材料科學(xué)常用的材料

第二章常用材料1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響2、碳素鋼的分類、鋼號(hào)和主要用途一、碳素鋼二、合金鋼1、合金元素在鋼中的作用2、合金鋼的分類與編號(hào)3、合金結(jié)構(gòu)鋼4、特殊性能鋼1精選ppt1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響一、碳素鋼〔1〕Mn的影響鋼中常在雜質(zhì)有：Si、Mn、S、P和氧、氫、氮等氣體。Mn是煉鋼時(shí)用錳鐵給鋼液脫氧后而剩余在鋼中的元素。2精選ppt錳有較強(qiáng)的脫氧能力，錳大局部溶于F，使鋼強(qiáng)化，錳對(duì)鋼有益。錳能降低S對(duì)鋼的危害?！?〕Mn的影響一般碳素鋼中把錳控制在0.25%~0.8%范圍內(nèi)。1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響3精選ppt1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響

〔2〕Si的影響Si主要來自原料生鐵和硅鐵脫氧劑。Si比錳脫氧能力強(qiáng)，硅溶于F，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但會(huì)使塑性和韌性降低。硅促進(jìn)Fe3C分解成石墨，假設(shè)鋼中出現(xiàn)石墨會(huì)使鋼的韌性嚴(yán)重下降，產(chǎn)生所謂的“黑脆〞。硅在碳素鋼中一般控制在0.17~0.37%范圍內(nèi)4精選ppt1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響

〔3〕S的影響S可使鋼的“熱脆〞性增加?！睸不溶于α-Fe，而以化合物FeS的形式存在，其熔點(diǎn)為1190℃，而FeS又能于Fe形成共晶體分布于晶界上，其熔點(diǎn)僅為985℃。S對(duì)鋼的焊接性能也有不良影響，容易導(dǎo)致焊縫熱裂。所以，S在鋼中是有害雜質(zhì)，其含量一般要求不大于0.05%。但是，S能改善鋼材的切削性能。5精選ppt1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響

〔4〕P的影響P會(huì)引起鋼的“冷脆〞。〔P在鋼中全部溶于α-Fe中，使鋼的強(qiáng)度和硬度增高，同時(shí)，塑性和韌性顯著降低。當(dāng)鋼中含P量達(dá)0.3%時(shí)，鋼完全變脆，這種脆性現(xiàn)象在低溫時(shí)更為嚴(yán)重?！砅還降低鋼的焊接性能。所以，P在鋼中是有害雜質(zhì)，其含量一般要求≦0.045%。但是，S能改善鋼材的切削性能和耐腐蝕性能。6精選ppt氧會(huì)降低鋼的力學(xué)性能，尤其是疲勞強(qiáng)度。對(duì)鋼無益，越少越好。1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)鋼性能的影響

〔5〕氣體的影響N會(huì)以氮化物的形式析出，增加鋼的強(qiáng)度和硬度，但會(huì)降低鋼的塑性和韌性，使鋼變脆。H會(huì)使鋼的脆性顯著增加，稱為“氫脆〞。H會(huì)使鋼中產(chǎn)生裂紋，稱為“白點(diǎn)〞。7精選ppt1)按鋼中含碳量分2、碳素鋼的分類、鋼號(hào)和主要用途

〔1〕碳素鋼的分類低碳鋼WC≦0.25%中碳鋼0.25%<WC≦0.6%高碳鋼WC>0.6%2)按鋼的質(zhì)量分普通鋼WS≦0.05%WP≦0.045%優(yōu)質(zhì)鋼WS≦0.035%WP≦0.035%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼WS≦0.02%WP≦0.03%8精選ppt3)按鋼的用途分2、碳素鋼的分類、鋼號(hào)和主要用途

