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课题二　常用钢、合金钢材料
一、非合金钢(碳素钢)
非合金钢有两种分类方法:
一是非合金钢按主要质量等级分普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢.
二 是非合金钢按主要性能或使用特性分:
a)以规定最高强度(或硬度)为主要特性的非合金钢,例如冷成形用薄钢板;
b)以规定最低强度为主要特性的非合金钢,例如造船、压力容器、管道等用的结构钢;
c)以限制碳含量为主要特性的非合金钢(但下述d、e项包括的除外)例如线材、调质用钢等;
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d)非合金易切削钢,钢中硫含量低、熔炼分析值不小于０.０７％并加入Pb、Bi、Te、Se、Sn、Ca或P等元素;
e)非合金工具钢;
f)具有专门规定磁性或电性能的非合金钢,例如电磁纯铁;
g)其他非合金钢,例如原料纯铁.
１.普通质量非合金钢　　
普通质量非合金钢又称普通结构碳素钢,是指生产过程中不规定需要特别控制质量要求的钢.对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽.
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在中国和某些国家根据交货的保证条件又分为三类:甲类钢(A 类钢)是保证力学性能的钢.乙类钢(B类钢)是保证化学成分的钢.特类钢(C类钢)是既保证力学性能又保证化学成分的钢,常用于制造较重要的结构件.
有的碳素结构钢还添加微量的铝或铌形成氮化物或碳化物微粒,以限制晶粒长大,使钢强化,节约钢材.在中国和某些国家,为适应专业用钢的特殊要求,对普通碳素结构钢的化学成分和性能进行调整,从而发展了一系列普通碳素结构钢的专业用钢.
产品用图、特性和工艺方法,符号见表2-6所示。
部分常用的碳素结构钢及低合金钢牌号具体见表２-７所示.
碳素结构钢的牌号和化学成分如表２-８所示.
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碳素结构钢碳的质量分数较低,价格低廉、焊接工艺性能好,塑性、韧性好,力学性能能满足一般工程和机械制造的使用要求,是工业生产中用量最大的工程材料.常热轧成钢板、钢带、型钢、棒钢,用于桥梁、建筑等工程结构和要求不高的机器零件.常用碳素结构钢碳及牌号、力学性能及用途见表２-９.
２.优质非合金钢　　
优质非合金钢是指在生产过程中需要特别控制质量以达到比普通质量非合金钢特殊的质量要求,但这种钢的生产控制不如特殊质量非合金钢严格.如表２-１０所示为优质非合金钢对硫磷的要求.优质碳素结构钢一般分类方法有:
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根据含碳量和用途的不同,含碳量wc 小于０.２５％的低碳含量钢,其中尤以含碳量低于０.１０％的０８F、０８Al等,由于具有很好的深冲性和焊接性而被广泛地用作深冲件如汽车、制罐等等.
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２０G则是制造普通锅炉的主要材料.此外,低碳含量钢也广泛地作为渗碳钢,用于机械制造业.含碳量wc 在０.２５％~０.６０％的中等碳含量钢,多在调质状态下使用,制作机械制造工业的零件.含碳量wc 大于０.６％的高含碳量的钢,也称优质弹簧钢,多用于制造弹簧、齿轮、轧辊等.根据含锰量的不同,又可分为普通含锰量(０.２５％~０.８％)和较高含锰量(０..７％~１.０％和０.９％~１.２％)两组.锰能改善钢的淬透性,强化铁素体,提高钢的屈服强度、抗拉强度和耐磨性.通常在含锰高的钢的牌号后附加标记“Mn”.
优质弹簧钢的牌号表示方法和优质碳素结构钢一样.
优质碳素结构钢必须同时保证化学成分和力学性能,主要用于制造机器零件.一般都要经过热处理以提高力学性能.
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优质碳素结构钢的牌号、力学性能和用途见表２-１１所示.
