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金属质量分析本课程以钢材质量检验为主要内容参考书：《钢材质量分析》刘天佑主编冶金工业出版社前言钢材、钢制件和半成品都要进行各种性能检验和分析0.1意义评价钢材质量的优劣；进行工程机械设计；合理选择材料；正确制定和改进加工工艺。前言0.2课程主要内容钢及钢材的分类和编号钢的化学成分分析宏观检验金相检验力学性能检验工艺性能检验化学性能检验无损检验第一章概论1.1钢的分类及编号钢：碳质量分数小于2.11%的铁碳合金。一、钢的分类碳素钢合金钢(一)、按化学成分分类低碳钢(w(C)0.25%)中碳钢(w(C)=0.25%~0.6%)高碳钢(w(C)0.6%)低合金钢(w(alloys)5%)中合金钢(w(alloys)=5%~10%)高合金钢(w(alloys)10%)另可按钢中主要合金元素来分类：如锰钢、铬锰钢等。第一章概论(二)、按钢的质量分类(杂质S、P的含量)普通质量钢优质钢高级优质钢w(S)=0.035%~0.050%w(P)=0.035%~0.045%w(S)0.035%w(P)0.035%w(S)0.025%w(P)0.025%第一章概论(三)、按金相组织分类(1)按平衡态或退火组织(2)按正火组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。由于空冷速度受试样尺寸影响，该分类仅适合断面不大的试样(通常Φ=25mm)亚共析钢(铁素体+珠光体)共析钢(珠光体)过共析钢(珠光体+二次碳化物)莱氏体钢(莱氏体)第一章概论(3)按加热时有无相变和室温时的金相组织铁素体钢(加热冷却时始终保持铁素体组织)奥氏体钢(加热冷却时始终保持奥氏体组织)复相钢第一章概论(四)、按冶炼方法分类(1)按设备(2)按脱氧程度和浇注制度平炉钢(酸性、碱性等)转炉钢(酸性、碱性及底吹、侧吹、顶吹等)电炉钢(电弧炉、电渣炉、感应炉等)沸腾钢(浇注前未充分脱氧)镇静钢(浇注前充分脱氧)半镇静钢第一章概论(五)、按用途分类结构钢(碳素、低合金、渗碳、调质、弹簧、易切削)工具钢(碳素、合金、高速)特殊性能钢(不锈、耐热、耐磨等)工程结构零件第一章概论二、钢的编号原则：以明显、确切、简单的符号反映钢种的冶炼方法、化学组成、特性、用途、工艺方法，且便于书写、打印、识别及不易混淆。GB/T221-2000汉语拼音—表示产品名称、用途、特性、工艺方法。化学元素符号—国际化学符号。阿拉伯数字—化学元素含量、牌号、分类、特性。第一章概论(一)、结构钢1.碳素结构钢(普通)专门用途的普通碳素钢，在钢号前面加表示用途的字母，如q、g、R等甲类钢(牌号前加A)：保证机械性能；乙类钢(牌号前加A)：保证化学成分；乙类钢(牌号前加A)：保证机械性能和化学成分。老标准第一章概论五个钢号(Q195、Q215、Q235、Q255、Q275)+质量等级符号(A、B、C、D)+脱氧方法(F：沸腾钢；b：半镇静钢；无：镇静钢)如Q235-A·F新标准屈服点的下限值第一章概论2.优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢除上最后一项外，优质碳素弹簧钢表示法相同。普通含锰量：直接用表示钢中平均碳含量万分之几的两位数表示，如20钢(w(C)0.20%)高锰优质碳素结构钢：碳含量的万分之几+Mn，如20Mn另：在牌号后加脱氧方法(同上)；高级优质碳素结构钢在牌号尾加“A”；特级优质碳素结构钢在牌号尾加“E”；专门用途的优质碳素结构钢(同上)第一章概论3.