金屬工藝學(xué) 第3版 課件 9 鋼鐵材料

金屬工藝學(xué)單元三鋼鐵材料鋼材按化學(xué)成分可分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼三大類。●非合金鋼是指以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在2.11%以下并含有少量其他元素的鋼鐵材料。●為了改善鋼的某些性能或使之具有某些特殊性能（如耐腐蝕、抗氧化、耐磨、熱硬性、高淬透性等），在煉鋼時(shí)有意加入的元素，稱為合金元素?！窈幸环N或數(shù)種有意添加的合金元素的鋼，稱為合金鋼?！耔T鐵是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（C）>2.11%，在凝固過程中經(jīng)歷共晶轉(zhuǎn)變，含有較高硅元素及雜質(zhì)元素含量較多的鐵基合金的總稱。模塊一

雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響

一、硅對(duì)鋼性能的影響硅是作為脫氧劑帶進(jìn)鋼中的。硅有利于改善鋼的質(zhì)量，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和彈性，但降低鋼的塑性和韌性，是鋼中的有益元素。二、錳對(duì)鋼性能的影響錳是煉鋼時(shí)用錳鐵脫氧后殘留在鋼中的雜質(zhì)元素。錳能改善鋼的質(zhì)量，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，也是鋼中的有益元素。三、硫?qū)︿撔阅艿挠绊懥蚴窃跓掍摃r(shí)由礦石和燃料帶進(jìn)鋼中的，在煉鋼時(shí)難以除盡?？偟膩碚f，硫是鋼中的有害雜質(zhì)元素。當(dāng)鋼材在1000℃～1200℃進(jìn)行熱壓力加工時(shí)，容易產(chǎn)生“熱脆”。此外，硫?qū)︿摰暮附有杂胁涣嫉挠绊?，容易?dǎo)致焊縫產(chǎn)生熱裂、氣孔和疏松。四、磷對(duì)鋼性能的影響磷是由礦石帶入鋼中的。磷能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。但在室溫下磷產(chǎn)生低溫脆性。磷是有害元素。五、非金屬夾雜物的影響在煉鋼過程中，由于少量爐渣、耐火材料及冶煉中的反應(yīng)物融入鋼液中，從而形成氧化物、硫化物、硅酸鹽、氮化物等非金屬夾雜物。非金屬夾雜物會(huì)降低鋼的力學(xué)性能，特別是降低塑性、韌性及疲勞強(qiáng)度。

模塊二

非合金鋼的分類、牌號(hào)及用途

一、非合金鋼的分類1．按非合金鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低分類，非合金鋼可分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼三類。2．按非合金鋼主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能或使用特性分類按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能或使用特性分類，非合金鋼可分為：普通質(zhì)量非合金鋼、優(yōu)質(zhì)非合金鋼和特殊質(zhì)量非合金鋼三類。3．按非合金鋼的用途分類按非合金鋼的用途分類，可分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。4．非合金鋼的其他分類方法非合金鋼還可以從其它角度進(jìn)行分類，例如，按專業(yè)分類，可分為：鍋爐用鋼、橋梁用鋼、礦用鋼等；按冶煉方法等進(jìn)行分類，可分為：氧氣轉(zhuǎn)爐鋼、電弧爐鋼等。

二、普通質(zhì)量非合金鋼的牌號(hào)及用途

碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由屈服強(qiáng)度字母、屈服強(qiáng)度數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四部分按順序組成。質(zhì)量等級(jí)分A、B、C、D四級(jí)，從左至右質(zhì)量依次提高。屈服強(qiáng)度用“屈”的漢語拼音字母“Ｑ”和一組數(shù)字表示；脫氧方法用F、Z、TZ分別表示沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼。在牌號(hào)中“Z”可以省略。