３.特殊质量非合金钢　　
特殊质量非合金钢是指在生产过程中需要特别严格控制质量和性能的非合金钢.以规定最低强度为主要特性划分,一般有:
①优质碳素结构钢中的６５Mn、７０Mn、７０、７５、８０、８５钢;
②保证淬透性的钢,４５H;
③保证厚度方向性能钢,Q２３５GJ;
④汽车用钢:CR１８０BH、CR２２０BH、CR２６０BH、CR２６０/４５０DP;
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⑤铁道用钢GB５０６８中所有牌号、CL６０A、CLG６０A、LG６５A;
⑥航空用钢:航空专用非合金结构钢牌号;
⑦兵器用钢:包括各种兵器用非合金结构钢牌号;
⑧核压力容器用非合金钢;
⑨输送管线用钢;锅炉和压力容器用钢.
以含碳量为主要特性等划分,还有焊条用钢、碳素弹簧钢、特殊盘条钢、非合金调质钢、非合金表面硬化钢、火焰及感应淬火硬化钢、冷顶锻和冷挤压钢、特殊易切钢、碳素工具钢、具有规定导电性能的非合金电工钢和具有规定磁性能的非合金软磁材料等.
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４.易切钢
易切钢国内外牌号对照表如表２-１２所示.
除了上述易切钢外,还有钛系易切钢,硒、碲、铋易切钢及稀土易切钢等.易切钢主要用于汽车、拖拉机制造业中,还有少部分用在产业机械、家庭用品和其他方面.
５.碳素工具钢　　
碳素工具钢用于制造刀具、磨具和量具.由于大多数工具都要求高硬度和高耐磨性,故碳素工具钢的含碳量在０.７０％以上,都是优质钢或高级优质钢.
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碳素工具钢的牌号、化学成分、硬度和用途以及硫、磷及残余铜、铬、镍等金属含量规定见表２-１３和表２-１４.
６.铸造碳钢
铸造碳钢一般用于制造形状复杂、力学性能要求较高的机械零件.这些零件形状复杂,很难用锻造或机械加工的方法制造,且力学性能要求较高,因而不能用铸铁来铸造.铸造碳钢广泛用于制造重型机械的某些零件,如轧钢机机架、水压机横梁和锻锤等等.
所以,铸造碳钢在机械制造尤其是重型机械制造业中应用非常广泛.
它的牌号表示方法有三种表示法:
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一是以力学性能表示的铸钢牌号,是由铸钢代号“ZG”与表示力学性能的两组数字组成,第一组数字代表最低屈服强度值,第二组数字代表最低抗拉强度值.
二是以化学成分表示的铸钢牌号,在铸钢牌号中“ZG”后面以一组(两位或三位)阿拉伯数字表示铸钢名义的碳含量(以万分之几).
在名义碳含量后面排列各主要合金元素符号,在元素符号后用阿拉伯数字表示合金元素名义含量(以百分之几计).合金元素平均含量＜１.５０％时,牌号中只标明元素符号,一般不标明含量;合金元素平均含量为１.５０％ ~２.４９％、２.５０％ ~３.４９％、３.５０％ ~４.４９％、４.５０％~５.４９％……时,在合金元素符号后面相应写成２、３、４、５…….。
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当主要合金元素多于三种时,可以在牌号中只标注前两种或前三种元素义含量值;各元素符号的标注顺序按它们的平均含量的递减顺序排列,若两种或多种元素平均含量相同,则按元素符号的英文字母顺序排列.标注事例如下:
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铸钢中常规的锰、硅、硫、磷等元素一般不在牌号中标明.
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各种铸钢名称、代号及牌号表示方法见表２-１５所示.
铸造碳钢碳的质量分数,一般wc＝０.１５％~０.６０％范围内,过高则塑性差,易产生裂纹.铸钢的铸造性能比铸铁差,主要表现在铸钢流动性差,凝固时收缩比大且易产生偏析等方面.
铸造碳钢的牌号、成分、力学性能及用途见表２-１６所示.
７.车辆车轴及基础车辆用钢　　
牌号由两部分组成:
第一部分:车辆车轴用钢表示符号“LZ”或机车车辆用钢表示符号“JZ”
第二部分:以二位阿拉伯数字表示平均含碳量以(万分之几计).
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二、低合金钢
低合金钢是一类可焊接的低碳低合金结构用钢,大多都在热轧或正火状态下使用.使用时不再进行热处理.
低合金钢按主要质量等级分有普通质量低合金钢、优质低合金钢、特殊质量低合金钢;
低合金钢按主要特性分为可焊接低合金高强度结构钢、低合金耐候钢、低合金混凝土用钢、铁道用低合金钢、矿用低合金钢及其他低合金钢.
