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1第一节碳钢一、常存杂质对碳钢性能的影响碳钢是指含碳量小于2.11%的铁碳合金，但实际使用的碳钢并不是单纯的铁碳合金，除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫，磷等，这些元素是从矿石、燃料和冶炼等渠道进入钢中的，这些元素统称为杂质，它们对钢的性能有一定的影响，下面作简要介绍。第六章金属材料一）杂质和气体的影响Mn—脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。Si—有很强的固溶强化作用,能脱氧。1.有益元素2.有害元素:P—有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆)。S—能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂)。3.气体元素:N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。钢中白点5二、碳钢的分类碳钢的分类方法很多，下面介绍三种：(一)按钢的含碳量分1．低碳钢含碳量≤0.25％2.中碳钢含碳量在0.25%--0.6%之间3.高碳钢含碳量0.6%6(二)按钢的质量分类主要是根据钢中含有害杂质S、P的多少来分：1．普通碳素钢钢中S，P的含量分别为≤0.05％和0.045％。2．优质碳素钢钢中S、P的含量均≤0．035％。3．高级优质碳素钢钢中S、P的含量分别≤0.020％和0.030％。7(三)按用途分类1．碳素结构钢这类钢主要用于制造各种工程构件(如桥梁、船舶、建筑等)和机器零件(如齿轮、轴、螺钉、螺母、连杆等)，这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。2．碳素工具钢这类钢主要用于制造各种刀具、量具、模具。这类钢含碳量较高，属于高碳钢。8三、碳钢的编号和用途为了生产、加工处理和使用不致造成混乱，对各种钢材进行命名和编号。(一)碳素结构钢碳素结构钢是工程中应用最多的钢种,其产量约占钢总产量的70-80％。按国家标准GB700—88,碳素结构钢分为五类20种，如表所示。9碳素结构钢的牌号是以钢材厚度(或直径)不大于16mm钢的屈服点(σs)数值划分的，并且还有质量等级和脱氧方法的细划分。表中的符号、代号的意义如下。Q——钢屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；A、B、C、D——分别为质量等级；F——沸腾钢“沸”字汉语拼音首位字母；b——半镇静钢“半”字汉语拼音首位字母，用小写b为便于与质量等级B级相区别；10Z——镇静钢“镇”字汉语拼音首位字母；TZ——特殊镇静钢“特镇”两字汉语拼音首位字母。在牌号组成表示方法中，“Z”与“TZ符号予以省略。例如；Q235-A．F即表示屈服点数值为235N／mm2的A级沸腾钢。11碳素结构钢的应用：Q195、Q215A、Q215B塑性较高，有一定强度，通常轧制成薄板，钢筋，钢管、型钢等，用作桥梁、钢结构等，也在机械制造中用作铆钉、螺钉、地脚螺栓、轴套、开口销，拉杆、冲压零件等。12Q235A、Q235B、Q235C、Q235D强度较高，可用作转轴、心轴、拉杆、摇杆、吊钩、链等。Q255A、Q255B、Q275强度更高，可用作工具：轧辊、主轴、摩擦离合器、刹车钢带等。13(二)优质碳素结构钢这类钢中有害杂质及非金属夹杂物含量较少，化学成分控制得也较严格，塑性和韧性较高，多用于制造较重要零件。这类钢的编号方法是以平均含碳量万分数表示，例如，平均含碳量为0.45％的优质碳素结构钢，就称为45号钢。14(三)碳素工具钢这类钢的编号方法是在“碳”或“T”后加一数字，数字表示钢的平均含碳量的千分数。例如，碳7(或T7)，碳12(T12)分别表示平均含碳量为0.7％和1.2％的碳素工具钢。碳素工具钢都是优质钢，若为高级优质碳素工具钢，则在钢号后面加一个“高”字或(A)，例如碳12高(或T12A)。151.镇静钢(killedsteel)钢液在浇注前用锰铁、硅铁和铅进行了充分脱氧,Wo=0.01%左右,成分较均匀、组织较致密。