金屬材料和熱處理基礎(chǔ)知識

1、靜載單向靜拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線 1I(oab)段彈性變形階段a: Pp ，b: Pe （不產(chǎn)生永久變形的最大抗力）oa段：L P 直線階段ab段：極微量塑性變形2II(bcd)段屈服變形c: 屈服點 Ps3III(dB)段均勻塑性變形B: Pb材料所能承受的最大載荷4IV(BK) 段局部集中塑性變形 頸縮低碳鋼緩慢加載單向靜拉伸曲線分為四階段：材料的強(qiáng)度材料所能承受的極限應(yīng)力. 單位Pa(N/mm2)=P/Fo 表示材料抵抗變形和斷裂的能力1抗拉強(qiáng)度 b=Pb/Fo材料被拉斷前所承受的最大應(yīng)力值（材料抵抗外力而不致斷裂的極限應(yīng)力值）。2屈服強(qiáng)度s和條件屈服強(qiáng)度0.02a: s=Ps/Fo （s代表

2、材料開始明顯塑性變形的抗力,是設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一。）b: 0.02條件屈服強(qiáng)度3疲勞強(qiáng)度-1 （80%的斷裂由疲勞造成）疲勞極限：材料經(jīng)無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最高應(yīng)力值。塑性1延伸率 Lk:試樣拉斷后最終標(biāo)距長度延伸率與試樣尺寸有關(guān)， d5 , d10 (Lo=5do, 10do)2斷面收縮率y =F/Fo=(Fo-Fk)/Fo x 100%d ,y 越大，塑性愈好d5%, 脆性材料剛度和彈性1剛度材料在受力時，抵抗彈性變形的能力E=/ 楊氏彈性模量 GPa, MPa本質(zhì)是：反映了材料內(nèi)部原子結(jié)應(yīng)力的大小，組織不敏感的力系指標(biāo)。2彈性：材料不產(chǎn)生塑性變形的情況下，所能承受的最大

3、應(yīng)力。比例極限：p=Pp/Fo 應(yīng)力應(yīng)變保持線性關(guān)系的極限應(yīng)力值彈性極限：e=Pe/Fo 不產(chǎn)永久變形的最大抗力工程上，p、e視為同一值，通常也可用0.01沖擊韌性韌性：材料斷裂前吸收變形能量的能力-韌性。沖擊韌性：沖擊載荷下材料抵抗變形和斷裂的能力。ak=沖擊破壞所消耗的功Ak/ /標(biāo)準(zhǔn)試樣斷口截面積F(J/cm2)ak值低的材料叫做脆性材料，斷裂時無明顯變形，斷口呈金屬光澤，呈結(jié)晶狀。ak值高，明顯塑變，斷口呈灰色纖維狀，無光澤，韌性材料。韌性與溫度有關(guān)脆性轉(zhuǎn)變溫度TK碳 鋼一、碳鋼中的雜質(zhì)1錳有益；0.25-0.80% 脫氧劑； 降低FeO脆性， Mn+SMnS(降低S的有害作用) 熱加

4、工性能 固溶強(qiáng)化；使性能更優(yōu)；2Si 有益 脫氧脆性 固溶強(qiáng)化3硫 有害 985 （Fe+FeS）熱脆 加入MnMnS4 磷 有害 Fe3P 室溫下100，脆性大冷脆5O、N、H O2機(jī)械性能 ，強(qiáng)度、塑性降低，有害元素 N2蘭脆，若鋼中存在Al.V.Ti蘭脆消失強(qiáng)度，硬度提高 H2氫脆、白點，有害二、碳鋼的分類 1、按含碳量分類 低碳鋼: 鋼中含碳量小于0.25; 中碳鋼: 鋼中含碳量在0.250.6之間; 高碳鋼: 鋼中含碳量大于0.6。 2、按質(zhì)量分類 按鋼中有害雜質(zhì)硫、磷的含量為標(biāo)志分為: 普通碳素鋼 (S0.055、P0.045) 優(yōu)質(zhì)碳素鋼 (S0.040、P0.040) 高級優(yōu)質(zhì)

