工程材料-第七章-钢铁材料

第七章钢铁材料§7.1钢中常存杂质元素对其性能的影响§7.2合金元素在钢中的主要作用§7.3钢的分类与牌号§7.4结构钢§7.5工具钢§7.6特殊性能钢§7.7铸铁坝牌展遂赖朗酌隐逐绪卧稳牲灯迷缔韶滔障沦丘种述剂桩握蛇淹潍宵祷捡工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料§7.1钢中常存杂质元素对其性能的影响钢中常存的杂质元素有：硅、锰、硫、磷、氢、氮、氧1.硅和锰的影响好处：硅、锰均可溶于铁素体，使钢的强度、硬度升高——固溶强化；锰易与硫生成MnS，可降低硫的有害作用(热脆)。硅、锰都可作为脱氧剂并提高淬透性。坏处：硅可显著降低钢的塑性、韧性；硅易与氧生成脆性夹杂物SiO2；MnS量过多也会恶化钢的性能。Si、Mn量一般控制在：wSi＜0.5%；wMn＜0.8%（有益元素）。崇掀四餐砍锦谴武孰览现褒投皖滔陆弄迈歹售臣肥靳诱溅涣誉惨晚仕煞熙工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料2.硫和磷的影响好处：适量的磷溶于铁素体，明显提高强度、硬度。提高切削加工性害处：硫的存在导致钢在热加工时产生脆性开裂——热脆；磷溶于铁素体中强烈地降低了钢的塑性、韧性，尤其是低温韧性，并使冷脆转化温度升高；过多的磷也会生成Fe3P化合物，在晶界上偏析而增加脆性——冷脆。硫、磷一般是有害元素，需严格控制其含量。wS＜0.05%；wP＜0.045%§7.1钢中常存杂质元素对其性能的影响亭肯腕乳店刮孔熟景眠番烙柄督沟纂呕碳婆烟烈釜拓蛋恶澄为藤瑞玛叹啮工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料3.气体元素的影响（1）氢对钢的危害极大，微量的氢即可引起“氢脆”，导致塑韧性下降，甚至在钢中产生微裂纹（即“白点”或“发裂”）。生产中常通过锻后保温缓冷措施或预防白点退火（去氢退火）工艺来降低钢件的氢脆倾向。§7.1钢中常存杂质元素对其性能的影响星斋衣果剑高涌鲜玄蹬聪呈谦隋榨铜熬焕桑检拳靛婴碳并皱翻暇叫喷诵被工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料三、气体元素的影响（2）氮固溶于铁素体中将引起“应变时效”，即冷塑性变形的低碳钢在室温放置或加热一定时间后强度增加而塑性、韧性降低的现象。在钢中加入与氮亲合力大的Al、V、Ti、Nb等元素而形成细小弥散分布的氮化物，提高强韧性，降低氮的应变时效作用。§7.1钢中常存杂质元素对其性能的影响花守疤嘘死锡搅朴滥述尝烛凝碍脑但打码楷贺赋别卷铸正窘熏腹措菠锣划工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料三、气体元素的影响（3）氧少部分溶于铁素体中，大部分以各自氧化物夹杂的形式存在，使钢的强度、塑性与韧性、尤其是疲劳性能降低。故应对钢进行脱氧，可加入Si、Mn等脱氧剂。据浇注前钢液脱氧程度不同,可将钢分为镇静钢（充分脱氧）、沸腾钢（不完全脱氧）和介于两者之间的半镇静钢。§7.1钢中常存杂质元素对其性能的影响皋椅娱痘川梭撰勉阿费割积食首捕涤怎射瘴潮效疯晾孩宦笆描漳眶秀匙阁工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料一、合金元素在钢中的存在形式二、合金元素对铁碳相图的影响三、合金元素对钢热处理的影响§7.2合金元素在钢中的主要作用同为Si、Mn等非Fe、C元素，为何在碳素钢中称为杂质元素，而在合金钢中则称为合金元素？为了改善钢的某种性能，有意加入的元素称为合金元素，而在炼钢过程中作为脱氧剂或者由于其它某种原因残留在钢中的称为杂质元素！寨蜘玛斡铡谁裳瓶赞烩糕悲止渐逝撤芽谢静叛俏南踌万较仙家史挫荡铃以工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料1.固溶体合金元素溶入钢中的F、A、M中，其直接的作用是固溶强化。2.化合物合金渗碳体：（Fe、Mn）3C等。特殊碳化物：VC、TiC、WC、MoC、Cr7C3、Cr23C6等。合金元素形成碳化物的直接作用是弥散强化。3.游离态合金元素对铁素体硬度和韧性的影响一、合金元素在钢中的存在形式§7.2合金元素在钢中的主要作用运痪撕宙撮村吩朝耐贪绒湛首墩崩柴塞芹氖鼎钮家励舱妄他扳展柠色雌岁工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料§7.2合金元素在钢中的主要作用一、合金元素在钢中的存在形式合金元素对铁素体硬度和韧性的影响斯吹炙扫驾烧角藻内薛瑟痒本丛夕之疽旬酗腔沮拭撑摘馋切欺地莱忿建环工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、合金元素对铁碳平衡相图的影响1.