１.低合金高强度结构钢　　
在低碳非合金钢的基础上加入少量合金元素而制成的钢就是低合金高强度结构钢.合金元素以锰为主,此外,还有钒、钛、铝、铌等元素.
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低合金高强度结构钢具有强度高、较好的塑性和韧性,良好的焊接性、冷成形性及耐腐蚀性等,而且价格与非合金钢接近,适合冷弯和焊接.
GB/T１５９１－２００８颁布了新的低合金高强度结构钢化学成分的要求见表２-１７所示.
低合金高强度结构钢广泛用于制造桥梁、车辆、船舶、建筑钢筋等.具体用途见表２-１８.
２.低合金耐候钢
在大气环境中耐腐蚀性优于非合金钢的低合金工程结构钢,即耐大气腐蚀钢,是介于普通钢和不锈钢支架的低合金钢系列.
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在普通钢的基础上加入少量铜、镍等耐腐蚀元素而成,使其在金属表面形成一层保护膜达到耐大气腐蚀目的,为了进一步改善性能,还可再加微量的铌、钛、钒、锆等元素.通过Cu、Mn、Si、Al等合金化,具有优质钢的强韧性、耐磨蚀、耐高温、耐疲劳等特性;耐候性为普碳钢的２~８倍,涂装性为普碳钢的１.５~１０倍,能减薄使用、裸露使用或简化涂装使用.该钢种具有耐锈性,使构件能抗腐蚀延寿、减薄降耗,具有省工节能的特性.我国目前使用的耐候钢分为焊接结构用耐候钢,如１２MnCuCr适用于桥梁、建筑及其他要求耐候性的钢结构;高耐候性结构钢,如０９CuPCrNi－A适用于集装箱、铁道车辆、海港建筑、石油井架、塔架采油平台及化工设备中含硫化氢腐蚀介质的容器等和其他要求高耐候性的钢结构.
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三、合金钢
合金钢按主要质量等级分优质合金钢和特殊质量合金钢.另外也可以按钢的主要性能和使用特性分类.
优质合金钢是指在生产过程中需要特别控制质量和性能(如韧性、晶粒度或成形性)的钢,但其生产控制和质量要求不如特殊质量合金钢的要求严格.
特殊质量合金钢是指需要严格控制化学成分和特定的制造及工艺条件,以保证改善综合性能,并使性能严格控制在极限范围内的钢.
１.合金结构钢　　
合金结构钢主要用于制造机械零件,如轴、连杆、齿轮等,按其用途和热处理特点又分为合金渗碳钢、合金调质钢等.
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它的编号是按照合金钢中碳的质量分数及所含合金元素的种类(元素符号)和其质量分数来编制的.一般牌号的第一部分都是表示其平均碳的质量分数的数字,数字含义与优质碳素结构钢是一致的.对于结构钢,数字表示平均碳的质量分数的万分之几.第二部分是所含合金元素的种类和其质量分数.当钢中某合金元素(Me)的平均质量分数wMe＜１.５％时,牌号中只标出元素符号,不标明含量;当１.５％≤wMe＜２.５％时,在该元素后面相应地用整数２表示其平均质量分数,以此类推.第三部分是钢材冶金质量,高级为A、特级为E;第四部分(必要时)是牌号的用途、特性或工艺方法,不是符号.
钢中钒、钛、铝、硼、稀土等合金元素虽然含量很低,但仍应标出。
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(１)合金渗碳钢.合金渗碳钢中碳的质量分数较低,一般wC＝０.１０％~０.２５％,以保证零件心部具有足够的塑性和韧性,加入合金元素有铬、锰、镍等.
合金渗碳钢经渗碳＋淬火＋低温回火后,便具有外硬内韧的性能,用于制造承受强烈冲击、摩擦和磨损的重要机械零件,如齿轮、轴、活塞销等,这类零件往往都要求表面具有高的硬度和耐磨性,心部具有较高的强度和足够的韧性.
常用渗碳钢种牌号、力学性能及用途如表２-１９所示.
(２)合金调质钢.合金调质钢是指经调质后使用的合金结构钢,又称调质处理合金结构钢。
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合金调质钢的热处理工艺是调质(淬火＋高温回火)处理后获得回火索氏体组织,使零件具有良好的综合力学性能.若要求零件表面有很高的耐磨性,可在调制后再进行表面淬火或化学热处理.
