn钢，用于锅炉的专钢，用于锅炉的专用钢为用钢为“16Mng”。优质非合金优质非合金钢（机械结钢（机械结构用钢等）构用钢等）08F,15,30,45,20Mn,50Mn,20g钢号的头两位数字表示平均碳含量的万分之几，如平均碳含量为钢号的头两位数字表示平均碳含量的万分之几，如平均碳含量为0.45%的钢，钢号为的钢，钢号为“45”。Mn含量者，应将含量者，应将Mn元素标出，如元素标出，如50Mn。专门用途的优质非合金钢，应在钢号中特别标出，如专门用途的优质非合金钢，应在钢号中特别标出，如20g（锅炉用钢）。锅炉用钢）。非合金易切非合金易切削钢削钢Y12，Y15Pb，Y40Mn钢号冠以钢号冠以“Y”，以区别于其它结构钢，以区别于其它结构钢，“Y”后面的数字表示碳含量，后面的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如以平均碳含量的万分之几表示，如Y12。锰含量较高或含铅的钢，锰含量较高或含铅的钢，在钢号后标出在钢号后标出“Mn”或或“Pb”，如如“Y15Pb”，“Y40Mn”。合金结构钢合金结构钢20CrMnTi，18Cr2Ni4W，38CrMoAl，45MnB钢号的头两位数字表示平均碳含量的万分之几。钢中主要合金元素，除个别微钢号的头两位数字表示平均碳含量的万分之几。钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均质量分数合金元素外，一般以百分之几表示。当平均质量分数1.5%1.5%时，钢号中一般只时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明质量分数，但在特殊情况下易混淆者，在元素符号后标出元素符号，而不标明质量分数，但在特殊情况下易混淆者，在元素符号后亦可标以数字亦可标以数字“1”“1”；当平均质量分数；当平均质量分数1.5%1.5%，2.5%2.5%时，在元素符号后应时，在元素符号后应标明相应含量标明相应含量2 2，33等，如等，如1818Cr2Ni4WCr2Ni4W中，含铬中，含铬2.5%2.5%，镍，镍4.5%4.5%，钨，钨1.5%1.5%。弹簧钢弹簧钢65，60Si2Mn，50CrVA非合金弹簧钢的钢号表示法基本上同优质非合金钢。合金弹簧钢的非合金弹簧钢的钢号表示法基本上同优质非合金钢。合金弹簧钢的钢号表示法，基本上同合金结构钢。钢号表示法，基本上同合金结构钢。滚动轴承钢滚动轴承钢GCr15，Cr15SiMn，G10CrNi3Mo钢号冠以钢号冠以“G”，表示轴承钢类。高碳铬轴承钢钢号的表示轴承钢类。高碳铬轴承钢钢号的wC不标出，不标出，铬含量以千分之几表示，如铬含量以千分之几表示，如GC15表示表示wCr1.5%的滚动轴承钢。渗的滚动轴承钢。渗碳轴承钢的钢号表示法基本上同合金结构钢。碳轴承钢的钢号表示法基本上同合金结构钢。非合金工具非合金工具钢钢T8，T8Mn，T10A，T12A钢号冠以钢号冠以“T”，“T”后面的数字表示后面的数字表示wC，以平均碳含量分数的千分以平均碳含量分数的千分之几表示，如之几表示，如T8，表示表示wC0.8%。锰含量较高者，在钢号后标出锰含量较高者，在钢号后标出“Mn”，如如T8Mn。钢中钢中S、P含量低于一般非合金工具钢者，在其含量低于一般非合金工具钢者，在其钢号末尾加注字母钢号末尾加注字母“A”，以示区别，如以示区别，如T12A。合金工具钢合金工具钢9SiCr，Cr12MoV，3Cr2W8V当当wC1.0%时，不标出；当时，不标出；当wC1.0%时，以千分之几表示，如时，以千分之几表示，如9SiCr。钢中合金元素含量表示方法基本上与合金结构钢同。钢中合金元素含量表示方法基本上与合金结构钢同。高速工具钢高速工具钢W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2其一般不标出碳质量分数，只标出各合金元素平均含量的百分之几，其一般不标出碳质量分数，只标出各合金元素平均含量的百分之几，如如W18Cr4V。不锈钢和耐不锈钢和耐热钢热钢0Cr13，1Cr13，00Cr18Ni10N钢号中碳含量以千分之几表示，如钢号中碳含量以千分之几表示，如1Cr13钢的钢的wC为为0.1%；若钢中；若钢中wC0.03%或或wC0.08%者，钢号前分别冠以者，钢号前分别冠以“00”或或“0”表表示之，如示之，如00Cr18Ni10N，0Cr13等。