〔1〕碳素鋼的分類碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼一般工程用鑄造碳素鋼件〔鑄鋼〕4)按煉鋼時(shí)的脫氧程度分沸騰鋼〔F〕脫氧不徹底鎮(zhèn)靜鋼〔Z〕脫氧徹底半鎮(zhèn)靜鋼〔b〕脫氧程度介于F和Z之間特殊鎮(zhèn)靜鋼〔TZ〕進(jìn)行特殊脫氧9精選ppt1〕普通碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用途：各類工程。通常熱軋后空冷供貨，用戶一般不需進(jìn)行熱處理而直接使用。這類鋼共分五個(gè)強(qiáng)度等級(jí)?！?〕碳素鋼的鋼號(hào)命名方法和主要用途命名：標(biāo)志符號(hào)Q+最小σS值—等級(jí)符號(hào)+脫氧程度符號(hào)如：Q235-A.F等級(jí)符號(hào)：A、B、C、D〔D級(jí)到達(dá)了優(yōu)質(zhì)鋼水平〕10精選ppt2〕優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼〔2〕碳素鋼的鋼號(hào)命名方法和主要用途主要用途：重要機(jī)件?？梢酝ㄟ^熱處理調(diào)整零件的力學(xué)性能。出廠狀態(tài)可以是熱軋后空冷，也可以是退火、正火等狀態(tài)。隨用戶需要而定。命名：用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示鋼中含碳量的萬分之幾。如：45鋼WC=0.45%常用牌號(hào)：08F、15、45、60、60Mn等。11精選ppt3〕碳素工具鋼〔WC=0.65%~1.35%屬高碳鋼〕〔2〕碳素鋼的鋼號(hào)命名方法和主要用途主要用途：制作各種小型工具。可進(jìn)行淬火、低溫回火處理獲得高硬度高耐磨性。分為優(yōu)質(zhì)級(jí)和高級(jí)優(yōu)質(zhì)級(jí)兩大類。命名：標(biāo)志符號(hào)T+含碳量的1000倍。如：T10WC=1.0%高級(jí)優(yōu)質(zhì)級(jí)在鋼號(hào)尾部加A，如T10A12精選ppt4〕一般工程用鑄造碳素鋼件〔鑄鋼〕主要用途：難用鍛壓等方法成型的復(fù)雜零件且力學(xué)性能要求較高；命名：標(biāo)志符號(hào)ZG+最低σS值—最低σb值如：ZG340-640〔2〕碳素鋼的鋼號(hào)命名方法和主要用途13精選ppt二、合金鋼碳素鋼：生產(chǎn)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，種類齊全，但碳素鋼的強(qiáng)度較低，淬透性差，熱硬性、耐磨、耐蝕、耐熱性差。合金鋼：為了改善碳素鋼的力學(xué)性能、工藝性能或某些特殊物理、化學(xué)性能，有選擇地參加一些合金元素，這類鋼稱為合金鋼。14精選ppt1、合金元素在鋼中的作用2、合金鋼的分類與編號(hào)3、合金結(jié)構(gòu)鋼4、特殊性能鋼二、合金鋼15精選ppt1、合金元素在鋼中的作用鐵素體和滲碳體是鋼中的兩個(gè)根本相。合金元素溶入鐵素體形成合金鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果，但這個(gè)效果是極為有限的。形成合金滲碳體和合金碳化物，主要以第二相強(qiáng)化的方式來提高材料的力學(xué)性能，特別是一些高熔點(diǎn)、高硬度的碳化物〔如VC、Ti〕將對(duì)鋼的性能產(chǎn)生重要的影響。16精選ppt〔1〕固溶強(qiáng)化鐵素體鋼中參加固溶于α-Fe的合金元素能使鐵素體得到強(qiáng)化，即強(qiáng)度提高。如16Mn。1、合金元素在鋼中的作用〔2〕彌散強(qiáng)化鐵素體

合金碳化物能以極小的質(zhì)點(diǎn)〔或薄片〕析出，并呈彌散狀分布于鐵素體上，可阻止F在塑性變形時(shí)沿滑移面移動(dòng)，從而增加了對(duì)外力作用的抵抗力，故強(qiáng)度得以提高。如：15MnTi17精選ppt1、合金元素在鋼中的作用〔3〕細(xì)化晶粒Ti、V、B、Mo、Cr等大多數(shù)金屬元素能與碳結(jié)合成碳化物，熱處理參加時(shí)可以阻止奧氏體晶粒變粗，冷卻后可細(xì)化晶粒，故強(qiáng)度、韌性提高?！?〕改善鋼的熱處理性能除鈷〔Co〕、硫外，大多數(shù)合金元素如Mn、Cr、Al、Si、Ni、B、P等都可降低鋼的臨界冷卻速度，得到馬氏體。提高淬透性。18精選ppt1〕按合金元素的含量分2合金鋼的分類與編號(hào)

