金属工艺学课件5讲述.ppt

第三章 金属材料 学习目标 了解杂质元素及合金元素在钢中的作用； 钢铁材料的生产过程。 学习目标 能够对普通机床及常用矿井设备零件材料进行性能分析； 重点难点 掌握钢铁材料及非材料的分类、牌号和用途； 主要内容 第一节 钢铁材料的生产 一、炼铁； 3.1.1 炼铁 生铁由铁矿石经高炉冶炼而得，它是炼钢和铸件生产的主要原材料。  高炉炼铁的炉料主要是铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）。 （1）熔铁的基本过程 炼铁的基本过程包括燃料的燃烧、铁的还原和增碳、杂质的混入、造渣等。 （2）高炉产品 高炉冶炼出的铁不是纯铁，而是含有碳、硅、锰、硫、磷等杂质元素的合金，称为生铁。 生铁是高炉冶炼的主要产品。根据用户的不同需要，生铁可分为两类：铸造生铁和炼钢生铁。 3.1.2 炼钢 定义：生铁中含有较多的杂质，使得生铁的性能常常不能满足加工和使用的需要。炼钢的本质是利用氧化的办法清除生铁中的硅、锰、硫、磷等杂质和过量的碳，使化学成分达到标准规定的要求，从而改善其性能。 （一）炼钢的基本过程 1．氧化过程 2．脱氧过程 （二）炼钢方法如表所示： 1．转炉炼钢法 2．电炉炼钢法 3.1.3 钢铁生产 （一）板材和型材 生产中。将钢锭通过一系列轧机扎制成板材和型材 （二）管材 通过成型辊把带钢弯成管行，再通过焊接滚焊接成有缝管材；也可先用斜轧穿孔机在实心管坯上穿孔，然后用一种特殊的方法轧制所需尺寸的管材，通常称为无缝管材。 （三）线材 直径在6mm以下的线材多采用拉丝机生产。 3.1.4杂质元素及合金元素在钢中的作用 （一）碳钢中常存杂质元素及其作用 碳钢中除铁以外的主要元素是碳。其它常存的杂质元素有硅、锰、硫、磷等，还有熔炼中夹杂进入的氧、氢、氮等气体元素 （1）硅和锰：硅和锰是炼钢后期在脱氧和合金化时，加入钢液而残留在钢中的，是有益元素。当硅和锰的含量不多时，对钢的性能影响不大。 （2）磷和硫：是钢中的有害元素，磷会形成硬脆化合物Fe2P,造成“冷淬”；硫与铁生成FeS，并形成Fe-FeS二元低熔点共晶体，造成“热淬”。 （3）氧、氢和氮：这三种气体元素也是钢中有害气体。在高温时融入钢液，冷却时来不及逸出而积聚在组织中形成高压细微气孔，使钢的塑性、韧度和疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、淬断，是必须严格控制的有害元素。 （二）合金元素在钢中的作用 1．强化，合金元素对合金钢其有效的强化作用； 2．稳定组织、细化晶粒； 3．提高淬透性； 4．提高抗氧化性和耐腐蚀能力。 第二节 非合金钢 一、碳钢的分类； 3.2.1 碳钢的分类 定义：非合金钢即碳钢，是指含碳量在2.1%以下的铁碳合金。 （一）按碳的含量分类： （1）低碳钢：Wc=0.08%～0.25%，塑性好，多用作冲压、焊接和渗碳工作。 （2）中碳钢：Wc=0.25%～0.60%，强度和韧度均较高，热处理后有良好的的综合力学性能，多用于要求良好强韧度的各种重要结构零件。 （3）高碳钢：Wc=0.60%～1.40%，硬度较高，多用作工具、模具和量具等工件。 （二）按质量分类（质量划分主要按有害杂质元素硫和磷的含量来划分） （1）普通钢：钢中S≤0.050%，P≤0.045%； （2）优质钢：钢中S≤0.035%，P≤0.035%； （3）高级优质钢：钢中S≤0.030% P≤0.030%； （三）按用途分类 （1）碳素结构钢：主要用于建筑、桥梁等工程结构和各种机械零件； （2）碳素工具钢：主要用于各类刀具、量具和模具如丝锥、板牙、锯条等； （3）专用钢：包括锅炉钢、船用钢、易切钢等。 （四）按钢液脱氧程度分类： （1）沸腾钢（F）：脱氧不完全的钢，组织不致密，成分不均匀，性能较差； （2）镇静钢（Z）：脱氧完全的钢，组织致密、成分较均匀，性能较好。优质钢和高优质钢多为镇静钢； （3）半镇静钢（D）：脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。 3.2.2碳素结构钢 1）用途 适用于一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等，可供焊接、铆接、栓接构件使用。 2）成分特点和钢种 普通碳素结构钢平均碳的质量分数为0.06％～0.38％ 。 Q195、Q215、Q235A、Q235B? 塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。