合金调质钢的wC＝０.２５％~０.５０％.碳的质量分数过低,则淬硬性不足而使钢的强度、硬度过低;碳的质量分数过高,则塑性韧性不够.调质零件的力学性能与淬透性密切相关,零件尺寸较大时,合金调质钢的性能水平将大大优于非合金钢.
合金调质钢在退火或正火状态下使用时,其力学性能与相同碳的质量分数的碳钢差别不大,只有通过正确的热处理,才能获得优于非合金钢的性能,见表２-２０.
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(３)合金弹簧钢.弹簧是各种机器和仪表中的重要零件,它利用弹性变形吸收能量以达到缓冲、减震及储能的作用.因此,弹簧的材料应具有高的强度和疲劳强度,以及足够的塑性和韧性.
合金弹簧钢碳的质量分数较高,wC＝０.５％~０.７％,目的是为了保证合金弹簧钢具有较高的弹性极限和高的疲劳极限.常加入的合金元素有锰、硅、铬、钼、钒等,常用的合金弹簧钢的牌号和化学成分如表２-２１所示.
合金弹簧钢的牌号的表示方法和合金结构钢一样.
常用合金弹簧钢的力学性能见表２-２２所示.
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合金弹簧钢按所含合金元素大致分为两类(碳素弹簧钢和合金弹簧钢的比较见表２-２３所示):
①用于制造截面尺寸≤２５mm 的弹簧,如汽车、拖拉机、火车的板弹簧和螺旋弹簧等.使用含Si、Mn元素的合金弹簧钢,典型代表为６０Si２Mn;
②用于制造截面尺寸≤３０mm、并在３５０℃~４００℃温度下工作的重载弹簧,如阀门弹簧、内燃机的气阀弹簧等.使用含Cr、V 元素的合金弹簧钢,典型代表为５０CrVA.
３.非调质机械结构钢
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非调质机械结构钢牌号由四部分组成:一是“F”;二是碳含量万分之几;三是合金元素符号和数字,表示方法同合金结构钢;四是(必要时)改善切削性能的非调质机械结构钢加硫元素S.
主要特性:在中碳钢的基础上添加微量合金元素(如钒、氮等),通过控温轧(锻)制,控温冷却,在组织弥散析出碳(氮)化合物强化相,使之在轧(锻)制后不经过调质处理即可获得相当调质处理效果一种节能型新钢种,是近年来研制、开发投产使用的一种新钢种.
用途:广泛应用于汽车、机床和农业机械上.
４.超高强度钢　　
超高强度钢一般用于航空和航天事业。
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５.轴承钢　　
轴承钢分高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈钢和高温轴承钢四大类.
(１)高碳铬轴承钢.高碳铬轴承钢主要用于制造滚动轴承的滚动体和内外圈,在量具、模具、低合金刃具等方面也被广泛应用.它的牌号前面冠以汉语拼音字母“G”,其后为铬元素符号Cr,铬的质量分数以千分之几表示,其余合金元素与合金结构钢牌号规定相同。
高碳铬轴承钢在工作时承受较大且集中的交变应力,同时在滚动体和套圈之间还会产生强烈的摩擦.因此,滚动轴承必须具有很高的硬度和耐磨性、高的弹性极限和接触疲劳强度,以及足够的韧性和一定的耐蚀性.
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高碳铬轴承钢碳的质量分数较高(wc＝０.９５％~１.０５％),保证硬度及耐磨性,钢中铬的加入量为wCr＝０.３５％~１.９５％,目的在于增加钢的淬透性,并使碳化物呈均匀而细密地分布,使钢的强度、接触疲劳强度和耐磨性提高.对于大型轴承用钢,还加入Si、Mn等合金元素进一步提高淬透性.最常用的滚动轴承钢是GCr１５.
常用高碳铬轴承钢的统一数字代号、牌号及化学成分见表２-２４所示.
(２)渗碳轴承钢.渗碳轴承钢的表面经渗碳处理后具有高硬度和高耐磨性,而心部仍有良好的韧性,能承担较大的冲击.这类钢的最高使用温度一般在２００℃以下.