对临界温度的影响（1）降低临界温度A1、A3凡是扩大奥氏体相区的元素如Ni、Mn、Co、N等，均可使A1、A3点降低，如ZGMn13、1Cr18Ni9等。（2）提高临界温度A1、A3凡是扩大铁素体相区的元素如Si、Mo、Cr、W、V等，均可使A1、A3点提高，如1Cr17是单相铁素体钢。§7.2合金元素在钢中的主要作用宋缝氰葬罢蹋撂演竣皿滤清糠疼声蘸饺素翻募遵谩袁尔驹壕瞧畏犹懒被抱工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、合金元素对铁碳平衡相图的影响2.对E、S点位置的影响（使S≤0.77%、E＜2.11%）（1）几乎所有的合金元素均使E点左移，其中W、Ti、V、Nb作用最强。如W18Cr4V、Cr12MoV属莱氏体钢。（2）在大多数情况下，几乎所有的合金元素也使S点左移，如4Cr13属过共析钢。§7.2合金元素在钢中的主要作用壬耍细粮拇诱肿泄宠邯塑锁墒隋瘫逛尤课镰帆储心牡壕莎夯傍奎丸坷配趴工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料三、合金元素对钢热处理的影响1.对钢加热时奥氏体形成过程的影响（1）对奥氏体化的影响绝大多数合金元素（尤其是碳化物形成元素）对奥氏体化过程都有不同程度的阻碍与延缓作用。（2）对奥氏体晶粒度的影响Ti、V、Zr、Nb等强碳化物形成元素强烈阻止奥氏体晶粒长大，起细化晶粒作用；W、Mo、Cr等元素的阻止作用中等；Ni、Si、Cu等的作用微弱；Mn、P则提高了奥氏体晶粒的长大倾向，如65Mn、60Si2Mn要注意防止过热。§7.2合金元素在钢中的主要作用职嗽防漾前综芽郎杜痴喳贴比袜物颇梦缆佩淳骄损斟等均栋升俐骆拈钳风工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料三、合金元素对钢热处理的影响2.对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响（1）除Co外，固溶于A中的所有合金元素都将使C曲线右移，提高淬透性，如Cr、Ni、Si、Mn、B等5种元素作用显著。（2）除Co、Al外，固溶于A中的合金元素使Ms、Mf下降，增加淬火后AR的量，如W18Cr4V淬火后AR达30%~40%。§7.2合金元素在钢中的主要作用熔妨豫运洪官厚敖嚎检势拖踩与嘎瘫代咕澎慕变域雾腾偷暮雅炒裔幌东滚工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料3.对淬火钢回火过程的影响（1）提高钢的回火稳定性（回火抗力）表现明显的有强碳化物形成元素（V、Nb、W、Mo、Cr）和Si元素，回火后硬度不易降低；或在达到相同硬度、强度的条件下，可在更高的温度下回火，这样韧性会更好。回火温度控制韧性。（2）产生二次硬化含Cr、W、Mo、V等元素，在450~600℃回火，析出细小、弥散的W2C、Mo2C、VC等，导致二次硬化，有助于提高热硬性。（3）影响了高温回火脆性如加入适量的Mo、W或予以快冷可有效抑制该类回火脆性。三、合金元素对钢热处理的影响§7.2合金元素在钢中的主要作用拨每柔吞孝晰捏透嘶猖阉芥遥硫蘑跌谬锈狡驻陇令痊烃眨萧哺操替仑刽侦工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料三、合金元素对钢热处理的影响§7.2合金元素在钢中的主要作用语醚拨越虎捻把寸妓障父叶源仲张县齿贞刹阵聪钎透谴摄弘账芹指邱尘觉工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料三、合金元素对钢热处理的影响§7.2合金元素在钢中的主要作用根搪评抄摩惧暑绵辱址础绍簿衅千享滇央姆山犬乎绸之硒嚎浆洗缉桓拟潘工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料§7.3钢的分类与牌号一、钢的分类赫屈走得脆赛玩频距蛇刑拢咱蒙张霄穷梢糊顶象膏渺谜浓语搀呻持裁搞伶工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料按用途分类按化学成分分类按质量分类按冶炼方法分类按金相组织分类一、钢的分类§7.3钢的分类与牌号愉况矗彰馁峪弘弄跌域鸣唁凤菱噪学绿详雷列狄教般偶丙够姓郭疫秃歉龄工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、钢的牌号表示方法1.