〔1〕合金鋼分類①低合金鋼合金元素總含量小于等于5%；②中合金鋼合金元素總含量在5%~10%之間；③高合金鋼合金元素總含量大于等于10%；2〕按合金元素的種類分有鉻鋼、錳鋼、鉻鎳鋼、硅錳鉬釩鋼等。19精選ppt3〕按主要用途分1〕結(jié)構(gòu)鋼①建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼②機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼2〕工具鋼3〕特殊性能鋼2合金鋼的分類與編號(hào)

〔1〕合金鋼分類20精選ppt合金金牌號(hào)的一般命名原那么合金鋼的含碳量、合金元素的種類、合金元素的含量均應(yīng)在牌號(hào)中表達(dá)出來。2、合金鋼的分類與編號(hào)

〔2〕合金鋼的牌號(hào)①合金結(jié)構(gòu)鋼前面數(shù)字表示平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)，后面數(shù)字表示合金元素的含量，〈1.5%不標(biāo)出,≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%時(shí)分別標(biāo)出2、3、4。以次類推。如40Cr為0.37%-0.45%C0.8%-1.1%Cr。21精選ppt2合金鋼的分類與編號(hào)

〔2〕合金鋼的牌號(hào)

②合金工具鋼

含碳量小于1%時(shí)：前面數(shù)字表示平均含碳量的千分?jǐn)?shù)，后面數(shù)字表示合金元素的含量，〈1.5%不標(biāo)出,≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%時(shí)分別標(biāo)出2、3、4。以次類推。如9SiCr平均含碳量為0.9%，Si、Cr均小于1.5%。22精選ppt

②合金工具鋼2合金鋼的分類與編號(hào)

〔1〕合金鋼分類

含碳量大于1%時(shí)：前面不標(biāo)數(shù)字，后面數(shù)字表示合金元素的含量，＜1.5出,≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%時(shí)分別標(biāo)出2、3、4。以次類推。

如：Cr12MoV表示平均含碳量＞1%、Cr平均含量為12%Mo、V均<1.5%23精選ppt3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔1〕低合金結(jié)構(gòu)鋼①性能特點(diǎn)較高的強(qiáng)度，足夠的塑性和韌性、良好的焊接性能。應(yīng)用于建筑、橋梁等。②化學(xué)成分特點(diǎn)低碳鋼〔含碳量＜0.2%)；主要合金元素為Mn(含量為1.25~1.5%)。③熱處理特點(diǎn)一般不進(jìn)行熱處理。④常用鋼種16Mn、15MnTi等。24精選ppt3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔2〕合金滲碳鋼①性能特點(diǎn)用于制造外表硬而耐磨，心部韌性好而耐沖擊的零件，如齒輪、凸輪等?！簿哂辛己玫臐B碳能力和淬透性〕②化學(xué)成分特點(diǎn)低碳鋼〔含碳量0.1~0.25%)；主要合金元素有Cr、Mn、Ti、V等，其主要作用是提高淬透性和防止過熱。25精選ppt③熱處理特點(diǎn)預(yù)先熱處理為正火、滲碳后為淬火加低溫回火。以20CrMnTi為例生產(chǎn)汽車變速箱齒輪為例，其工藝路線如下：鍛造正火加工齒形局部鍍銅滲碳預(yù)冷淬火、低溫回火噴丸磨齒3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔2〕合金滲碳鋼④常用鋼種20Cr、20CrMnTi26精選ppt3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔3〕合金調(diào)質(zhì)鋼①性能特點(diǎn)調(diào)質(zhì)處理后具有高強(qiáng)度與很好塑性及韌性的配合，即具有良好的綜合力學(xué)性能。②化學(xué)成分特點(diǎn)中碳鋼〔0.3~0.5%),合金元素主要有Cr、Mn、Ti、Mo等，主要作用是提高淬透性、細(xì)化晶粒和防止過熱。③熱處理特點(diǎn)預(yù)先熱處理為退火或正火，最終熱處理為淬火+高溫回火。27精選ppt3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔3〕合金調(diào)質(zhì)鋼④常用鋼種

40Cr、40CrMn等。以40Cr制作拖拉機(jī)連桿螺栓的生產(chǎn)工藝路線如下：鍛造正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工裝配