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钢种有:G２０CrMo、G２０CrNiMo、G２０CrNi２Mo、G２０Cr２Ni４、G１０CrNi３Mo、G２０Cr２Mn２Mo。
(３)高碳铬不锈钢和高温轴承钢.高碳铬不锈轴承钢主要为适应化工、石油、造船、食品工业等的需要而发展起来的,用于制造在腐蚀环境下工作的轴承及某些部件,也可用于制造低摩擦、低扭矩仪器、仪表的微型精密轴承.高碳铬不锈轴承钢主要有中、高碳马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、沉淀硬化型不锈钢等.为满足轴承的硬度要求,多采用马氏体不锈钢.钢种为９Cr１８(相当ASTM４４０C)和９Cr１８Mo.
高温轴承钢可分为高温不锈轴承钢、高温高速工具钢、高温渗碳轴承钢.钢种为８Cr４Mo４V 和１０Cr１４Mo４等.
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６.合金工具钢及高速工具钢
合金工具钢和高速工具钢主要用来制造刀具、模具和量具等各种工具.它的编号是按照工具钢中碳的质量分数、所含合金元素的种类(元素符号)和其质量分数来编制的.牌号的首部表示平均碳的质量的千分之几,当钢中平均wc＜１.０％时,牌号前数字以千分之几(一位数)表示;当wc≥１％时,为了避免与合金结构钢相混淆,牌号前不标数字.当钢中某合金元素(Me)的平均质量分数wMe＜１.５％时,牌号中只标出元素符号,不标明含量;当１.５％≤wMe＜２.５％时,在该元素后面相应地用整数２表示其平均质量分数,以此类推.低铬(平均铬含量小于１％)合金工具钢,在铬含量前加数字“０”。
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(１)合金工具钢.合金工具钢分为量具刃具钢、耐冲击工具用钢、冷作模具钢、热作模具钢、无磁模具钢、塑料模具钢等.
①量具刃具钢主要用于制造低速切削刃具(如木工工具、钳工工具、钻头、铣刀、拉刀等)及测量工具(如卡尺、千分尺、块规、样板等).量具刃具钢要求具有高硬度(６２~６５HRC)、高耐磨性、足够的强韧性、高的热硬性(即刃具在高温时仍能保持高的硬度);为保证测量的准确性,要求量具刃具钢具有良好的尺寸稳定性.
量具刃具钢碳的质量分数高,一般为wc＝０.９％~１.５％,合金元素总量少,主要有铬、硅、锰、钨等,提高淬透性,获得高的强度、耐磨性,保证高的尺寸精度.
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量具刃具钢的预先热处理为球化退火,最终热处理为淬火加低温回火,热处理后硬度达６０~６５HRC.高精度量具在淬火后可进行冷处理,以减少残余奥氏体量,从而增加其尺寸稳定性.为了进一步提高尺寸稳定性,淬火回火后,还可进行时效处理.
常用合金量刃具钢的统一数字代号、牌号、化学成分见表２-２５所示.
常用合金量刃具钢的统一数字代号、牌号、力学性能见表２-２６所示.
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②耐冲击工具用钢,该钢是在铬硅钢的基础上加进２.００％~２.５０％(质量分数)的钨而成的,由于加进了钨而有助于在淬火时保存比较细的晶粒,这就有可能在回火状态下获得较高的韧性,并保证回火稳定性,该钢还具有一定的淬透性和高温强度.一般牌号有４CrW２Si、５CrW２Si、６CrW２Si、６CrMnSi２Mo１V、５Cr３Mn１SiMo１V 等.
③合金模具钢.模具是使金属材料或非金属材料成形的工具,其工作条件及性能要求,与被成形材料的性能、温度及状态等有着密切的关系,合金模具钢是用来制造模具的一类钢.按使用条件不同分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢和无磁模具钢.
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冷作模具钢用于制造在常温状态下使工件成形的模具.在冷作模具钢中,应用较广泛,最具代表性的钢种是Cr１２型钢,其中最常用的是Cr１２和Cr１２MoV.Cr１２适于制作高耐磨性、尺寸较大的模具.Cr１２MoV 强度、韧性都比Cr１２钢好,且热处理变形小,但耐磨性不如Cr１２钢,主要用于制作截面较大、形状复杂的冷作模具, 还有Cr１２Mo１V１、Cr５Mo１V、９Mn２V、CrWMn、９CrWMn、Cr４W２MoV、６Cr４W３Mo２VNb、６W６Mo５Cr４V、７CrSiMnMoV 等冷作模具钢.