主要用于机械性能要求较高的零件。2.沸腾钢(boilingsteel)钢液在浇注仅前进行轻度假脱氧,Wo=0.03%～0.07%,成分偏析较严重、组织不致密。机械性能不均匀,冲击韧性差,常用于要求不高的零件。3.半镇静钢(balancedsteel)半镇静钢是脱氧过程介于镇静钢和沸腾钢之间的钢,是用锰铁和硅铁进行脱氧。其质量也介于二者之间,可代替部分镇静钢,一般不适于做重要零件。第二节合金钢合金钢是在以碳元素为主要合金元素的碳素钢的基础上发展起来的。在合金钢中，除了铁和碳以外，还含有为某种目的（如增加淬透性，提高强度、耐磨性、红硬性、耐热性、耐腐蚀性等等）而特意加入的其它合金元素，这些元素有Mn、Si、Cr、Mo、Ni、W、Ti、V、Nb等。二）合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的存在形式及主要作用：•溶于铁素体内，形成合金铁素体。作用：固溶强化。•溶于渗碳体内，形成合金渗碳体，如（Fe，Cr）3C。作用：提高碳化物硬度和稳定性。•和碳形成特殊碳化物，如Fe3W3，Cr23C6，Mo2C，TiC。作用：特殊碳化物稳定，硬度高，可提高红硬性和耐磨性；特殊碳化物细小弥散，起弥散强化作用。合金元素对硬度的影响合金元素对冲击韧性的影响与碳作用形成合金碳化物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。三)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响•扩大奥氏体区•缩小奥氏体区•改变共晶点和共析点的参数1.扩大奥氏体区的合金元素面心立方晶格的Mn、Ni、Co等元素以及N和C。作用:使A3线温度下降,A4线温度上升。Mn元素对奥氏体区的影响2.缩小奥氏体区的合金元素体心立方晶格的Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。作用:使A3线温度上升,A4线温度下降。Cr元素对奥氏体区的影响3.改变共晶点和共析点参数的元素几乎所有的合金元素。作用:使S点和E点的成分向左移。即移向低碳的方向使A1线的温度变化。合金元素对S点成分的影响合金元素对A1线的影响四)合金元素对钢的热处理的影响•加热时对奥氏体形成的影响•对过冷奥氏体转变的影响•对回火转变的影响1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响除Mn元素外,所有合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大(Si、Ni、Cu、Co等)。2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响除Co元素外,所有的合金元素均使钢的TTT曲线向右移。推迟奥氏体向珠光体和贝氏体转变的过程，提高淬透性。除Co、Al元素外,所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。提高钢的淬透性,常用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。3.合金元素对回火转变的影响回火抗力的增加阻碍Fｅ和C的扩散，提高马氏体的稳定性，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变，阻碍碳化物的析出和聚集长大二次硬化的产生（红硬性提高）削弱回火脆性（W,Mｏ）W、Mo、V等碳化物在550℃时,使钢达到最高硬度,产生二次硬化。Cr-Ni钢的回火脆性示意图防止第二类回火脆性的产生的方法:在500～600℃快速冷却。加入合金元素W、Mo。因此，根据合金元素在钢中的作用1.主加元素:对提高钢的性能起主要作用。Si、Mn、Cr、Ni、B。2.辅加元素:配合主加元素进一步提高钢的性能,弥补主加元素的不足与缺陷。W、Mo、V、Ti、Nb。第二节钢的分类和编号1.分类钢材种类繁多，为便于生产使用和研究，进行了如下分类：1）按化学成份分类钢按化学成份不同可分为碳素钢和合金钢。碳素钢按碳含量的不同又分为低碳钢（含碳量小于0.25%），中碳钢（含碳量为0.25~0.6%）和高碳钢（含碳量大于0.6%）。