工程材料及热处理1课件.ppt

机电工程学院 林承全  机械制造 林承全 严义章 主编 机械工业出版社 2010.7 2.1 合金钢和非合金钢 [钢]：是指以铁为主要元素，碳的质量分数Wc2.11%并含有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。根据国家标准GB/T13304-1991规定，钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类。 钢是通过冶炼获得的。其过程如下： （1）铁矿石、焦炭、和溶剂等原材料经高炉冶炼得到生铁。 （2）生铁在高温的炼钢炉中，通过氧化作用降低生铁中的含碳 量和杂质含量而炼成钢。 [非合金钢]：是指钢中各元素含量低于规定值的铁碳合金，又称为碳钢，不仅价格低廉，工艺性能好、容易加工，而且能满足一般工程结构和机械零件的使用性能要求，是工业生产中最广泛应用的材料。 2.1 合金钢和非合金钢 2.1.1 非合金钢中的常存杂质元素及其影响 炼钢时有一些杂质元素无法除尽，如锰、硅、硫、磷等。其中硫和磷对钢的韧性影响很大，必须严格控制其含量。根据钢中硫和磷的含量不同，钢可以分为普通优质钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。 2.1 合金钢和非合金钢 1.锰的影响 锰是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（锰铁）中带入的，非合金钢中锰的质量分数一般约为0.25%~0.80%。（27②）锰的脱氧能力较好，能清除钢中的FeO，降低钢的脆性，与硫化合成MnS，可以减轻硫的有害作用。锰还能溶于铁素体形成置换固溶体，产生固溶强化,提高钢的强度和硬度。锰在钢中是一种有益元素。 2.硅的影响 硅是由炼铁原料铁矿石及炼钢时加脱氧剂（硅铁）中带入的，非合金钢中硅的质量分数一般约为0.10%~0.35%，硅的脱氧能力比锰强，与钢液中的FeO生成炉渣，清除FeO对钢质量的不良影响，也能溶于铁素体中产生固溶强化，提高钢的强度和硬度，硅在钢中也是一种有益元素。 2.1 合金钢和非合金钢 3.硫的影响 硫是在炼铁时由矿石和燃料带进的，它不溶于铁，而是以化合物FeS的形式存在。FeS与Fe形成低熔点共晶体（熔点为985℃），分布在奥氏体的晶界上。当钢在1000~1250℃进行热加工时，由于晶界处共晶体熔化，将导致钢变脆而开裂，这种现象称为热脆。因此，硫在钢中是一种有害元素，必须严格控制。 4.磷的影响 磷是炼铁时由矿石带进的，在常温下能溶入铁素体，使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。尤其在低温下会使钢的塑性、韧性急剧下降，导致钢严重变脆。这种现象称为冷脆。在一般钢中，磷是有害元素，应严格控制。 硫和磷虽是钢中的有害元素，但适当提高它在钢中的含量（一般Ws=0.08％~0.35%、Wp=0.05%~0.15%），并适当提高钢中含锰量（0.6%~1.55%），使其结合成MnS，可以改善钢的切销性能，降价低工件表面粗糙度。（P37④） 2.1 合金钢和非合金钢 钢的分类 按化学成分分：非合金（碳素）钢、合金钢两大类。 按用途分：结构钢、工具钢和特殊性能钢三类。 按质量分：普通钢，优质钢和高级优质钢三类。 按脱氧程度分：镇静钢，沸腾钢等。 2.1 合金钢和非合金钢 2.1.2 非合金钢的分类、编号和用途 一、非合金钢的分类 非合金钢的种类很多，常按以下方法分类。 1.按钢中碳的质量分数分类 低碳钢（Wc0.25%） 中碳钢（0.25≤Wc≤0.60%） 高碳钢（Wc0.60%） 2.1 合金钢和非合金钢 2.按钢的用途分类 碳素结构钢 主要用于制作机械零件，工程结构件，一般为低、中碳钢。 碳素工具钢 主要用于制作刀具、量具和模具。一般属于高碳钢。 3.按钢的主要质量等级分类 按钢中有害杂质硫、磷含量分为： 　　 普通钢:Ws=0.035%～0.050% Wp=0.035%～0.045% 　 优质钢: Ws、Wp均≤0.035% 　　 高级优质钢: Ws=0.020%～0.030% Wp=0.025%～0.030% 特级优质钢: Ws≤0.015%Wp≤0.025% 此外，钢按冶炼方法不同；可分为转炉钢和电炉钢；钢按冶炼时脱氧程度的不同，可分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢和特殊镇静钢等。 2.1 合金钢