热作模具用于热态金属的成形加工,如热锻模、压铸模、热挤压模等.
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热作模具工作时受到比较高的冲击载荷,同时模腔表面要与炽热金属接触并发生摩擦,局部温度可达５００℃以上,并且还要不断反复受热与冷却,常因热疲劳而使模腔表面龟裂,故要求热作模具钢在高温下具有较高的综合力学性能及良好的耐热疲劳性.此外,必须具有足够的淬透性.５CrNiMo钢和５CrMnMo钢是最常用的热作模具钢,它们具有较高的强度、耐磨性和韧性,优良的淬透性和良好的耐热疲劳性.５CrNiMo钢是典型的热作模具钢,５CrMnMo钢是５CrNiMo钢的代用钢种,５CrMnMo钢淬透性相对较低,所以只用于制造中小型热锻模,而５CrNiMo钢用于制造大型热锻模.还有３Cr２W８V、５Cr４Mo３SiMnVAl、３Cr３Mo３W２V、５Cr４W５Mo２V、８Cr３、４CrMnSiMoV、４Cr３Mo３SiV、４Cr５MoSiV、４Cr５MoSiV１、４Cr５W２VSi等热作模具钢.
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无磁模具钢是一种高Mo－V 系无磁钢.无磁模具钢在各种状态下都能够保持稳定的奥氏体,具有非常低的磁导系统,高的硬度、强度,较好的耐磨性.主要用于高压电器和大中型变压器油箱内壁、铁芯拉板、线圈夹件、螺栓、套管、法兰盘等漏磁场中的结构件、起重电磁铁吸盘、磁选设备筒体以及除铁器、选矿设备等;国内消费的无磁板全部为太钢产品.常用牌号为７Mn１５Cr２Al３V２WMo.
塑料模具钢是指针对被加工件为塑胶、塑料的模具钢材.牌号３Cr２Mo综合力学性能、抛光性都不错,适合制造大、中型、精密塑料模具,或制造低熔点锡、锌、铅合金用的压铸模.
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３Cr２MnNiMo综合力学性能、淬透性、抛光性都不错,适合制造特大型、大型塑料模具,或制造低熔点合金用的压铸模具.１０Ni３MnCuAl综合力学性能、淬透性、抛光性、氮化、电加工、焊补、蚀花性能都可以,适合制造大型塑料模具、精密塑料模具、高镜面塑料模具,或制造低熔点合金用压铸模.
(２)高速工具钢.高速工具钢(简称高速钢)主要用于制造高效率的切削刀具.一般有两种分类方法:
一是按化学成分:分为钨系高速工具钢、钨钼系高速工具钢和钴系高速钢系列;
二是按性能分:低合金高速工具钢(HSS－L)、普通高速工具钢(HSS)、高性能高速工具钢(HSS－E)。
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由于其具有红硬性高(刃具温度升至６００℃时,其硬度大于６０HRC)、耐磨性好、很好的淬透性、高的硬度及强度等特性,也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等.因制作的刃具锋利又称锋钢.高速工具钢牌号表示方法和合金结构钢相同.
在牌号头部一般不标出碳的质量分数值,为了区别牌号,在牌号都不加“C”表示高碳高速钢.
对 高速钢工具钢合金成分及硬度的基本要求见表２-２７所示.
高速工具钢的wC＝０.６５％~１.３５％,较高的碳的质量分数是为提高钢的硬度和耐磨性.
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高速钢含有钨、钼、铬、钒、钴等贵重元素,合金元素总量大于１０％,属高合金工具钢,配以合理的热加工工艺(锻造加工和热处理),使其具有突出的性能特点.发展最早、应用广泛的高速工具钢是W１８Cr４V.常用高速工具钢的牌号、化学成分、热处理及用途见表２-２８所示.
高速工具钢都有较高的热硬性、耐磨性、淬透性及足够的强韧性,主要用于制造各种切削刀具,也可用于制造某些重载冷作模具和结构件. 但是,高速钢价格高,热加工工艺复杂,因此,应尽量节约使用.