合金钢按合金元素总量分为低合金钢（合金元素总量小于5%），中合金钢（合金元素总含量为5~10%）高合金钢（合金元素总量大于10%）有时，按合金钢中所含主要合金元素将合金钢分为锰钢，铬钢，铬钼钢或铬锰钛钢等。2）按供应态的显微组织分类一般钢的供应状态有退火态和正火态两种。按正火态组织将钢分为珠光体类，贝氏体类，马氏体类及奥氏体类钢，在这里也不排除有过渡型混合组织出现的可能。按退火态（即平衡态）组织可将钢分为亚共析、共析和过共析钢。３）按用途分类结构钢工具钢特殊性能钢2.钢的编号我国的钢材编号是采用国际化学符号，数字及汉语拼音字母并用的原则，按碳含量、合金元素的种类和数量以及质量级别来编号的。1）普通结构钢2）优质碳素结构钢3）碳素工具钢4）合金结构钢5）合金工具钢6）滚动轴承钢7）不锈钢及耐热钢1）普通碳素结构钢（普碳钢）该类钢牌号表示方法是由代表屈服点的字母（Q），屈服强度数值（MPa值），质量等级符号（A，B，C，D）及脱氧方法符号（F，b，Z，TZ）等四部分按顺序组成。Q235—A·F沸腾钢A等级235MPa屈服强度2）优质碳素结构钢该类钢的钢号用钢中平均含碳量的两位数字表示，单位为万分之一。如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的钢，这是正常含锰量（按杂质含量）的优质碳素结构钢的钢号表示方法。对含锰量较高的钢，须将锰元素标出。所谓较高含锰量系指含碳量大于0.6%、含锰量在(0.9~1.2)%者及含碳量小于0.6%、含锰量(0.7~1.0)%者，数字后面附加化学元素符号Mn。例如钢号25Mn，表示平均含碳量为0.25%而含锰量为(0.7~1.0)%的钢。*45---Wc=0.45%*较高锰质量分数的优质碳素结构钢45Mn---Wc=0.45%;WMn=0.7%～1.0%3）碳素工具钢碳素工具钢是在钢号前加“T”表示，其后跟以表示钢中平均含碳量的千分之几的数字。如平均含碳量为0.8%的工具钢，其钢号记为“T8”。含锰量较高者须在钢号后标以“Mn”。若为高级优质碳素工具钢则在钢号末端加“A”，如T10A。T12A高级优质Wc=1.2%碳素工具钢4）合金结构钢该类钢的牌号是由“数字+元素+数字”三部分组成。前面的数字（为两位数）表示平均含碳量的万分数，合金元素以化学元素符号表示，合金元素后面的数字（一位或两位数）表示该元素的平均百分含量，如果合金元素平均含量低于1.5%时，则不标明其含量；当其平均含量大于或等于1.5%至2.5%时则在元素后面标“2”，依此类推。如60Si2Mn钢，其平均含碳量约0.6%，含硅2%及含锰1%5）合金工具钢该类钢的编号原则大体同合金结构钢，只是含碳量的表示方法不同，而合金元素的表示方法相同。钢号前表示其平均含碳量的是一位数字，为其千分数；当平均含碳量大于或等于1.0%时，则不标出含碳量。例如9Mn2V钢的平均含碳量为(0.85%~0.95)%；而CrMn钢中的平均含碳量则为(1.3~1.5)%。高速钢是一类高合金工具钢，其钢号中一般不标出含碳量，仅标出合金元素符号及其平均含量的百分数。如W18Cr4V钢的平均碳含量为(0.7~0.8)%，而合金元素含量则约为18%W、4%Cr和1%V。6）滚动轴承钢该类钢含碳量较高（一般约为0.95~1.15%），在钢号中不标明；其钢号前冠以G表示“滚动轴承”钢，其后为铬（Cr）+数字+其它合金元素+数字+(…）表示，数字表示铬平均含量的千分数，而其它合金元素后的数字则表示其百分数。如“滚铬15”（即GCr15），即是铬平均含量为1.5%滚动轴承钢。7）不锈钢及耐热钢这两类钢钢号前面的数字表示平均含碳量的千分数，如“9铬18”（即9Cr18）表示该钢平均含碳量为0.9%。但碳含量小于0.03%及0.08%者，在钢号前分别冠以“00”及“0”，如“00铬18镍1”（即00Cr18Ni10）等。应指出，上述钢中能起重要作用的微量元素如钛，铌，锆等虽然含量较低（一般小于1%甚至小于0(01%)，但应在钢号中标出，且元素符号后不附加数字；而当其在某些钢中含量大于1%时，则必须在元素符号后加上其含量的百分数。第三节合金结构钢(AlloyConstructionalSteel)•普通低合金钢•合金渗碳钢•合