金属学科基础知识1.ppt

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1.4 金 属 材 料 1.4.1 钢 1.化学成分对钢的力学性能的影响 (1)杂质元素的影响: 1) 锰、硅的影响: 有益元素. Mn和Si在钢中大部分溶于铁素体,起强化作用。Mn能减轻S的有害作用。FeS+Mn=MnS+Fe 2) 硫的影响:有害元素, Fe+S=FeS,FeS与Fe易形成低熔点的共晶体,可使钢引起热脆性。 3) 磷的影响:有害元素,。P在钢中可溶于铁素体,使钢强度、硬度增加,塑性、韧性减小,易使钢产生冷脆现象。但P与Cu同时存在,可提高钢的耐蚀性和耐磨性。 (2)合金元素的影响 合金元素:是为改善钢的某些性能而在钢中特意加入的元素,对钢的力学性能有很大影响。 1) 对钢的强度的影响: C、Si、Mn产生固溶强化,使钢的强度提高。 C、N、Cr、Al形成碳化物或氮化物,使钢的强度和 硬度提高。 Nb、V、Al、Ti可细化晶粒,提高钢的强度。 2)对钢的韧性的影响: Nb、V等元素可细化晶粒,从而也显著提高钢的韧性。 C、Si、Mn一般使钢的韧性降低。 2. 钢的分类 (1)按化学成分分类: 根据各种合金元素规定含量界限值,将钢分为 1)非合金钢(碳素钢),分普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢。含碳量小于0.25%为低碳钢,0.25-0.6%为中碳钢,大于0.6%为高碳钢,。 2)低合金高强度结构钢, 3)合金钢。 表1-2 部分合金元素规定质量分数界限值 (%) (2)按主要质量等级分类 1) 普通质量钢 :即对生产过程中控制质量无特殊规定的、一般用途的非合金钢和低合金钢。S、P含量均小于0.045%。 2) 优质钢:即在生产过程中需要按规定控制质量的钢,并达到比普通质量钢较高的质量要求。S、P含量均小于0.040%。 3)特殊质量钢:即在生产过程中需要严格控制质量和性能的钢,特别是要求严格控制硫、磷等含量和提高纯洁度等。S、P含量均小于0.020%。 (3) 按使用特性分类 可分为: 工具钢, 工程结构用钢, 机械结构用钢, 不锈耐蚀钢, 耐热钢等。 (1)非合金钢 2)优质碳素结构钢 牌号: 是用二位数字表示,这两位数字表示钢中的平 均碳的质量分数(万分数)。 例如 45钢 表示平均w(C)为0.45%的优质碳素结构钢。 若为沸腾钢,则在牌号后加“F”符号,如08F。 若含锰量较高,则在数字后加“Mn”符号。 用途: 主要用来制造比较重要的机械零件, 如轴、连杆、弹簧等。 20钢金相组织示意图 3)碳素工具钢 牌号:是用规定符号T(碳字的汉语拼音字首)和数字表示。 例如 T10A “10”表示平均w(C)为1.0%, “A”表示高级优质。 用途: 用于制造不受冲击、 高硬度、耐磨的工具, 如锉刀、手锯条、拉丝模等。 T12钢的金相组织 (2)低合金高强度结构钢 牌号:例如 Q390A “Q”表示屈服点, “390”表示屈服点值为390MPa, “A”表示质量等级为A 级。 用途: 低合金高强度高强度结构钢一般不用热处理, 综合力学性能良好, 用于桥梁、船舶、车辆、高压容器、管道、建筑物等。 (3) 合金钢 1)合金结构钢 牌号: 例如 60Si2Mn, “60”表示平均w(C)=0.6%, “ Si2 ”表示平均w(Si)=2%, “ Mn ”表示平均w(Mn)1.5%。 用途:合金结构钢的力学性能优于优质碳素结构钢, 常用来制造重要的零件,如齿轮、轴类、弹簧等。 例:渗碳钢,20CrMnTi; 调质钢,40CrMn; 弹簧钢,60Si2Mn。 例2:高合金工具钢 高速钢:W18Cr4V (4)铸钢 即在凝固过程中不经历共晶转变的用于生产铸件的铁基合金。 性能特点:铸钢的综合性能和焊接性能均优于铸铁, 用途:主要用于制造承受重载荷及冲击载荷的构件。 如锻锤机架、齿轮、轧辊等。 在各类铸造合金中, 铸钢的应用仅次于铸铁。 主要分为:铸造碳钢和 铸造合金钢。 2)铸造合金钢 即

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