７.不锈钢与耐热钢
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不锈钢与耐热钢牌号的碳含量用阿拉伯数字表示碳含量最佳控制值(以万分之几或十万分之几计).只规定碳含量上限者,当碳含量上限不大于０.１０％时,以其上限的３/４表示碳含量;当碳含量上限大于０.１０％时,以其上限的４/５表示含碳量.
对超低碳不锈钢(即含碳量不大于０.０３０％),用三位阿拉伯数字表示碳含量最佳控制值(以十万分之几计).
规定上、下限者,以平均碳含量×１００表示.
合金元素含量以化学符号及阿拉伯数字表示,表示方法与合金结构钢第二部分相同.钢中有意加入的铌、钛、锆、氮等合金元素,虽然含量很低,也应在牌号中标出.
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课题二　常用钢、合金钢材料
碳含量不大于０.０３０％,铬含量为１６.００％~１９.００％,钛含量为０.１０％~１.００％的不锈钢,牌号为０２２Cr１８Ti.
碳含量为０.１５％ ~０.２５％,铬含量为１６.００％ ~２０.００％,锰含量为１４.００％ ~１６.００％,镍含量为１.５０％ ~３.００％, 氮含量为０.１５％ ~０.３０％ 的不锈钢, 牌号为２０Cr１５Mn１５Ni２N.
碳含量不大于０.２５％,铬含量为２４.００％~２６.００％,镍含量为１９.００％~２２.００％的耐热钢,牌号为２０Cr２５Ni２０.
(１)不锈钢.不锈钢是指能抵抗大气或其他介质腐蚀的钢.
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课题二　常用钢、合金钢材料
不锈钢常按组织状态分为:马氏体钢、铁素体钢、奥氏体钢、奥氏体－铁素体(双相)不锈钢及沉淀硬化不锈钢等.另外,可按成分分为:铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬锰氮不锈钢等.主要特性有焊接性、耐腐蚀性、耐热性、抛光性.常用的不锈钢主要是铬钢(如１２Cr１３,２Cr１３)和铬镍钢(如１２Cr１７Ni７,１２Cr１８Ni９)等,铬镍不锈钢不仅能抵抗大气、海水、燃气的腐蚀,而且能抗酸的腐蚀,抗氧化温度可达８５０℃,具有一定的耐热性;无磁性,不受周围磁场及地球磁场的影响.塑性、韧性好,可顺利进行冷、热压力加工.
不锈钢具有一定的杀菌作用,最适合医院或其他卫生条件至关重要的领域,如食品加工、餐饮、酿造和化工等场合.
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课题二　常用钢、合金钢材料
(２)耐热钢.耐热钢是指在高温下具有热化学稳定性和热强性的钢,它包括抗氧化钢和热强钢等.热化学稳定性是指钢在高温下对各类介质化学腐蚀的抗力;热强性是指钢在高温下对外力的抗力.
耐热钢按其性能可分为抗氧化钢和热强钢两类.抗氧化钢又简称不起皮钢.热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有较高的高温强度的钢.
耐热钢按其正火组织可分为奥氏体耐热钢、马氏体耐热钢、铁素体耐热钢及珠光体耐热钢等.
对这类钢的主要要求是优良的高温抗氧化性和高温强度.此外,还应有适当的物理性能,如热膨胀系数小和良好的导热性,以及较好的加工工艺性能等.
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课题二　常用钢、合金钢材料
为了提高钢的抗氧化性,加入合金元素铬、硅和铝,在钢的表面形成完整的稳定的氧化物保护膜.但硅、铝含量较高时钢材变脆,所以一般以加铬为主.加入钛、铌、钒、钨、钼等合金元素来提高热强性.耐热钢常用于制造锅炉、汽轮机、动力机械、工业炉、航空、石油化工等工业部门中在高温下工作的零部件.
常用牌号有３Cr１８Ni２５Si２、Cr１３、１２Cr１８Ni９Ti等.
８.高电阻电热合金　　
高电阻电热合金牌号和不锈钢、耐热钢的牌号表示方法相同.例如０６Cr２０Ni３５.