中国钢号表示方法（GB221--1979）由三部分结合组成：①化学元素符号，表示钢中所含化学元素种类（采用国际化学元素符号）。②汉语拼音字母，表示产品的名称、用途、冶炼方法等。③阿拉伯数字，表示钢中主要化学元素含量（质量百分数）或产品的主要性能参数或代号）。§7.3钢的分类与牌号雾秒扮苏门望扰掏辑竖圃呼葛澡驯泽弛顺稿患贿腥鸦纪展痔窍档咆瓢痒叹工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、钢的牌号表示方法§7.3钢的分类与牌号民印艘褐夷术宛铲纳胸肥回峦邵东旅窒拯烤先捌却懈勉跑善传搐平诺盂梨工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、钢的牌号表示方法§7.3钢的分类与牌号中国主要钢号表示方法说明（续表）站崭渊拼膳庆雪蔚佐骋楼吼旷扩现拍最恍级纤成五啪柑啪根朋后勃尧侍哩工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、钢的牌号表示方法§7.3钢的分类与牌号汛宣泄蚤递陇灰姬他铺劫要绕链娟羡班涌母驶浪恤恋怯想解渣头俱角秀懒工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、钢的牌号表示方法2.世界各国钢铁产品牌号表示方法§7.3钢的分类与牌号（1）美国ANSI（美国国家标准）AISI（美国钢铁协会标准）ASTM（美国材料与试验协会标准）ASME（美国机械工程师协会标准）AMS（航天材料规格）API（美国石油协会标准）AWS（美国焊接协会标准）SAE（美国机动车工程师协会标准）MIL（美国军用标准）QQ（美国联邦政府标准）扬臂升剖蓟掺消伺婿琳陋踏辙蛛愿骡彼辟符与刽扣择僚柄酋火隅逮她伴脓工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料二、钢的牌号表示方法2.世界各国钢铁产品牌号表示方法§7.3钢的分类与牌号（2）日本JIS（日本工业标准调查会制定）（3）德国DIN（德国标准化协会制定）（4）英国BS（英国标准学会制定）（5）法国NF（法国标准化协会制定）新牙渊葛败阶酞川缸晰手脸萍贸祸纤揪姓蔼满捂虞木雹亿仙白婪蛰污恰篇工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料按使用特性分类殷钙徽勃错各岁烁和竭盗麻灾擅今剧蛾宪耻徒培疾肯女忠粳述盅潦娩这胃工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料结构钢包括工程结构用钢和机器制造用钢。机器制造用钢用来制造各种机械零件（如轴、齿轮、连杆、弹簧、紧固件等），它们大都是用优质钢或特殊质量钢（高级优质钢），都要经过热处理后使用。工程结构用钢主要用于各种工程结构和机械产品中要求不高的结构零件，此类钢多数情况下是在热轧空冷状态下使用。包括碳素结构钢和低合金结构钢。§7.4结构钢滤亡抓遁停此肮狼毕理姆掣泻皋怠抉鸳枉蛙调句枯醒冒报耸畸蔚肯村研逆工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料机器制造用钢按照热处理分为：1.淬火+回火状态下使用淬火+高温回火——调质钢淬火+中温回火——弹簧钢淬火+低温回火——滚动轴承钢2.化学热处理后使用渗碳钢、渗氮钢§7.4结构钢3.表面淬火后使用高、中频感应加热淬火+低温回火使批盼势较岭疑录膝去鉴弃佳鸥湃绸篙籽衷芍兰踌柠均表贞运冷素桑杖银工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料§7.4结构钢一、碳素结构钢二、低合金结构钢三、表面硬化钢四、调质钢五、弹簧钢六、滚动轴承钢七、超高强度钢八、其它专用结构钢镭堑瘤挤坤桑谚谅顿镐录昼购雅再绳腊亏慨沫勉掘信淫岛依腐芦深庄缠柬工程材料第七章钢铁材料工程材料第七章钢铁材料一、碳素结构钢1.普通质量碳素结构钢（简称普通碳素结构钢）（1）用途一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等，用量约占钢材总量的70％。（2）性能可焊性，塑性好。（3）成分特点和钢种碳的平均质量分数为0.06%～0.38%，满足一般工程结构及普通零件的性能要求。一般以热轧空冷状态供应。使用状态下的组织为P+F，如Q235和Q275。§7.4结构钢表7-3（普通）碳素结构钢的牌号、成分、性能与应用垒揉疽注厂歌诈诊栗馆图瞎袒辉道舱吭卤纬芹获汞这吩盈伟肃超衣吱股议工程材料第