低合金高强度结构钢老标准：碳含量(万分之几，两位数字)+合金元素+含量(百分之几)如09MnVTiRE新标准：五个钢号(命名与碳素结构钢基本相同)4.合金结构钢和合金弹簧钢碳含量(万分之几，两位数字)+合金元素+含量(百分之几)+优质程度如18Cr2Ni4WA专用合金结构钢牌号头部或尾部加代表用途的符号，如ML30CrMnSi(ML代表铆螺)第一章概论5.其他结构钢(1)易切削钢Y+碳含量+易切削元素符号(S不标出)如果是高锰钢则在尾部标明Mn(2)非调质机械结构钢在牌号前加YF或F，其他同合金结构钢第一章概论6.轴承钢(1)高碳铬轴承钢G+Cr+Cr含量(千分之几)+(后同合金结构钢)如果是高锰钢则在尾部标明Mn(2)渗碳轴承钢G+碳含量(万分之几)+(后同合金结构钢)(3)高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢采用不锈钢和耐热钢的牌号表示方法(不加G)第一章概论(二)、工具钢1.碳素工具钢T+碳含量(千分之几)+Mn(仅对Mn高者)+优质程度2.合金工具钢碳含量(千分之几，1%时不标)+合金元素符号+含量(百分之几)当Cr含量较低时用千分之几表示，但前加03.高速工具钢一般只用合金元素及含量表示，不再标出碳含量第一章概论(三)、特殊性能钢1.不锈钢和耐热钢碳含量+合金元素符号+含量(百分之几)w(C)=1.0%—用两位阿拉伯数字；0.1%w(C)1.0%—用一位阿拉伯数字；0.03%w(C)=0.1%—用0表示；0.01%w(C)=0.03%—用03表示(超低碳)；w(C)=0.01%—用01表示(极低碳)第一章概论2.电工用硅钢(1)电工用热轧硅钢DR+最大允许铁损值×100+检验频率+公称厚度(mm)×100检验频率：高频(400Hz)用G表示，50Hz则不加任何符号(2)电工用冷轧无取向硅钢和取向硅钢公称厚度(mm)×100+W(无取向)或Q(取向)+铁损值×100(3)电讯用取向高磁硅钢DG+数字(1~6表示电磁性能由低到高)第一章概论1.2常用钢材钢材生产流程：钢水钢锭或钢坯压力加工钢材其中压力加工包括热轧、冷轧、锻造和拉拔等。一、钢材生产知识压力加工：外力塑性变形一定形状和尺寸产品获得一定形状和尺寸的产品；节约钢材；高效率；改善组织性能。作用及优点第一章概论1.轧制指金属在轧机旋转轧辊的碾压下，进行塑性变形的一种压力加工方法，分热轧和冷轧，是钢材最主要的加工方法。(1)轧制方式纵轧、横轧和斜轧。(2)轧制设备(轧机成套机组)主要设备：轧钢机机座；辅助设备：辊道、升降台、剪切机、锯机、矫直机、热处理设备、控制设备等第一章概论(3)轧机种类按轧辊在机架内的布置方式：水平轧机；立辊轧机。按轧机的排列方式：单机座轧机；横列式轧机；纵列式轧机；连续式轧机和半连续式轧机钢坯轧机(方坯、扁坯、板坯)成品轧机(型材、板(带)材、管材等)特种轧机(车轮、钢球等)按种类分第一章概论(4)轧机的名称钢坯轧机和型钢轧机：轧辊直径或齿轮机座齿轮节圆直径(mm)+轧机类型，如1150初轧机。板带钢轧机：轧辊辊身长度(mm)+轧机类型，如1700钢板连轧机。钢管轧机：最大钢管外径或外径尺寸范围(mm)+轧机类型，如140无缝管轧机；20~102焊管机。第一章概论(4)轧制工艺过程原料(钢锭、钢坯)清理加热轧制轧后冷却精整原料清理：清理表面缺陷；加热：一般1100~1300℃，完全奥氏体状态；轧制(中心环节)：初轧或开坯成材轧制(粗轧和精轧)终轧(约800~900℃)精整：剪切、矫直、表面加工、热处理、分级、质检、打印记和包装等。