任务二 工程材料
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任务二 工程材料
教学内容教学内容
1.金属材料的分类
2.碳钢、合金钢分类、牌号及应用
3.非铁金属材料的牌号,应用
学习要求学习要求
1.掌握钢、铸铁的牌号及性能
2.理解非铁金属材料的牌号、性能及应用
3.了解钢杂质的影响,陶瓷、复合材料
能力要求 能力要求
初步具有选材的能力
课前案例分析
箱体
底座齿轮
传动轴
为满足减速器的设计要求,各组成零件应选择什么样的材料,为什么?
工程材料分为哪几种?
有什么样的特点?性能?
怎样合理的选择材料?
2.1 碳钢
一 . 杂质元素对碳钢性能的影响
硅 ( Si) 有很强的固溶强化作用,脱氧作用
锰 (Mn) 脱氧、去硫 , 提高钢的强度和硬度
硫 ( S) 能引起钢在热加工时或高温工作下开裂 ( 热裂 ) 。
磷 ( P) 有很强的固溶强化作用,低温韧性差 ( 冷裂 ) 。
二、碳钢的分类
按含碳量低碳钢 ωc≤0.25%
中碳钢 ωc=0.25%~0.60%
高碳钢 ωc > 0.6%
按质量普通碳素钢 ωs≤0.055% , ωp≤0.045%
优质碳素钢 ωs 、 ωp≤0.035%~0.040%
高级优质碳素钢 ωs≤0.02%~0.03% , ωp≤0.03%~0.035%
按用途碳素结构钢
碳素工具钢
三、碳钢的牌号和用途
1.普通碳素结构钢
Q 235 — A · F沸腾钢
A 等级
235 MPa
屈服强度
2.优质碳素结构钢
两位数字45— 表示含碳量为 0.45%若钢中含锰量较高,将锰元素标出。
45Mn— Wc = 0.45% ; WMn = 0.7% ~ 1.0%
3.碳素工具钢
T 12 A高级优质
Wc = 1.2%
碳素工具钢
4.碳素铸钢
ZG 200 - 400
σb ≥ 400MPa
σs≥ 200MPa
铸钢
四、合金钢
1.合金元素在钢中的作用
合金元素的存在形式
溶于 F 中形成合金 F, 固溶强化溶于渗碳体中,形成合金渗碳体单独形成特殊碳化物, TiC 、 VC 等
Fe 、 Mn 、 Cr 、 Mo 、 W 、 V 、 Ti 、 Nb 、 Zr
弱 强
弱碳化物元素 : Fe、 Mn中强碳化物元素 : Cr、 Mo、 W强碳化物元素 : V、 Ti、 Nb、 Zr
2.合金钢的分类与牌号
按合金总的含量
低合金钢 ωe < 4%~5%
中合金钢 ωe =5%~10%
高合金钢 ωe > 10%
按用途合金结构钢
合金工具钢
特殊性能钢
3.合金钢牌号
60 Si 2 Mn
两位数字表示含碳量万倍 Wc=0.6%
化学元素符号
表示含 Si 量 2%
化学元素符号 表示含锰量≤ 1.5%
合金结构钢
合金工具钢
9 Si Cr
Wc=0.9%
Wsi≤1.5%
Wcr≤1.5%
W18 Cr4 V 表示 Wc=0.7%~0.8%,Ww=18% 、 WCr=4% 、 Wv≤1.5%
特殊性能钢特殊性能钢含碳量的表示方法与合金工具钢相同,即含碳量大于 1.0% 时不标出,小于 1.0% 时以千分数表示,而合金含量用百分数表示。
当含碳量小于 0.08% 时,在钢的牌号前加“ 0”表示 0Cr18Ni11Ti
当含碳量小于 0.03% 时,在钢的牌号前加“ 00” 表示 00Cr18Ni10
五、合金钢的应用
合金结构钢
低合金高强度结构钢
合金渗碳钢
合金调质钢
合金弹簧钢
滚动轴承钢
低合金高强度结构钢
1 、化学成分 碳素结构钢 + 合金元素 主加合金元素 : Mn 1.8 % 以内
辅加合金元素 :V 、 Ti 、 Nb 、 B 2 、牌号
Q 345 C
质量等级
345 MPa
屈服强度
Q460 钢含 Mo 、 B ,正火组织 为 B,强度高,用于石化中温 高压容器。
压力容器
南京长江大桥
Q345 钢 (16Mn) 综合性能好, 用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。
Q390 钢含 V 、 Ti 、 Nb ,强度 高,用于中等压力的容器。
万吨远洋轮
合金渗碳钢( Wc=0.1%~0.25% )
性能:渗碳层具有优异的耐磨性、抗疲劳性,未渗碳的心部具有足够的强度和优良的韧性。热处理:渗碳 + 淬火 + 低温回火
碳素渗碳钢 合金渗碳钢
化学成分 Wc ≤ 0.25 %
Wc=0.1%~ 0.25%合金元
素 :Cr、 Mn、 Ni、 B 、 V 、 W 、Mo、 Ti等。
热处理后组织表层:回马+Fe3C+A
心部: F+P
表层:回马 + 合金渗碳体 +A心部:低碳回马
应用:用来制造性能要求较高或截面尺寸较大,且在承受较强烈的冲击作用下和磨损条件下工作的渗碳零件。
低淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量< 3 % 15Cr、 20Cr、 20Mn2。用于受力小的耐磨件,如柴油机的活塞销、凸轮轴等。 活塞销 ( 20Cr )中淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在 4 %左右。 20CrMn、 20CrMnTi 、 20Mn2TiB。用于中等载荷的耐磨件,如变速箱齿轮。
柴油机凸轮轴
高淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在 4 %~ 6 % 。 18Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐磨件,如柴油机曲轴。 柴油机曲轴
合金调质钢
合金调质钢是经过调质后使用的合金钢。含碳量为Wc=0.25%~0.50% 。Cr 、 Ni 、 Mn 、 Si 、 B 增加淬透性Cr 、 Ni 、 Mn 、 Si 、 固溶强化
碳素调质钢 合金调质钢化学成分 Wc=0.25~ 0.6% Wc=0.25~ 0.6%合金元
素 Cr、 Ni、 B 、 Si、 V 、Ti
热处理后的组织 表层: S心部: P
表层: S心部: S
合金调质钢具有良好的综合力学性能,主要用来制造一些重要的零件。
低淬透性调质钢钢含合金元素总量< 3 %。
40Cr、 40MnB等。
中淬透性调质钢钢含合金元素总量在 4 %左右。38 CrSi 、 35 CrMo
等。
圆锥齿轮
柴油机凸轮轴
高淬透性调质钢钢含合金元素总量在 4 %~ 10 %
制造大截面重载荷零件,如曲轴等用高淬透性的零件等 。38 Cr Mo Al A、 40 Cr Mn Mo、25 Cr2 Ni4 W A等。
常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。
1.实习车间的齿轮、轴、螺栓、手锯、游标卡尺是用什么材料的制造的?
2. 为什么比较重要的大截面的结构零件,如重型运输机械和矿山机械的轴类必须用合金钢制造?与碳钢比较,合金钢有何优缺点?
3.试根据所学知识,确定减速器壳体、底座,齿轮和轴的材料。