28精選ppt3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔4〕合金彈簧鋼①性能特點(diǎn)制造各種彈性元件如常圈簧、板簧等。要求具有高的彈性極限、高的屈強(qiáng)比、高的疲勞強(qiáng)度以及足夠的韌性。②化學(xué)成分特點(diǎn)含碳量〔0.5~0.7%),合金元素主要有Mn、Si、Cr、V、Mo等，主要作用是提高淬透性和回火穩(wěn)定性，防止回火脆性。29精選ppt③熱處理特點(diǎn)熱成型彈簧〔尺寸≥8mm的大型彈簧〕下料加熱〔Ac3+~100℃〕成型余熱淬火中溫回火〔~430℃〕產(chǎn)品冷成型彈簧〔尺寸≤8mm小型彈簧〕下料冷撥鋼絲冷卷成型低溫退火產(chǎn)品④常用鋼種60Si2Mn65Mn3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔4〕合金彈簧鋼30精選ppt①性能特點(diǎn)要求具有很高的強(qiáng)度和硬度、很高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性和淬透性，很高的耐磨性，而且還應(yīng)有一定的抗腐蝕能力。②化學(xué)成分特點(diǎn)高碳〔0.95%<Wc<1.1%〕；參加的合金元素主要是Cr,以提高其淬透性和耐磨性。3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔5〕滾動(dòng)軸承鋼31精選ppt3、合金結(jié)構(gòu)鋼

〔5〕滾動(dòng)軸承鋼③熱處理特點(diǎn)預(yù)先熱處理為球化退火，最終熱處理為淬火+低溫回火。生產(chǎn)工藝如下：軋制、鍛造球化退火機(jī)械加工淬火加低溫回火磨削加工成品金相組織為：回M+粒狀碳化物+少量A殘④常用鋼種GCr15、GCr15SiMn〔注意C的含量一般在0.95-1.1℅〕32精選ppt4、特殊性能鋼〔1〕不銹鋼〔2〕耐熱鋼〔3〕耐磨鋼33精選ppt4、特殊性能鋼

〔1〕不銹鋼1)金屬腐蝕的種類電化學(xué)腐蝕——金屬在電解質(zhì)中微電池腐蝕稱為電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕——金屬外表與周圍介質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的腐蝕稱為化學(xué)腐蝕。如鋼在加熱時(shí)產(chǎn)生的氧化皮。34精選ppt〔1〕不銹鋼

2〕電化學(xué)腐蝕根本原理圖iFeCuNaCl水溶液Fe－2e→Fe++Fe+++2Cl-→FeCl2鐵的電極電位低為負(fù)極銅的電極電位高為正極35精選ppt〔1〕不銹鋼

3〕提高金屬抗腐蝕能力的主要措施①盡量使金屬獲得單相組織；②參加合金元素使各相間的電極電位差減?。虎蹍⒓雍辖鹪?，使金屬外表腐蝕后形成一層致密的氧化膜。36精選ppt

①馬氏體不銹鋼

含碳量：0.08~0.45%;

Cr含量：~13%；牌號(hào)有：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13；性能：通過熱處理可得到回M，具有較高的強(qiáng)度和硬度，但耐蝕性能較差；應(yīng)用：各種閥、機(jī)泵和工具等；〔1〕不銹鋼

4〕常用鋼種37精選ppt②鐵素體不銹鋼

含C量：~0.1%；含Cr量：12~32%；常用牌號(hào)：0Cr13、1Cr17、1Cr28等；性能：耐蝕性、塑性、焊接性好，但硬度和強(qiáng)度較低；應(yīng)用：用于耐蝕零件，如硝酸和氮肥工業(yè)；〔1〕不銹鋼

4〕常用鋼種38精選ppt〔1〕不銹鋼

4〕常用鋼種③奧氏體不銹鋼

含C量：＜0.15%；

含Cr量：18%；

含Ni量：8~11%；常用鋼種：0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti；性能：耐蝕性能、冷熱加工性能、焊接性能都很好。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于化工設(shè)備及管道等。39精選ppt本節(jié)重點(diǎn)碳素鋼的分類牌號(hào)用途1、碳素鋼的分類(1)按鋼中含碳量分(2)按鋼的質(zhì)量分(3)按鋼的用途分低碳鋼WC≦0.25%中碳鋼0.25%<WC≦0.6%高碳鋼WC>0.6%普通碳素鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼一般工程用鑄鋼40精選ppt本節(jié)重點(diǎn)碳素鋼的分類牌號(hào)用途2、碳素鋼的牌號(hào)、用途普通碳素結(jié)構(gòu)鋼〔工程零件〕標(biāo)志符號(hào)Q+最小σS