第一章概论2.锻造用锻锤往复冲击或压力机的压力，使高温金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和内部组织的毛坯或零件的加工方法。(1)优点(2)分类：自由锻(锤上和水压机上)和模锻细化组织、晶粒，提高机械性能；高的劳动生产率；可生产形状复杂的零件。第一章概论自由锻和模锻的比较：自由锻模锻通用性；无需模具；依赖于锻工的技术；精度低，加工余量大；生产率低；劳动条件差，强度大；大型锻件唯一可选方法。专用性；需模具；操作简单；节约金属(50~200%)；生产率高(3~几十倍)；劳动条件好；仅适用于小锻件。第一章概论2.拉拔外加拉力作用于被拉金属前端，将金属坯料从小于坯料横断面的模孔中拉出，使其断面减小和长度增加而获得需要形状和尺寸的一种压力加工方法，因一般在冷态下进行，也叫冷拉或冷拔。(1)对象：直径小于6.5mm的线材或直径小于76mm的钢管。(2)工艺特点：由于加工硬化，中间需进行再结晶退火，拔后需去应力退火。第一章概论二.常用钢材可归纳为以下五大类：型钢：重轨、轻轨、大型型材、中型型材、小型型材、优质型材、弯曲型材和线材钢板：中厚板、薄钢板、硅钢片、带钢钢管：无缝钢管、焊接钢管金属制品：(钢丝、焊丝、钢丝绳)其他钢材：(钢轨配件、鱼尾板、车轮、盘件、环件、车轴坯、锻件坯和钢料球等)第一章概论1.3钢材的检验钢材检验的意义：控制产品质量，生产合格钢材；指导改进生产工艺，提高产品质量；指导用户合理选择钢材及进行再处理；促进新钢种的研发。第一章概论一、各种检验项目和指标1、化学成分2、宏观检验用肉眼或不大于10倍的放大镜检查金属表面或断面以确定其宏观组织缺陷的方法。碳素结构钢：主要分析五大元素(C,Mn,Si,S,P)合金钢：除上述五大元素外，另需分析合金元素酸浸试验(显示疏松、偏析、气泡、缩孔、夹杂物等)硫印试验(硫的宏观分布)断口检验(将断口分类，评定钢材质量)塔形发纹(钢材不同深度的发纹、气孔、疏松等)第一章概论3、金相组织检验借助金相显微镜来检验钢中的内部组织及缺陷。包括奥氏体晶粒度、非金属夹杂物、脱碳层深度好化学成分偏析等。4、硬度检验包括布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度和显微硬度。第一章概论5、拉伸试验可检验钢的强度指标和塑性指标。常温强度指标：屈服点和抗拉强度高温强度指标：蠕变强度、持久强度和高温规定非比例伸长应力强度指标伸长率断面收缩率塑性指标第一章概论6、冲击试验测量材料在不同温度下的冲击吸收功。7、工艺性能试验指零件制造过程中各种冷热加工工艺对材料性能的要求。包括淬透性试验、焊接性能、切削加工性能、耐磨性试验、弯曲试验、顶锻试验、杯突试验、反复弯曲试验和金属管工艺性能试验等高温吸收功低温吸收功常温吸收功根据温度一次冲击试验(主要)多次冲击试验根据次数第一章概论8、物理性能试验对钢的电、热和磁性能进行检验。9、化学性能试验指某些特定用途和特殊性能的钢在使用过程中抗化学介质作用的能力。大气腐蚀试验；晶间腐蚀试验；抗氧化性能试验；全浸腐蚀试验；间浸腐蚀试验。第一章概论10、无损检验在不破坏构建尺寸及结构完整的前提下探查其内部缺陷并判断其种类、大小、形状及位置的一种检验方法，又称无损探伤。可分为超声波探伤、磁力探伤和射线探伤。11、规格尺寸检验钢材的公差必须在标准规定的公差范围内。12、表面缺陷检验13、包装和标志