5、碳素鋼 (S0.030、P0.035) 3、按用途分類 分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。 三、碳鋼的編號及用途 1、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼又稱為普通碳鋼, 鋼號表示方法由代表屈服強(qiáng)度的字母、屈服強(qiáng)度值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號等四部份順序組成。 Q 脫氧方法符號, 分為F(沸騰鋼)、B(半鎮(zhèn)靜鋼)、 Z(鎮(zhèn)靜鋼)、TZ(特殊鎮(zhèn)靜鋼) 質(zhì)量等級, 分為A、B、C、D等 該鋼的屈服強(qiáng)度值, 單位MPa 屈服強(qiáng)度代號 如Q235A、F 屈服強(qiáng)度為235MPa的A級沸騰鋼。 Q255B、Z 屈服強(qiáng)度為255MPa的B級鎮(zhèn)靜鋼。 鋼的質(zhì)量等級中A級最低, D級最高, 通常應(yīng)用最多為A、B級, 主要用于制造

6、型鋼、建筑用材和普通機(jī)械零件。C、D級鋼中硫、磷含量偏低、含碳量控制比較嚴(yán)格, 主要用在焊接結(jié)構(gòu)中。 工程中的普通結(jié)構(gòu)、建筑用材使用最多的是Q235-AX或Q235-BX, 即原普通碳素結(jié)構(gòu)編號系統(tǒng)中的A3鋼。 2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼既保證機(jī)械性能, 又保證化學(xué)成分, 而且鋼中所含雜質(zhì)及非金屬夾雜物較少, 機(jī)械性能比較優(yōu)良。主要用于制造重要的機(jī)械零件。一般在熱處理后使用。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用兩位數(shù)字表示鋼號, 兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。如20鋼的平均含碳量為0.20。 3、碳素工具鋼 碳素工具鋼的含碳量在0.651.35范圍內(nèi), 按其含硫、磷量的不同, 分為優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼和高級

7、優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。 碳素工具鋼的編號是以T開頭, 后面的數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾, 高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼, 在鋼號后面再標(biāo)以A。如T8A表示平均含碳量為0.8的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。 4、碳素鑄鋼 將鋼液直接鑄造成鋼件的鋼稱為鑄鋼。 碳素鑄鋼的編號是在數(shù)字之前冠以“ZG”, 后面的兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)。如ZG25表示平均含碳量為0.25的碳素鑄鋼。 5、專用碳素鋼 常用在鋼號的前面或后面加一漢語拼音字母。如20g表示20號鍋爐鋼; H08表示碳平均含量為0.08的焊條用鋼; 容器用鋼加字母R等。 一、合金鋼的分類 1、按合金元素的總含量分類 低合金鋼: 鋼中合金元素總含量小于5; 中合

8、金鋼: 鋼中合金元素總含量在510之間; 高合金鋼: 鋼中合金元素總含量大于10。2、按用途分類 合金結(jié)構(gòu)鋼: 主要用于重要的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)上, 按用途的不同可分為普通低合金鋼(普低鋼)、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼。 合金工具鋼: 主要用于重要的刃具、量具和模具。 特殊鋼: 具有某些特殊物理、化學(xué)性能的鋼, 有不銹鋼、耐磨鋼、耐熱鋼等。3、按金相組織分類 按正火后的組織分為珠光體鋼、馬氏體鋼和貝氏體鋼等。 二、合金鋼的編號方法 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定: 合金鋼是按鋼的成分和用途, 以數(shù)字、化學(xué)元素符號及漢語拼音字母結(jié)合的方法編號的。 1、合金結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼的編號是以兩位數(shù)字 + 元素符號 +

9、 數(shù)字組成的( 前面兩位數(shù)字表示鋼中平均含碳量的萬分?jǐn)?shù); 中間為元素符號, 元素符號后的數(shù)字表示該元素在鋼中的平均含量的百分?jǐn)?shù))。合金鋼中的合金元素往往有兩個以上, 按順序列出,并遵循以下原則: a.合金元素的平均含量小于1.5時, 鋼中只注明元素, 不標(biāo)數(shù)字。如15CrMo表明該鋼平均含碳量0.15，Cr、Mo含量均小于1.5。 b.合金元素在鋼中平均含量大于或等于1.5、2.5、3.5.時, 在合金元素后面要相應(yīng)標(biāo)出2、3、4.等數(shù)字。如12Cr2MoWVTiB (鋼102)表明該鋼含碳量為0.12, 含鉻量為1.52.5, Mo、W、V、Ti和的含量均小于1.5。 c.兩種鋼的化學(xué)成分除