三、優(yōu)質(zhì)非合金鋼的牌號(hào)及用途優(yōu)質(zhì)非合金鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示該鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾(以0.01%為單位)，如45鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W（C）=0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要有：08F鋼或08鋼、10F鋼或10鋼、15F鋼或15鋼、20鋼、25綱、30鋼、35鋼、40鋼、45鋼、50鋼、55鋼、60鋼、65鋼、70鋼、75鋼、80鋼和85鋼。它們可分為：冷沖壓鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼和彈簧鋼。四、其它專用優(yōu)質(zhì)非合金鋼的牌號(hào)及用途專門用途鋼的牌號(hào)表示方法是在鋼號(hào)的首部或尾部用符號(hào)標(biāo)明其用途，如25MnK礦用鋼。1.易切削鋼易切削鋼是鋼中加入一種或幾種元素，利用其本身或與其他元素形成一種對(duì)切削加工有利的夾雜物，來改善鋼材的切削加工性的鋼材。易切削鋼中常用加入的元素有：硫（S）、磷（P）、鉛（Pb）、鈣（Ca）、硒（Se）、碲（Te）、錳（Mn）等。易切削鋼適合在自動(dòng)機(jī)床上進(jìn)行高速切削制作通用零件。易切削鋼的牌號(hào)以“Y＋數(shù)字”表示，Y是“易”字漢語拼音首位字母，數(shù)字為鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾，如Y12表示其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W（C）=0.12%的易切削鋼。易切削鋼主要用于制造受力較小、不太重要的大批生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，如螺釘、螺母，墊圈、墊片，縫紉機(jī)、計(jì)算機(jī)和儀表零件等。常用易切削鋼有：Y12鋼、Y20鋼、Y30鋼、Y35鋼、Y40Mn鋼、Y45Ca鋼等。2.鍋爐用鋼鍋爐用鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的專門用于制作鍋爐構(gòu)件的鋼種，如20G、22MnG、16MnG等。

3．焊接用鋼焊接用鋼（焊芯、實(shí)芯焊絲）牌號(hào)用“H”表示，“H”后面的一位或兩為數(shù)字表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)；化學(xué)符號(hào)及其后面的數(shù)字表示該元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)（若含量小于1%，則不標(biāo)明數(shù)字）；“A”表示優(yōu)質(zhì)（即焊接用鋼中S、P含量比普通鋼低）；“E”表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)（即焊接用鋼中S、P含量比普通鋼更低）。例如，H08MnA中，H表示焊接用鋼，08表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%，Mn表示錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，A表示優(yōu)質(zhì)焊接用鋼。常用焊接用鋼有：H08、H08E、H08MnA、H08Mn2、H10MnSi等。4.鑄造非合金鋼鑄造非合金鋼包括一般工程用鑄造碳鋼和焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼。一般工程用鑄造碳鋼的牌號(hào)是用“鑄鋼”兩字的漢語拼音字首“ZG”后面加兩組數(shù)字組成，第一組數(shù)字代表屈服強(qiáng)度的最低值，第二組數(shù)字代表抗拉強(qiáng)度的最低值。例如，ZG200-400表示屈服強(qiáng)度≥200MPa，抗拉強(qiáng)度≥400MPa的一般工程用鑄造碳鋼。一般工程用鑄造碳鋼的牌號(hào)有：ZG200-400、ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570和ZG340-640。焊接結(jié)構(gòu)用碳素鑄鋼的牌號(hào)表示方法與一般工程用鑄造碳鋼的牌號(hào)基本相同，所不同的是需要在數(shù)字后面加注字母“H”，如ZG200-400H、ZG230-450H、ZG275-485H等。五、特殊質(zhì)量非合金鋼的牌號(hào)及用途

碳素工具鋼是用于制造刀具、模具和量具的鋼。碳素工具鋼的牌號(hào)以碳的漢語拼音字首“T”開頭，其后的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。例如，T8表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W（C）=0.80%的碳素工具鋼。如果是高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在鋼的牌號(hào)后面標(biāo)以字母A，如T12A表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為W（C）=1.20%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。模塊三

合金元素在鋼材中的作用一、合金元素在鋼材中的存在形式及作用

合金元素在鋼中主要以兩種形式存在，一種形式是溶入鐵素體中形成合金鐵素體；另一種形式是與碳化合形成合金碳化物。

(一)合金鐵素體

溶入鐵素體的合金元素，由于它們的原子大小及晶格類型與鐵不同，使鐵素體晶格發(fā)生不同程度的畸變，其結(jié)果使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高。

(二)合金碳化物

根據(jù)合金元素與碳之間的相互作用，可將合金元素分為形成碳化物的合金元素和不形成碳化物的合金元素。合金碳化物具有很高的硬度，它們?cè)阡摬闹刑岣吡虽摰膹?qiáng)度、硬度和耐磨性。

二、合金元素對(duì)鋼材的熱處理和力學(xué)性能的影響

(一)合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響由于合金元素的擴(kuò)散速度較慢，且大多數(shù)合金元素（除Ni、Co外）均減慢碳的擴(kuò)散速度，加之合金碳化物比較穩(wěn)定，不易溶入奧氏體中，因此，合金元素在不同程度上減緩了奧氏體的形成過程。(二)合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼回火時(shí)組織與