对钢中主要合金元素以百分等。对钢中主要合金元素以百分之几表示。在珠光体耐热钢中，碳含量表示方法与合金结构钢同，之几表示。在珠光体耐热钢中，碳含量表示方法与合金结构钢同，如如12Cr1MoV。高温合金高温合金GH1130，GH4033变形高温合金的新牌号，采用变形高温合金的新牌号，采用“GH”加加4位数字组成。第位数字组成。第1位数字表位数字表示分类号，其中：示分类号，其中：1固溶强化型铁基合金；固溶强化型铁基合金；2时效硬化型铁基合时效硬化型铁基合金；金；3固溶强化型镍基合金；固溶强化型镍基合金；4时效硬化型镍基合金。第时效硬化型镍基合金。第2、3、4位数字表示合金的编号，与旧牌号（位数字表示合金的编号，与旧牌号（GH+2或或3位数字）的编号一位数字）的编号一致。致。K213，K417铸造高温合金的新牌号采用铸造高温合金的新牌号采用“K”加加3位数字组成。第位数字组成。第1位数字表示分位数字表示分类号，含义同上。第类号，含义同上。第2、3位数字表示合金的编号，与旧牌号（位数字表示合金的编号，与旧牌号（K+2位数字）的编号一致。位数字）的编号一致。2.2.钢铁及合金统一数字代号体系钢铁及合金统一数字代号体系 l 国标国标GB/T17616-1998GB/T17616-1998对钢铁及合金产品牌号规定了统一数字代号，与现行的对钢铁及合金产品牌号规定了统一数字代号，与现行的GB/T221-2000GB/T221-2000钢铁产品牌号表示方法等同时并用。统一数字代号有利于现代化数钢铁产品牌号表示方法等同时并用。统一数字代号有利于现代化数据处理设备进行存储和检索，便于生产和使用。据处理设备进行存储和检索，便于生产和使用。l 统一数字代号由固定的统一数字代号由固定的6 6位符号组成，左边第位符号组成，左边第1 1位用大写拉丁字母作前缀（位用大写拉丁字母作前缀（“I”I”和和“O”O”除外），后接除外），后接5 5位阿拉伯数字。每个统一数字只适用于一个产品牌号。位阿拉伯数字。每个统一数字只适用于一个产品牌号。统一数字代号的结构型式如下：统一数字代号的结构型式如下：合金结构钢合金结构钢轴承钢轴承钢铸铁、铸钢及铸造合金铸铁、铸钢及铸造合金电工用钢和纯铁电工用钢和纯铁铁合金和生铁铁合金和生铁高温合金和耐蚀合金高温合金和耐蚀合金精密合金及其它特殊物性材料精密合金及其它特殊物性材料低合金钢低合金钢A AB BC CE EF FH HJ JL L杂类材料杂类材料粉末及粉末材料粉末及粉末材料快淬金属及合金快淬金属及合金不锈、耐蚀和耐热钢不锈、耐蚀和耐热钢工具钢工具钢非合金钢非合金钢焊接用钢及合金焊接用钢及合金M MP PQ QS ST TU UW Wl 现已发展成为现已发展成为一门科学一门科学，它包括逻辑推理和实验研究两方面它包括逻辑推理和实验研究两方面。l实验研究时要充分利用宏观测试和微观分析手段，有系统、有步骤地进行实验研究时要充分利用宏观测试和微观分析手段，有系统、有步骤地进行研究和分析，以便从中找到零件失效的根源研究和分析，以便从中找到零件失效的根源。l收集失效零件的残骸并进行肉眼观察、测量并记录损坏位置、尺寸变化收集失效零件的残骸并进行肉眼观察、测量并记录损坏位置、尺寸变化和断口的宏观特征等；和断口的宏观特征等；l详细了解零件的工作环境和失效经过等，审查有关资料；详细了解零件的工作环境和失效经过等，审查有关资料；l有针对性地进行有关试验研究，取得数据。根据需要选择以下项目试验有针对性地进行有关试验研究，取得数据。根据需要选择以下项目试验:i.i.化学分析；化学分析；ii.ii.断口分析断口分析 ；iii.iii.宏观检验；宏观检验；iv.iv.金相分析；金相分析；v.v.应力分析；应力分析；vi.vi.力学性能测试力学性能测试 ；vii.vii.断裂力学分析断裂力学分析 。l综合以上各种资料，判断失效的原因，提出改进措施，写出分析报告。综合以上各种资料，判断失效的原因，提出改进措施，写出分析报告。l总之，影响失效的因素很多，失效与诸多因素之间的关系总之，影响失效的因素很多，失效与诸多因素之间的关系。它。它可作为失效分析的基本环节，供参考。可作为失效分析的基本环节，供参考。