10、一個主要元素的含量外, 其余都基本相同, 這個主要合金元素平均含量在兩種鋼中均小于1.5, 含量較高者, 后面應(yīng)加1字, 以示區(qū)別。如12Cr1MoV和12CrMoV鋼的含鉻量分別為0.91.2和0.40.6。 2、合金工具鋼和特殊鋼 這兩類鋼的編號基本相同, 由一位數(shù)字 + 元素符號 + 數(shù)字組成。前面數(shù)字表示鋼中平均含碳量的千分?jǐn)?shù), 又規(guī)定合金工具鋼的含碳量超過1.0時,含碳量略去不標(biāo), 合金元素含量的表示原則同合金結(jié)構(gòu)鋼。 如CrWMn鋼表示鋼的平均含碳量大于1.0, Cr、W、Mn的含量均在1.5以下。 又如1Cr18Ni9Ti表示鋼的平均含碳量為0.1, Cr的平均含量為18,Ni的

11、平均含量為9, Ti的平均含量小于1.5。 為區(qū)別鋼的質(zhì)量的好壞, 高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號末尾加上A字, 如50CrMoA即屬于高級優(yōu)質(zhì)鋼。1抗腐蝕原理. 金屬腐蝕的方法(化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕). 金屬腐蝕破壞的方式:均勻腐蝕晶間腐蝕電腐蝕應(yīng)力腐蝕腐蝕疲勞c.金屬抗腐蝕的原理：單相組織原電池形成可能性、 金屬電極電位抗腐蝕； 電極電位差、陽極電極電位；表面保護(hù)膜鈍化2.不銹鋼的合金化原理：含C量盡可能低；加入Crn/8定律含量12.5%電極電位躍升(如M不銹鋼)；含Cr量12.7%單相F(如F不銹鋼)；加入Ni 單相A或F+A(如A不銹鋼)；加入Ti、Nb、B晶界腐蝕3常用不銹鋼a. M不銹鋼 1C

12、r13,2Cr13 用于汽輪機(jī)葉片、熱裂設(shè)備,3Cr13,4Cr13 手術(shù)器具及刀具b. F不銹鋼 1Cr17 化工設(shè)備、食品工業(yè)c. A不銹鋼 1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti 化工、食品、醫(yī)療行業(yè)d. AF不銹鋼 1Cr12Ni5Ti 化工設(shè)備、熱交換器二、不銹鋼的分類 根據(jù)不銹鋼基體組織的不同，可分為以下三種類型： 1、馬氏體不銹鋼 這類鋼的含鉻量為1318，含碳量0.11.0，室溫組織為馬氏體，主要包括Cr13型不銹鋼等。常用的鋼號有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等。 馬氏體不銹鋼中的含鉻量大于12，使鋼的電極電位明顯升高，因而耐蝕性也明顯提高。便這類鋼中含有

13、較高的碳，含碳量增加，鋼的硬度、強(qiáng)度、耐磨性及切削性能顯著提高，而耐蝕性下降。含碳量較低的1Cr13、2Cr13等不銹鋼具有較高的塑性、沖擊韌性和良好的綜合力學(xué)性能，常用來制造汽輪機(jī)葉片等。 2、鐵素體不銹鋼 這類鋼的特點是含鉻量高(15)，含碳量低(0.15)，室溫組織為單相鐵素體，熱力設(shè)備中常用的有1Cr17和1Cr25Ti。這類鋼的耐蝕性優(yōu)于馬氏體型不銹鋼，但其缺點是韌性低，脆性大。這類鋼主要用于機(jī)械性能要求不高的耐蝕構(gòu)件上，如鍋爐燃燒室，高溫過熱區(qū)的吹灰器，吊架等。 3、奧氏體不銹鋼 奧氏體不銹鋼是生產(chǎn)上應(yīng)用最廣泛的不銹鋼。最常見的是含鉻量為18，含鎳量為9的188型不銹鋼。如0Cr1