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课题二　常用钢、合金钢材料
高电阻电热合金分为两类:一类是铁素体组织的铁铬铝合金;另一类是奥氏体组织的镍铬合金.铁铬铝合金的优点是大气中使用温度高、使用寿命长、表面负荷高、抗氧化性能好、比重小、电阻率高、抗硫性能好、价格便宜,如１７Cr－５A１－Fe,２５Cr－５Al－Fe,２８Cr－８Al－１Ti－Fe.镍铬合金的优点是高温强度高、可塑性很好、发射率高、无磁性、较好的耐腐蚀性.如２０Cr－８０Ni.
高电阻电热合金用于制造电热元件的合金材料.当电流通过合金元件时,产生焦耳效应,将电能转变成热能.电热合金产品一般制成细的丝材(电热丝)、圆线材、扁带材(电阻带),在特殊要求下也可制成管材和铸件.
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课题二　常用钢、合金钢材料
９.钢轨钢、冷镦钢　　
钢轨钢、冷镦钢的牌号由三部分组成:一是钢轨钢用“U”,冷镦钢用“ML”;二是以阿拉伯数字表示平均碳含量,同前面的优质碳素结构钢和合金结构钢;三是合金元素及数字同合金钢,例如U７０MnSi、ML３０CrMo等.
钢轨按中国国家标准和冶金工业部标准分为铁路用钢轨、轻轨、导电钢轨和起重机钢轨等.
钢轨钢大部分由氧气平炉和氧气转炉冶炼,经轧制而成.钢轨在使用中主要经受磨损和长期反复的载荷,所以要求有耐磨、耐压、抗疲劳、可焊接及良好的韧性等.
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课题二　常用钢、合金钢材料
冷镦成形用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产紧固件、连接件(如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等)等标准件.冷镦工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工件的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须具有良好的冷顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对钢材的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大于０.２５％,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能.
１０.焊接用钢　　
焊接用钢是指专门供电弧焊、气焊、埋弧自动焊、电渣焊和气体保护焊等用的焊丝、盘条以及钢带.焊接用钢按化学成分可分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类;按所焊材质的不同特性可分为结构钢和不锈钢等类.
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课题二　常用钢、合金钢材料
牌号在相应的钢牌号前加“H”如:H０８A.
１１.冷轧电工钢　　
冷轧电工钢分为取向电工钢和无取向电工钢.
牌号分三个部分:
一是材料公称厚度(单位:mm)１００倍的数字.
二是普通取向电工钢用“Q”表示,高磁导率级取向电工钢用“QG”表示,无取向电工钢用“W”表示.
三是取向电工钢,磁极化强度在１.７T和频率５０Hz,以W/kg为单位及相应厚度产品的最大比总损耗值的１００倍;无取向电工钢,磁极化强度在１.５T和频率５０Hz,以W/kg为单位及相应厚度产品的最大比总损耗值的１００倍.
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课题二　常用钢、合金钢材料
公称厚度为０.３０mm,比总损耗P１.７/５０为１.１０ W/kg的高磁导率级取向电工钢,牌号为３０QG１１０.
公称厚度为０.３０ mm,比总损耗P１.７/５０ 为４.０ W/kg 的无取向电工钢,牌号为３０W４００.
冷轧电工钢亦称硅钢片,是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金,亦是产量最大的金属功能材料,主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯.
１２.电磁纯铁和原料纯铁　　
(１)电磁纯铁.电磁纯铁是一种含铁量在９９.５％以上的优质钢,是一种低碳低硫低磷铁(国家标准GB６９８３－２００８电磁纯铁).
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课题二　常用钢、合金钢材料
电磁纯铁的牌号分三部分:一是电磁纯铁符号“DT”;二是以阿拉伯数字表示不同牌号的顺序号;三是根据电磁性能不同,分别采用加质量等级符号“A”“C”“E”.
分类为:铁芯用纯铁,软磁纯铁,磁粉离合器用纯铁,电子锁用纯铁,汽车活塞用电工纯铁,磁屏蔽用纯铁带,航空仪器仪表纯铁,军工纯铁,镀锌锅用纯铁中厚板,电子元器件用纯铁薄板,电磁阀、磁选机用纯铁,无发纹纯铁,电子管用纯铁,易车削电工纯铁.
(２)原料纯铁.原料纯铁的牌号分两部分:以上原料纯铁符号“YT”;二是以阿拉伯数字表示不同牌号的顺序号.牌号有YT１、YT２.
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