14、8Ni9、1Cr18Ni9、2Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti、TP304H、TP347H等都屬于188型不銹鋼。在188型鋼基礎(chǔ)上加入Ti、Nb是為了消除晶間腐蝕。這類鋼有很好的耐蝕性，同時具有優(yōu)良的抗氧化性和高的機(jī)械性能。 奧氏體不銹鋼若含碳量較多，則奧氏體在冷卻時易發(fā)生分解形成(CrFe)23C6，不能保持單相奧氏體狀態(tài)，故奧氏體不銹鋼中含碳量應(yīng)小于0.1。三、晶間腐蝕 Cr-Ni奧氏體不銹鋼在400850保溫或緩慢冷卻時會發(fā)生嚴(yán)重的晶間腐蝕破壞。貧鉻理論對晶間腐蝕的解釋較為普遍被人們所接受。鉻是決定不銹鋼耐蝕性的主要元素，有效含量應(yīng)超過12。以碳含量為0.08

15、的普通188型鋼為例，由于室溫時碳的溶解度只有0.020.03，固溶處理后奧氏體中碳必為過飽和，而且呈不穩(wěn)定狀態(tài)。若經(jīng)再次中溫加熱(一般為400850之間)，超過溶解度的碳將向晶界擴(kuò)散，并與Cr結(jié)合而形成Cr23C6或(Cr、Fe)23C6沉淀于晶界。這時，由于晶粒內(nèi)部Cr的擴(kuò)散速度較慢，在形成Cr的碳化物的同時發(fā)生Cr的供不應(yīng)求的現(xiàn)象，致使靠近晶界的晶粒表面一個薄層嚴(yán)重缺Cr。有腐蝕介質(zhì)作用時，貧Cr區(qū)將產(chǎn)生明顯腐蝕，即形成晶間腐蝕。考登鋼又名Corten鋼，分兩大類：Corten A、Corten B，是美國Cu-P系列鋼的代表鋼種，屬于低合金高強(qiáng)耐大氣腐蝕結(jié)構(gòu)鋼。標(biāo)準(zhǔn)為ASTM A871

16、/A871M-2003耐大氣腐蝕高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼板標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)里面的牌號是Grad65和Grad60。COR-TEN鋼于1958年首先使用于建筑物方面，因為它具有抗腐蝕的特性，隨后用于橋梁、火車、汽車、卡車及工業(yè)設(shè)施等方面，用途日漸廣泛。以橋梁方面的應(yīng)用而言，美國、日本實例最多，最近在日本東京灣內(nèi)施工的荒川鋼橋，長840米，就是全部采用COR-TEN鋼材建造而成的。一、COR-TEN的種類及化學(xué)成份COR-TEN這種耐候性鋼材（weathering steel），系在普通鋼內(nèi)加入少許銅、鉻、磷、釩等元素，并經(jīng)特殊處理制成，其耐候抗腐性能，較普通鋼材高出四至八倍。依種類及用途的不同，COR-

17、TEN可分為四種：即COR-TEN A、COR-TEN B、COR-TEN C、COR-TEN B-QT。其中COR-TEN A的耐候抗腐性能優(yōu)于普通鋼料五至八倍，而COR-TEN B則為四倍。二、抗腐蝕原理COR-TEN中所含的特殊元素，與大氣接觸后，形成一層氧化物膜，這層堅固的膜使COR-TEN與外界隔絕，不再受氣候影響，而達(dá)到耐候抗腐的目的。 AR-400-耐磨鋼板,是在軋制后再淬火,然后回火,使硬度達(dá)到HB400,最主要是它的耐磨性. 國內(nèi)沒有完全對應(yīng)的材料. 它的化學(xué)成份如下: C Mn P S Si Cr Ti Ni Mo V B AlAR-400 .30 .48 .035 .040 .25 .88 0 0 .20 0 0 0力學(xué)性能如下:Pro